MỤC LỤC
MỤC LỤC...
LỜI MỞ ĐẦU....
Chương 1: TỔNG QUAN về CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG HOÁ....
1.1.Đặt vấn đề.....
1.1.1.Tình hình phát triển ngành cơ khí tự động hoá trên thế giới....
1.1.2. Tình hình phát triển của ngành cơ khí tự động hoá ở Việt Nam :....
1.2. Giới thiệu về hệ thống chiết chất lỏng và nhiệm vụ của đề tài.....
1.2.1. Hệ thống chiết chất lỏng .....
1.2.2 .Nhiệm vụ của đề tài:.....
Chương 2: QUY TRÌNH HỆ THỐNG CHIẾT NHỚT ĐỘNG....
2.1. Phân tích quy trình của hệ thống.....
2.2 Quy trình thiết bị của hệ thống.....
2.3 Sơ bộ nguyên lý hoạt động của hệ thống chiết....
2.4 Phân tích và lựa chọn phương án cho các cụm.....
2.4.1 Cơ cấu vận chuyển chai.....
2.4.2 Cụm chiết dầu.....
2.4.2.1. Các phương án thiết kế vòi phun.....
2.4.2.2 Các phương án thay đổi khoảng cách từ vòi phun đến miệng chai.....
2.4.2.3. Các phương án di chuyển cơ cấu định vị cổ chai và máng hứng dầu.....
2.4.3. Cụm định lượng.....
2.4.4. Cụm đóng nắp chai .....
2.4.4.1 Cụm cấp nắp.....
2.4.4.2 Cụm đóng nắp.....
2.5 Tổng hợp các phương án thiết kế được lựa chọn....
Chương 3: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT....
3.1. Xác định các thông số của cụm băng tải.....
3.1.1 Vận tốc băng tải tại cụm chiết.....
3.1.2 Vận tốc băng tải tại cụm đóng nắp.....
3.1.3 Xác định công suất động cơ băng tải cụm chiết.....
3.1.4 Xác định công suất động cơ băng tải cụm đóng nắp.....
3.2 Tính trục trên hệ thống băng tải....
3.2.1 Trục dẫn động băng tải cụm chiết......
3.2.1.1 Chọn vật liệu làm trục là thép 45 ....
3.2.1.2 Tính sức bền trục ....
3.2.2 Tính trục bị động băng tải cụm chiết.....
3.2.3 Tính trục dẫn động băng tải cụm đóng nắp....
3.2.3.1 Chọn vật liệu trục ....
3.2.3.2 Tính sức bền trục .....
3.2.4 Tính trục bị động băng tải cụm đóng nắp ......
3.2.4.1 Chọn vật liệu trục....
3.2.4.2 Tính sức bền trục....
3.3. Xác định ổ đỡ cho các trục trên hệ thống băng tải.....
3.3.1 Xác định ổ đỡ cho trục dẫn động băng tải cụm chiết....
3.3.2 Xác định ổ đỡ cho trục dẫn động băng tải cụm đóng nắp.... .
3.4. Xác định kích thước của trục vít, treo toàn bộ cụm chiết.....
3.5 Xác định khối lượng của các bộ phận di chuyển......
3.5.1. Khối lượng cụm đẩy dầu......
3.5.2 Khối lượng toàn bộ khung đỡ và bộ phận định vị cổ chai......
3.5.3 Khối lượng của tấm đỡ(tấm đỡ các chi tiết của cụm chiết).....
3.5.4 Khối lượng cụm van phân phối......
3.5.5 Khối lượng van chiết.....
3.5.6 Khối lượng cơ cấu di chuyển tại cụm đóng nắp......
Chương 4 : HỆ THỐNG KHÍ NÉN....
