MỤC LỤC

MỤC LỤC....................................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………...................……ii

LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................... 1

Lý do chọn đề tài..................................................................................................... 2

Yêu cầu..................................................................................................................... 2

Phạm vi nghiên cứu................................................................................................. 2

Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 2

Cấu trúc đồ án môn học......................................................................................... 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM........................ 4

1.1. Giới thiệu chung.............................................................................................. 4

1.1.1 Khái niệm...................................................................................................... 4

1.1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động.......................................... 4

1.2. Nguyên lý hoạt động....................................................................................... 6

1.2.1. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống.................................................... 6

1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản................................................................................ 7

CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG............................... 8

2.1. Băng tải............................................................................................................. 8

2.2. Bộ truyền xích.................................................................................................. 11

2.3. Pít tông khí nén.............................................................................................. 12

2.4. Cảm biến quang............................................................................................. 16

2.5. Động cơ........................................................................................................... 18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG........................................... 19

3.1. Hệ thống băng tải.......................................................................................... 19

3.1.1. Tính các thông số hình, động học băng tải.............................................. 19

3.1.2. Tính lực kéo căng.................................................................................... 20

3.1.3. Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng......................................................... 22

3.1.4. Chọn động cơ............................................................................................ 22

3.1.5. Tính bộ truyền ngoài................................................................................. 25

3.1.6. Tính trục tang chủ, bị động/con lăn............................................................ 31

3.2. Hệ thống cấp phôi tự động........................................................................... 38

3.3. Hệ thống pít tông khí nén............................................................................. 38

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG................................................. 42

4.1. Thiết kế chi tiết và xây dựng bản vẽ lắp....................................................... 42

4.2. Thực hiện mô hình sản xuất…......................................................................42

KẾT LUẬN.......................................................................................................... 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 44

LỜI CẢM ƠN

Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động. Quá trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp.

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công, chế biến sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phân loại sản phẩm.

Đồ án “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho sinh viên thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực tế. Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm. Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân công đi kèm với giảm chi phí sản xuất.

Với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn và có nhiều phần em chưa nắm vững dù đã tham khảo nhiều tài liệu. Khi thực hiện đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ”, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót, hạn chế.  Kính mong nhận được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy & Robot và đặc biệt là thầy: TS…………….. đã hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi và cho chúng em nhiều kiến thức quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này.

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                   Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                    Sinh viên thực hiện

                                                                                                    ……………….

LỜI NÓI ĐẦU

Lý do chọn đề tài:

Hiện nay , các nhà  máy với mặt hàng sản xuất là hộp nhựa dùng nhiều lần được dùng để bảo quản đồ ăn , các vật dụng mà không bị tác động của môi trường với khả năng chống thấm nước, gọn nhẹ, không hoen gỉ. Với sản lượng lớn nên các khâu sản xuất cần có sự tính toán tỉ mỉ, tối ưu hóa về mặt thời gian cũng như chất lượng sản phẩm. 

Yêu cầu:

Tính toán thiết kế hệ thống băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao bao gồm các phần: Chọn động cơ, tính toán bộ truyền ngoài, tính toán các kết cấu trục,…

Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi của đề tài tạp trung giải quyết các vấn đề :

a. Tính toán và lựa chọn các chi tiết

b. Thiết kế và xây dựng mô hình ( mô phỏng )

Phương pháp nghiên cứu:

Đề tài nghiên cứu theo phương pháp lý thuyết

a. Việc nghiên cứu các tài liệu và chọn phương án tính toán, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.

b. Mô phỏng thiết kế để dễ điều chỉnh bản thiết kế.

Phương án thiết kế:

- Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm

- Sản phẩm từ thùng chứa được đẩy ra băng tải bằng 1 pít tông

- Đặt 3 sensor trước 3 pít tông nhận biết sản phẩm

- Sử dụng 3 pít tông để cấp phôi và phân loại sản phẩm

Cấu trúc đồ án môn học gồm 4 chương :

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm

Chương 2: Các thành phần cơ bản của hệ thống

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống

Chương 4: Xây dựng bản vẽ hệ thống

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Khái niệm

Phân loại sản phẩm là một công đoạn được sử dụng nhiều trong sản xuất. Đối với con người, công việc này mang tính lặp lại, đòi hỏi khả năng tập trung cao nên dễ gây nhầm lẫn và sai sót. Hơn nữa, với yêu cầu về kích thước có độ chênh lệch nhỏ thì mắt thường khó mà nhận biết được. Điều này trực tiếp ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng sản phẩm. 