4.1 Khả năng ứng dụng của khí nén....
4.1.1. Trong lĩnh vực điều khiển....
4.1.2. Hệ thống truyền động......
4.2 Các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén......
4.2.1. Một số loại van khí nén......
4.2.2. Một số loại xy lanh khí nén....
4.3 Sơ đồ hệ thống khí nén trong hệ thống chiết .....
4.3.1. Cấu trúc mạch khí nén điều khiển 2 xy lanh chặn chai ở cụm chiết.....
4.3.2 Cấu trúc mạch khí nén điều khiển xy lanh di chuyển máng hứng dầu.....
4.3.3 Cấu trúc mạch khí nén điều khiển xy lanh van rót.....
4.3.4 Cấu trúc mạch điều khiển van phân phối.....
4.3.5 Cấu trúc mạch điều khiển xy lanh bơm nhớt......
4.3.6 Cấu trúc mạch khí nén điều khiển xy lanh chặn chai cụm đóng nắp.....
4.3.7 Cấu trúc mạch khí nén điều khiển xy lanh đóng nắp.....
4.4 Tính tốn kích thước xylanh .....
4.4.1 Kích thước xy lanh hút dầu.....
4.4.2 Kích thước xy lanh van chiết.....
4.4.3 Kích thước xy lanh định vị cổ chai.....
4.4.4 Xy lanh phân phối dầu.....
4.4.5 Xy lanh đóng nắp ....
Chương 5. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN....
5.1 Tổng quan về các hệ thống điều khiển....
5.2 Một số hệ thống điều khiển....
5.2.1.Hệ thống điều khiển dùng rơ le.....
5.2.2.Hệ thống điều khiển dùng máy tính....
5.2.3. Hệ thống điều khiển dùng PLC.....
5.2.4. Lựa chọn PLC.....
5.3. Ứng dụng PLC trong đề tà....
5.3.1. Sơ đồ Graphcet điều khiển cụm chiết......
5.3.2. Sơ đồ graphcet điều khiển cụm đóng nắp......
5.3.3. Lập trình PLC......
KẾT LUẬN.....
TÀI LIỆU THAM KHẢO......
LỜI MỞ ĐẦU
Với xu hướng công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước đang diễn ra mạnh mẽ trên khắpĐất nước, cơ khí hóa nói chung đang đóng vai trò rất quan trọng. Hiện nay với sự phát vượt bậc cảu công nghệ, cơ khí truyền thống không thể mang lại hiệu quả cao trong nền kinh tế thị trường. Chính vì vậy xuất phát từ xu hướng mới trong công nghệ, đó là sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử để hình thành một lĩnh vực mới - Lĩnh vực cơ khí tự động hóa. Trên thế giới, cơ khí tự động hóa đã xuất hiện khá lâu đời và phát triển mạnh, nhưng ở Việt nam đây là lĩnh vực mới và đang trong quá trình hình thành và phát triển.
Xuất phát từ yếu tố trên mà em đã được giao đề tài tốt nghiệp “ Tính toán thiết kế hệ thống triết nhớt tự động”. Đề tài thực hiện gồm các nội dung sau đây:
Chương 1: Tổng quan về cơ khí hóa.
Chương 2: Quy trình hệ thống chiết nhớt tự động.
Chương 3: Tính toán các thông số kỹ thuật.
Chương 4: Hệ thống khí nén.
Chương 5: Hệ thống điều khiển.
Kết luận.
Mặc dù em đã cố gắng hết sức để hoàn thành hệ thống nhưng còn nhiều khó khăn về kiến thức thực tế và kinh nghiệp thiết kế moat hệ thống tự động, chính vì vậy đồ án khống tránh khỏi những thiếu sót hạn chế. Kính mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến vàchỉ bảo để đồ án cảu em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TPHCM, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
…………………
Chương 1: TỔNG QUAN về CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG HOÁ
1.1.Đặt vấn đề.
Trên thực tế ở mọi ngành sản xuất công nghiệp, mục tiêu năng suất lao động được giải quyết bằng con đường gia tăng mức độ tự động hoá các quá trình và thiết bị sản xuất. Việc tự động hoá có thể nhằm mục đích tăng sản lượng hoặc cải thiện chất lượng và độ chính xác sản phẩm.
Tự động hoá sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy hoặc thiết bị thông qua hệ thống điều khiển. Những hệ thống này có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần hoặc cần ít sự can thiệp của con người. Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát hoặc dừng quá trình theo yêu cầu giám sát, hoặc đo đếm các giá trị các biến đã được xác định của quá trình nhằm đạt kết quả mong muốn .
1.1.1.Tình hình phát triển ngành cơ khí tự động hoá trên thế giới
Ngành cơ khí tự động hoá trên thế giới đã phát triển nhanh chóng, đặc biệt là khi có sự phát triển mạnh mẽ của các ngành kỹ thuật điện tử và máy tính. Ở các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật, Pháp, Anh … việc ứng dụng tự động hoá đã trở nên phổ biến trong các ngành sản xuất công nghiệp.
1.1.2. Tình hình phát triển của ngành cơ khí tự động hoá ở Việt Nam :
Ở nước ta ngành cơ khí nói chung và ngành cơ khí tự động hoá nói riêng đang còn ở trình độ thấp. Việc sử dụng lao động phổ thông vẫn còn phổ biến ở nhiều ngành sản xuất. Tuy nhiên trong những năm gần đây cùng với xu thế hội nhập của nền kinh tế khu vực và thế giới, việc ứng dụng các giải pháp tự động hoá nhằm tạo ra các sản phẩm có sức cạnh tranh đã được các bộ, ngành và các nhà sản xuất quan tâm. Nhận thức được ý nghĩa của việc áp dụng tự động hoá đã được nâng cao trong các nhà sản xuất, chính vì thế mà một số các nhà máy như nhà máy sản xuất sữa, nhà máy bia Sài Gòn, các nhà máy đóng tàu…
1.2. Giới thiệu về hệ thống chiết chất lỏng và nhiệm vụ của đề tài.
1.2.1. Hệ thống chiết chất lỏng .
Các sản phẩm dưới dạng lỏng sau khi được sản xuất, chế biến cần phải được chứa trong những bình chứa có dung tích nhất định. Trong các ngành như ngành dược, ngành sản xuất thực phẩm dưới dạng lỏng, ngành khai thác và chế biến dầu khí thì việc ứng dụng chiết tự động là rất cần thiết, đảm bảo độ chính xác về thể tích, giữ vệ sinh cho sản phẩm, tăng năng suất . Có nhiều loại hình dáng bình chứa:
Tuỳ theo năng suất yêu cầu cũng như đặc tính của loại chất lỏng cần chiết ta có các thiết bị chiết khác nhau.
1.2.2. Nhiệm vụ của đề tài:
Trong phạm vi luận văn tốt nghiệp của mình, em thực hiện thiết kế hệ thống chiết nhớt tự động.
Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống chiết nhớt tự động:
- Năng suất : 1000 chai/ giờ.
- Dung tích bình chứa 1 lít.
- Đảm bảo khi chiết không bắn tung toé nhớt ra phạm vi xung quanh.
- Sử dụng 6 vòi chiết.
Chương 2: QUY TRÌNH HỆ THỐNG CHIẾT NHỚT ĐỘNG
2.1. Phân tích quy trình của hệ thống.
Từ yêu cầu kỹ thuật của hệ thống chiết, qua phân tích hệ thống chiết phải gồm có các bộ phận sau:
- Cụm vận chuyển chai.
- Cụm định lượng nhớt (1 lít).
- Cụm chiết nhớt .
- Cụm cấp nắp vào miệng chai (sau khi đã được chiết ).
2.3 Sơ bộ nguyên lý hoạt động của hệ thống chiết
Sau khi khởi động, chai được cấp lên băng tải, băng tải chuyển động vận chuyển chai đến cụm chiết, khi cảm biến đếm đầu tiên phát hiện chai xy lanh khí nén thứ 2 sẽ đẩy tấm chặn chai làm chai dừng lại. Trong lúc đó các chai phía sau vẫn tiếp tục chuyển động trên băng tải (băng tải chuyển động liên tục ), khi cảm biến đếm đủ 6 chai, xy lanh thứ nhất sẽ đẩy tấm chặn chai còn lại nhằm cố định vị trí của 6 chai, các chai phía sau sẽ chuyển động trượt trên băng tải, sau đó cơ cấu định vị cổ chai được tác động, đồng thời với quá trình này thì tại cụm định lượng, dầu đã được chảy xuống xy lanh định lượng, khi dầu đã được định lượng xong, piston trong xy lanh định lượng sẽ chuyển động đi lên, đẩy dầu từ xy lanh định lượng sang cụm chiết, thông qua van phân phối và vòi phun bên cụm chiết, dầu chảy vào chai.