1.1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động

Tùy vào độ phức tạp yêu của từng loại sản phẩm mà ta có thể đưa ra những phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau.

a. Phân loại theo kích thước (cao thấp, dài-ngắn): kiểu phân loại này sử dụng các cảm biến quang hay hồng ngoại… 

b. Phân loại theo khối lượng sản phẩm: kiểu phân loại này sử dụng cảm biến trọng lượng để phân biệt sản phẩm nặng-nhẹ, đủ khối lượng yêu cầu hay chưa… Cách hoạt động giống như kiểu phân loại theo kích thước. 

d. Phân loại theo hình ảnh sản phẩm: hình thức phân loại này không sử dụng cảm biến mà người ta dùng camera để chụp ảnh của sản phẩm cần phân loại, sau đó đưa ảnh đó so sánh với ảnh gốc chuẩn xem sản phẩm đó thuộc loại nào. Hiện nay thì hình thức phân loại này đang được ứng dụng để phân loại gạch granit.

e. Phân loại theo mã vạch của sản phẩm: đây là kiểu phân loại khá hiện đại, sử dụng tới máy đọc mã vạch.Nó chủ yếu được sử dụng với các sản phẩm là linh kiện máy…

1.2 Nguyên lý hoạt động

1.2.1 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống

Chức năng cơ bản của hệ thống là phải đẩy sản phẩm vào thùng chứa đúng mức đặc tính yêu cầu. 

1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:

a. Chuyển động của băng chuyền: Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian.

b. Chuyển động tịnh tiến của pít tông để phân loại sản phẩm khác nhau. Chuyển động của pít tông được điều khiển bởi hệ thống khí nén.

CHƯƠNG 2

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG

Một hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao thường có bộ phận chính sau:

- Băng tải

- Bộ truyền xích

- Pít tông khí nén

- Cảm biến

- Động cơ

2.1. Băng tải

 Băng tải là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại sản phẩm. Nó là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi ,…) hoặc số lượng lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm …) từ một điểm A đến điểm B giúp tiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian, tăng năng suất lao động.

a. Ưu nhược điểm và ứng dụng của băng tải

* Ưu điểm của băng tải:

- Cấu tạo đơn giản, độ bền cao

- Có khả năng vận chuyển theo phương ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp được cả hai với khoảng cách lớn

* Ứng dụng của băng tải

Có nhiều loại băng tải được ứng dụng trong các điều kiện và tính chất làm việc khác nhau, dùng để vận chuyển hàng hóa, đóng gói sản phẩm, phân loại sản phẩm, dễ dàng tích hợp với máy test sản phẩm tự động, máy đóng đai tự động, dùng trong rất nhiều ngành sản xuất, lắp ráp linh kiện, thiết bị điện tử, lắp ráp ô tô, xe máy, xe đạp điện, trong ngành sản xuất thực phẩm, y tế, dược phẩm, than, may mặc, dầy dép,...

b. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại băng tải

* Cấu tạo của băng tải

Thành phần cấu tạo của băng tải gồm các bộ phận chính sau:

- Động cơ giảm tốc, bộ điều khiển kiểm soát tốc độ, biến tần, sensor, timer, cảm biến, PLC, …

- Bộ con lăn kéo (con lăn truyền lực chủ động) bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm Ø50, Ø60, Ø76, Ø89, Ø102 ...

- Hệ thống dây băng, con lăn đỡ bằng thép mạ kẽm hoặc inox Ø25, Ø32, Ø38

2.2. Bộ truyền xích

Bộ truyền động xích bao gồm nhiều cơ cấu liên kết lại với nhau tạo thành một cơ cấu truyền động đó là: dây xích và nhông xích (hay còn gọi là đĩa xích) dẫn truyền lực. (Hình 2.5) Bộ truyền động xích dùng để truyền chuyển động từ các động cơ motor trực tiếp, hộp giảm tốc - gián tiếp, băng truyền, băng tải .... 