2.4 Phân tích và lựa chọn phương án cho các cụm.
2.4.1 Cơ cấu vận chuyển chai.
Hiện nay có rất nhiều các thiết bị vận chuyển liên tục ( băng tải, gầu tải, xích tải…) với nhiều kích thước khác nhau, chế tạo bởi các loại vật liệu khác nhau, phù hợp cho các dạng vận chuyển vật liệu rời, vật liệu nóng, các sản phẩm đơn chiếc, các thùng sản phẩm… trong đề tài cần vận chuyển chai nên sử dụng băng tải là phù hợp.
a. Phương án truyền động 1.
Ưu điểm : Làm việc êm, hộp giảm tốc dễ chế tạo chính xác , có khả năng giữ được an toàn khi quá tải nhờ khả năng trượt của đai.
Nhược điểm : Kích thước bộ truyền lớn, hiệu suất thấp.
b. Phương án truyền động 2.
Ưu điểm : Hiệu suất cao, hộp giảm tốc 2 cấp nên dễ chế tạo chính xác hơn.
Nhược điểm : Gây ra tiếng ồn, kích thước bộ truyền lớn.
Tuy nhiên hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại động cơ mà trong đó đã chế tạo sẵn hộp giảm tốc, chính vì thế việc sử dụng rất tiện lợi, ta không cần chế tạo hộp giảm tốc riêng, hay sử dụng các bộ truyền khác để nhằm giảm tốc độ trục ra của động cơ. Yêu cầu của hệ thống chiết là đảm bảo được năng suất, nhưng không cần thiết phải có một giá trị vận tốc băng tải thật chính xác mà tốc độ băng tải có thể nằm trong một phạm vi cho phép, chính vì thế ta có thể dễ dàng trong việc lựa chọn động cơ trên thị trường.
2.4.2 Cụm chiết dầu.
Yêu cầu đặt ra :
- Hệ thống có thể thay đổi vị trí các kết cấu cho phù hợp với một số loại bình chứa.
- Không để dầu bắn tung toé trong cũng như sau khi chiết.
Từ những yêu cầu trên em nhận thấy cần giải quyết các vấn đề sau khi thiết kế:
+ Khoảng cách giữa các vòi phun có thể thay đổi tuỳ theo kích thước chai cũng như đường kính cổ chai. Thuận lợi trong việc điều chỉnh các vị trí khi lắp ráp.
+ Khoảng cách từ miệng chai đến vòi phun có thể thay đổi cho phù hợp với chiều cao từng loại chai.
2.4.2.1. Các phương án thiết kế vòi phun.
a. Phương án 1. Vòi phun ngắn.
Phạm vi sử dụng: phù hợp khi chiết các loại chất lỏng như : Nước uống, sữa, dầu ăn (edible oil), mực (ink), hoá chất, mật ong..
b. Phương án 2. Vòi phun dài.
Phạm vi sử dụng: phù hợp với các dạng chất lỏng có bọt, vòi phun được điều chỉnh xuống, lên trong quá trình phun.
Qua phân tích các phương án, phương án thiết kế vòi phun thứ nhất được lựa chọn.
2.4.2.2 Các phương án thay đổi khoảng cách từ vòi phun đến miệng chai.
a. Phương án 1.
- Nguyên lý hoạt động : khi cần thay đổi khoảng cách từ vòi phun đến miệng chai, 2 xilanh khí nén sẽ được tác động để đưa toàn bộ khung di chuyển lên hoặc xuống đến khoảng cách phù hợp.
Phương án này thuận lợi khi điều chỉnh vì chỉ cần đóng mở van khí nén, tuy nhiên kết cấu không cứng vững, cồng kềnh, chi phí cao.
b. Phương án 2.
Nguyên lý hoạt động: khi cần di chuyển vòi phun lên hoặc xuống, ta xoay
trục vít theo chiều tương ứng ( do đai ốc được dữ cố định nên trục vít sẽ phải di chuyển ).Phương án này chí phí thấp hơn so với phương án 1, độ cứng vững cao, kết cấu gọn hơn.
2.4.3. Cụm định lượng.
Yêu cầu: Đảm bảo định lượng chính xác ở tất cả các chai trong quá trình chiết.
Các phương án :
a. Phương án 1.
Hoạt động : Khi các chai đã được định vị, van phân phối mở để dầu thông từ bình chứa dầu sang vòi phun chảy xuống chai. Khi đủ thể tích yêu cầu van phân phối sẽ đóng lại.
b. Phương án 2.
Hoạt động: Trong khi các chai được định vị, Dầu từ thùng chứa qua van phân phối 1 được nối thông với xy lanh, nhờ trọng lượng dầu chảy xuống xy lanh, khi dầu đã được chứa đầy trong xy lanh, van phân phối 1 đóng lại, làm cho dầu thông từ xy lanh qua ống dẫn dầu sang bộ phận chiết. Khi piston chuyển động đi lên sẽ đẩy dầu sang bộ phân chiết.
2.4.4. Cụm đóng nắp chai .
Yêu cầu:
Nắp được cấp tự động lên miệng chai trước khi được đóng.
Bộ phận đóng nắp tự động đi xuống và vặn nắp.
Sơ bộ nguyên lý hoạt động : Sau khi chứa đầy dầu, các chai được vận chuyển sang cụm cấp nắp nhờ băng tải. Trong quá trình di chuyển các chai đi qua bộ phận cấp nắp tự động, sau đó mỗi chai sẽ có một nắp nằm trên miệng chai, khi chai di chuyển đến bộ phận đóng nắp, các cảm biến đếm sẽ đếm số chai, khi đủ 2 chai, các xy lanh sẽ được tác động đẩy ra để cố định 2 chai, sau đó các xy lanh xoay sẽ được tác động để vặn nắp.
2.4.4.1 Cụm cấp nắp.
Thùng chứa nắp có nhiệm vụ cấp nắp theo máng dẫn xuống chai, tuy nhiên yêu cầu đặt ra đó là làm sao tất cả các nắp đều ở trạng thái lật úp trước khi được chai lấy đi khi di chuyển.
Hoạt động : Trong quá trình cấp nắp, động cơ sẽ quay để gạt các nắp, làm các nắp chuyển động trong thùng chứa, do cấu tạo đặc biệt của thùng chứa chỉ cho phép nắp trượt xuống máng dẫn theo một chiều (lật ngửa), những nắp nằm úp không thể thoát xuống máng trượt được và tiếp tục chuyển động trong thùng, những nắp trong máng trượt được lật úp nhờ bán kính cong của máng dẫn, các nắp trượt xuống được một phần do trọng lực của nắp, một phần do lực đẩy của các nắp phía sau. Các nắp khi chuyển động đến cuối máng dẫn được giữ lại bởi lò xo, đến khi các chai chứa dầu đi qua và nắp được lấy đi.
Một vài phương án cấp nắp:
Phương án 1: Cấp nắp theo bàn xoay.
Hoạt động : Các chai được băng tải vận chuyển tới bàn xoay ( bàn xoay có kết cấu tuỳ theo hình dáng chai), khi chai đã vào vị trí, do bàn xoay chuyển động làm chai di chuyển sang vị trí 2 (trong lúc này các chai phía sau tiếp tục tiến vào bàn xoay ), tại vị trí 2 chai được cấp nắp sau đó chai được chuyển sang các vị trí 3,4. Tại hai vị trí này xy lanh xoay sẽ chuyển động đi xuống để vặn nắp chai. Sau khi vặn nắp xong chai tiếp tục được xoay sang vị trí tiếp theo, cuối cùng chai được vận chuyển ra bằng hệ thống băng tải thứ hai.