* Ưu điểm của bộ truyền xích

- Có thể truyền động giữa hai trục song song cách nhau tương đối xa

- Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn hơn truyền động đai cùng công suất

- Không có hiện tượng trượt, tỷ số truyền trung bình ổn định

* Nhược điểm của bộ truyền xích

- Nhanh mòn bản lề, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc ở nơi nhiều bụi

- Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định nhất là khi số răng của đĩa xích nhỏ

2.3. Pít tông khí nén

a. Pít tông khí nén

Pít tông khí nén hay còn gọi là chi tiết bên trong xi lanh khí nén, đây là một bộ phận của động cơ. Thiết bị hoạt động được là do dựa trên một nguyên tắc sử dụng khí nén thông thường. Chi tiết này không thể thiếu trong các loại máy móc. Nguyên tắc hoạt động của nó sử dụng nguồn năng lực từ bên trong.

b. Van khí nén

Van có nhiều kiểu dáng cũng như kích thước khác nhau nhưng tất cả đều thực hiện một chức năng đó là đóng mở cửa van cung cấp khí nén để phục vụ yêu cầu vận hành của các thiết bị: xi lanh, bộ lọc, điều áp hay bình dầu…

Ngoài ra chúng còn có các tác dụng khác như:

- Điều khiển hướng

- Điều khiển dòng chảy

2.4. Cảm biến quang

Cảm biến quang là cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc phát và thu tín hiệu ánh sáng.

1. Bộ phận thu sáng là bộ phận cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật phát hiện.

2. Bộ phận phát ánh sáng là bộ phẩn sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng thường được phát ra theo tín hiệu xung. Nhịp điệu đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng cảu cảm biến với ánh sáng của các nguồn khác.

2.5. Động cơ

Là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ, động cơ điện được sử dụng rất phổ biến ứng dụng trong nhiều loại máy móc thiết bị. Các loại động cơ điện thường được sử dụng để truyền động cơ băng tải là:

- Động cơ không đồng bộ: động cơ được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, có ưu điểm là giá thành rẻ chống quá tải tuy nhiên để điều khiển tốc độ của động cơ này lại gặp rất nhiều khó khan tốn kém về chi phí.

- Động cơ đồng bộ: động cơ mà có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ qua của từ trường. Tốc độ của động cơ đồng bộ không phụ thuộc vào tải, không phụ thuộc vào điện áp lưới điện chỉ phụ thuộc vào tốc độ của từ trường quay và có thể đạt được hiệu suất rất cao. 

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1. Hệ thống băng tải

Thông số đầu vào :

1. Hệ thống cấp phôi tự động

2. Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi: Khí nén

3. Nguồn lực quay băng tải : Động cơ điện

4. Bộ truyền ngoài: Xích

5. Thông số hình học phôi:    

Hình lập phương: h₁= 3 cm, h₂= 4 cm, h₃= 15 cm

6. Trọng lượng phôi: Q_min= 0,2 kg; Q_max= 5,0 kg

7. Năng suất làm việc: N= 10sp/ph

3.1.1 Tính các thông số hình, động học băng tải

Chọn kích thước băng tải : chiều dài  L  = 800 mm ; chiều rộng b = 250 mm ; độ dày dây băng  = 3 mm.

Chọn khoảng cách giữa 2 sản phẩm x = 160 mm thì số sản phẩm tối đa trên băng tải  trọng 1 thời điểm bất kì là 4 sản phẩm.

3.1.2. Tính lực kéo căng

Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn vòng qua các puly dẫn động, bị động; phần giữa 2 puly này băng được dẫn hướng và đỡ bởi các các con lăn và tấm trượt tùy thuộc vào kết cấu và loại dây. (Hình 3.2) Lực cản chuyển động băng khác nhau tại mỗi đoạn đặc trưng, trên mỗi đoạn này có cùng tính chất lực cản. Lực căng dây tại mỗi điểm đặc trưng (i) sẽ bằng lực căng tại điểm ngay trước nó (i-1) cộng với lực cản chuyển động của dây trên đoạn từ (i-1) đến i.

3.1.3. Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng

Băng tải có chất liệu là PVC, dày 3mm

Ứng suất lớn nhất cho phép của băng

Ứng suất của băng tải là: σ_bt = 19,28 N/cm² ≤  σ_a ( thỏa mãn)

Khối lượng băng/m2: mB = 2,5 (kg/m2)

Theo như bảng trên, chọn động cơ : DS-42RP7750123600-125K; n_đc= 23,4 vòng/phút, công suất P_đc = 10,57 W

3.1.5. Tính toán bộ truyền ngoài

Thông số đầu vào:

Công suất P₁ = P_đc = 2,28 W

Số vòng quay n = 23,4 vòng/ phút

Tỉ số truyền u_x =  2,97

Góc nghiêng β = 90˚

Đường kính đỉnh răng:

d_a1 = p[0,5 + cotg( ] = 12,7 .[0,5 + cotg( ] = 106,88 (mm)                (3.28)

d_a2 = p[0,5 + cotg( ] = 12,7 .[0,5 + cotg( ] = 309,4 (mm)

Đường kính chân răng :

d_f1 = d₁ - 2.r = 101,33 – 2. 3,94 = 93,45 (mm)                                           (3.29)

d_f2 = d₂ - 2.r = 303,3 – 2. 3,94 = 295,42 (mm)

Với:  r = 0,5025. d_l +0,05 = 0,5025. 7,75 +0,05 = 3,94 (mm)

(d_l là đường kính con lăn)

Tra bảng 5.2[1] ta được d_l =  7,75 (mm)

Xác định lực tác dụng lên trục

F_r =k_x. F_t = 1,05. 18,4 = 19,32 N                                          (3.31)

k_x : hệ số kể đến trọng lượng của xích: k_x =1,05 vì β  40˚

Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích thể hiện như bảng.

3.2. Hệ thống cấp phôi tự động

Hiện nay, các quá trình sản xuất các sản phẩm trong các ngành công nghiệp nói chung đều phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày càng cao. Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn định và nhanh chóng thì cần thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp (cấp đúng lúc) và liên tục theo chu trình hoạt động của dây chuyền một cách tin cậy.

Ý nghĩa của hệ thống cấp phôi tự động:

Biến những máy bán tự động thành máy tự động. Dây chuyền sản xuất thành đường dây tự động. Mang lại hiệu quả kinh tế nhờ giảm tổn thất về thời gian. Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đặc biệt là trong môi trường độc hại, nhiệt độ cao, phôi có trọng lượng lớn…

3.3. Hệ thống pít tông khí nén

Thông số đầu vào:      

- Khối lượng lớn nhất của phôi: 5kg

- Hệ số ma sát giữa phôi và băng tải: f = 0,3

- Hành trình của piston: H = 250 mm

Theo tính toán, em chọn pít tông khí nén loại:  CDM2B20-250Z Với :

- Đường kính nòng 20 mm

- Hành trình tiêu chuẩn 250 mm

- Áp suất hoạt động tối thiểu 0,05 MPa

- Áp suất hoạt động tối đa 1,0 MPa

- Tốc độ piston 50 – 750 mm/s

CHƯƠNG 4

XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG

4.1. Thiết kế chi tiết và xây dựng bản vẽ lắp

Xây dựng bản vẽ lắp 3D

Bản vẽ 3D hệ thống băng tải phân loại theo chiều cao như hình 4.

4.2. Thực hiện mô hình sản xuất

Qúa trình sản xuất và thực nghiệm cho sản phầm chạy, đưa vào sử dụng.

KẾT LUẬN

Trong nền kinh tế thị trường hiện nay, một sản phẩm muốn thành công phải đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng, giá thành, mẫu mã và đặc biệt là yếu tố thời gian. Một sản phẩm tung ra đúng thời điểm, đáp ứng đúng nhu cầu khách hàng chắc chắn sẽ gặt hái thành công và ngược lại. Muốn thỏa mãn được các yêu cầu trên, người kỹ sư thiết kế phải thực sự có một nền tảng kiến thức vững chắc, cũng như một phương pháp làm việc đúng đắn.

Qua thời gian thực hiện đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ” với sự chỉ dẫn tận tình của thầy TS: TS……………., em đã nắm vững hơn về cách phân tích một công việc thiết kế cũng như cách đặt vấn đề cho bài toán thiết kế. Từ đó, em có thể biết cách xử lý một vấn đề sát thực hơn, biết cách kết hợp các kiến thức cơ bản đã học vận dụng vào việc thiết kế và tối ưu hóa thiết kế.

Mặc dù em đã rất cố gắng như với kinh nghiệm còn hạn chế, việc thiết kế trong phạm vi đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô giáo để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn : TS……………. đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài được giao.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[I]. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển; “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập I” nhà xuất bản giáo dục, 1998.

[II]. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển; “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập II” nhà xuất bản giáo dục, 1998.

[III]. Trần Công Chi; Mô hình băng tải phân loại sản phẩm thoe chiều cao điều khiển bằng PLC đứng dụng trong đào tạo; tạp chí khoa học và công nghệ rừng, số 02 năm 2014. 

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"