Phương án 2. Cấp nắp theo đường thẳng.
Hoạt động : Chai được chuyển động thẳng trên băng tải, khi đến vị trí cấp nắp, chai kéo nắp đi theo ( nắp được giữ ở miệng máng bởi lò xo ), chai tiếp tục chuyển động tới vị trí đóng nắp.
2.4.4.2 Cụm đóng nắp.
Hoạt động : Khi cảm biến thứ nhất có tín hiệu (nhận ra chai ), xy lanh khí nén thứ 2 sẽ tác động để đẩy tấm dữ ra, nhằm chặn chai dừng lại. Sau khi đếm đủ 2 chai thì xy lanh khí nén thứ nhất cũng tác động đẩy tấm chặn ra, nhằm định vị 2 chai. Tiếp theo xy lanh khí nén xoay phía trên di chuyển xuống, bộ phận tạo ma sát ở đầu mỗi xy lanh sẽ giữ cố định nắp chai, khí nén được cấp vào trong xy lanh làm xy lanh xoay và nắp được đóng lại.
Cấu tạo của bộ phận tạo ma sát : bao gồm hai phần, ống phía ngoài được gắn với piston của xy lanh khí nén xoay. Ống trong được làm bằng vật liệu cao su, khi ống này ôm chặt lấy nắp, ma sát tạo ra làm cho nắp không bị trượt khi piston xoay.
Các phương án thiết kế:
* Phương án 1.
Hoạt động :Để điều chỉnh khoảng cách từ nắp chai đến bộ phận tạo ma sát gắn ở đầu piston, ta xoay trục vít 3, khi đó cả tấm đỡ 4 sẽ di chuyển lên, xuống tuỳ theo chiều xoay của trục vít. Ngoài ra hai xy lanh cũng có thể dịch chuyển tương đối theo phương ngang. Khi các chai đã được định vị, piston xy lanh khí nén 2 sẽ chuyển động đi xuống làm cho cả hệ thống xy lanh xoay di chuyển xuống, đến khi piston của xy lanh 2 di chuyển được một khoảng xác định thì xy lanh khí nén xoay sẽ xoay để đóng nắp, ( vì khi bộ phận tạo ma sát tì vào nắp và piston xy lanh 2 tiếp tục đi xuống làm cho piston của xy lanh khí nén xoay đi lên, dẫn đến khí nén được cấp vào trong xy lanh này làm nó xoay, đây là cấu tạo của loại xy lanh khí nén này ).
* Phương án 2:
Hoạt động : Khi cần điều chỉnh vị trí tương đối giữa các xy lanh xoay, ta chỉ cần dịch chuyển chúng theo rãnh 8, sau đó cố định vị trí của chúng bằng bulông. Khi cần điều chỉnh khoảng cách giữa nắp chai và bộ phận tạo ma sát ta dịch chuyển tấm đỡ 4 theo rãnh 9 nằm trên tấm đỡ 3, sau đó cố định bằng bulông. Khi các chai đã được định vị, piston của xy lanh 10 chuyển động đi xuống để tiến hành đóng nắp, tương tự như phương án trên.
2.5 Tổng hợp các phương án thiết kế được lựa chọn.
a. Băng tải, dẫn động bằng động cơ có gắn hộp giảm tốc
Băng tải, dẫn động bằng động cơ có gắn hộp giảm tốc như hình 2.24.
b. Một số chi tiết của hệ thống chiết và định lượng.
Khung đỡ được di chuyển trên thanh răng , do lực đẩy của hai xy lanh khí nén.
Hai xy lanh được gắn cố định lên khung đỡ, đầu còn lại của piston gắn với khung đỡ máng hứng dầu. Khi xy lanh được tác động sẽ di chuyển máng hứng dầu và khối V.
Chương 3: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT
3.1. Xác định các thông số của cụm băng tải.
3.1.1 Vận tốc băng tải tại cụm chiết.
Năng suất : Q = 1000 chai/h.
Kích thước chai( theo chiều di chuyển ) : L = 110 mm.
Sơ bộ thời gian tác động của các xy lanh:
Xy lanh chặn chai : t1 = 0.5s.
Xy lanh đóng mở vòi phun: t2 = 0.5s.
Xy lanh định vị cổ chai : t3 = 2s.
Xy lanh đẩy dầu: t4 = 10s.
Số vòi phun : n = 6.
Số lần chiết trong 1 h : m = Q/n = 1000/6 = 167 (lần).
Vậy thời gian cho mỗi lần chiết là : T = 3600/167 = 22 s.
T là thời gian tổng cộng của các cơ cấu tác động trong 1 lần chiết.
T = t + 3t1 + 2t2 + 2t3 + t4
Trong đó t : là thời gian cần thiết để di chuyển 6 chai vào vị trí định vị.
T = t + 1.5 + 1 + 4 + 10
=> t = T – 16.5 = 22 – 16.5 = 5s.
Như vậy thời gian t chính là thời gian di chuyển của 6 chai trên quãng đường : S = 9 x 110 = 990 mm = 0.99 m.
Vận tốc băng tải cần thiết : V = S/ t = 0.99/5= 0.2 m/s.
Đường kính con lăn băng tải : D = 120 mm .
3.1.2 Vận tốc băng tải tại cụm đóng nắp.
Vấn đề : Dây chuyền chiết hoạt động đồng bộ, từ quá trình chiết đến quá trình đóng nắp. Để tránh tình trạng ùn tắc chai ở phía trước cụm đóng nắp thì tốc độ đóng nắp phải nhanh, tức là có thể đóng xong 6 chai ngay sau mỗi lần chiết.
Số xy lanh đóng nắp : n = 2.
Thời gian sơ bộ các xy lanh tác động ở cụm đóng nắp:
Thời gian xy lanh chặn chai : t1 = 0.5 s.
Thời gian đóng nắp : t2 = 1.5 s.
Thời gian cho mỗi lần đóng nắp :
T = t + 3t1 + 2t2 = t + 1.5 + 3 = t + 4.5.
3.1.3 Xác định công suất động cơ băng tải cụm chiết.
Các số liệu ban đầu:
- Năng suất làm việc: Q=1(tấn/h)
- Vận tốc băng tải: v=0.2(m/s)
- Chiều dài tấm băng: L=5m
- Khối lượng vật liệu vân chuyển:m=1kg/chai.
- Chiều rộng băng: B=100 mm
- Lực kéo sơ bộ có thể tính bằng tổng lực cản 2 nhánh có tải và nhánh không tải, lực cản ở các đoạn cong được tính đến bằng cách nhân thêm hệ số cản.
Tổng lực kéo (hay lực cản của băng tải) được xác định theo công thức :
Wc = Wct + Wkt ,(N)
Với :
Wc : là lực kéo chung (N);
Wct : là lực kéo ở nhánh có tải (N);
Wkt : là lực kéo ở nhánh không tải (N) ;
Ta có:
Wct = k.(q + qb + qcl¢).L.w¢.cosb (q +qb)L.sinb + L.q.sinb , (N)
Wkt = k.(qb + qcl¢)L.w¢¢.cosb qb.L.sinb , (N)
Trọng lượng phân bố trên 1m chiều dài của tấm nhựa :
qb = 2 kg/m = 20 (N/m)
- Trên nhánh có tải: S1=S4+Wct và S3=k.S4
Wkt = 6.20.5.0.4 =240 (N).
Với k là hệ số cản khi băng đi qua tang đuôi hay tang dẫn hướng,với góc ôm của băng trên tang đuôi q=1800 ta chọn k=1,05.
S3=1,05.S4 (N).
S1=S4+960 (N).
S3=S2+240 (N)
S1=3.05.S2.
Giải hệ phương trình :
Ta có :
S4 = 770 N.
S1 = 1730 N.
S2 = 570 N.
S3 = 810 N
Lực kéo của băng tải được xác định:
W= Sv- Sr= S1- S2=1730 – 570 =1160(N).
Công suất làm việc : P = W.v/1000 = 1160x0.2/1000 = 0.23 (KW).
Chọn động cơ : RF40 DT63L4 ( P = 0.25 KW, n = 33 (vòng/phút)).
3.1.4 Xác định công suất động cơ băng tải cụm đóng nắp.
Tính toán hoàn toàn tương tự như cụm chiết trong đó :
Chiều dài băng tải L = 2m.
Lực kéo ở nhánh có tải :
Wct = 6(60+20).2.0.4=384(N).
Lực kéo ở nhánh không tải :
Wkt = 6.20.2.0.4 =96 (N).
S3=1,05.S4 (N).
S1=S4+384 (N).
S3=S2+ 96 (N)
S1=3.05.S2.
Giải hệ phương trình :
Ta có : S4 = 307 N.
S1 = 692 N.
S2 = 226 N.
S3 = 322 N.
Lực kéo của băng tải được xác định:
W= Sv- Sr= S1- S2=692 – 226 =465(N).
Công suất làm việc : P = W.v/1000 = 465x0.2/1000 = 0.1 (KW).
Chọn động cơ : RF40 DT63L4 ( P = 0.25 KW, n = 33 (vòng/phút)).
3.2 Tính trục trên hệ thống băng tải.
3.2.1 Trục dẫn động băng tải cụm chiết.
3.2.1.1 Chọn vật liệu làm trục là thép 45 .
3.2.1.2 Tính sức bền trục :
Vậy : d ³ = 24 mm.
b. Tính các phản lực trên các ổ bi :
Lực tại khớp nối :
Ft = 2.T/ D = 2. 60.103 / 50 = 2,4 . 103 N.
Fkn = (0,2 ¸0,3) Ft = 600 N.
Trong đó: D: là đường kính của khớp nối.
Lực tác dụng lên trục : F = 1730 + 570 = 2300 N.
d. Xác định vị trí có mô men tương đương lớn nhất :
Dựa theo các biểu đồ mô men, ta có mô men tương đương lớn nhất tại điểm B.
Theo thuyết bền thứ tư : MB = 74000 Nmm
e. Xác định đường kính tại tiết diện nguy hiểm :
Vậy : d ³ = 23 mm.
Chọn đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm là d = 28 mm.
3.2.2 Tính trục bị động băng tải cụm chiết.
Chọn vật liệu làm trục là thép 45 .
a. Tính các phản lực trên các ổ bi :
Lực tác dụng lên trục: F = 810 + 770 = 1580 N.
+ Phương trình cân bằng mô men đối với điểm A :
F.50 - F2.100 = 0.
Vậy :
FY2 = 790 N.
+ Phương trình cân bằng lực:
F – F1 - F2 = 0.
F1 = F - F2 = 1580 - 790 = 790 N.
b. Xác định vị trí có mô men tương đương lớn nhất :
Ta có mô men tương đương lớn nhất tại trung điểm của trục.
Theo thuyết bền thứ tư : MB = 39500 Nmm
3.2.4 Tính trục bị động băng tải cụm đóng nắp .
3.2.4.1 Chọn vật liệu trục :
Chọn vật liệu làm trục là thép 45 .
3.2.4.2 Tính sức bền trục :
a. Tính các phản lực trên các ổ bi :
Lực tác dụng lên trục: F = 307 + 322 = 629 N.
+ Phương trình cân bằng mô men đối với điểm A :
F.50 - F2.100 = 0.
Vậy :
FY2 = 314.5 N.
+ Phương trình cân bằng lực:
F – F1 - F2 = 0.
F1 = F - F2 = 629 – 314.5 = 314.5 N.
b. Xác định vị trí có mô men tương đương lớn nhất :
Ta có mô men tương đương lớn nhất tại trung điểm của trục.
Theo thuyết bền thứ tư : MB = 15725 Nmm
3.3. Xác định ổ đỡ cho các trục trên hệ thống băng tải.
3.3.1 Xác định ổ đỡ cho trục dẫn động băng tải cụm chiết
Trục dẫn động không có lực dọc trục tác dụng nên ta chọn ổ bi đỡ.
* Đường kính trục : d = 25mm.
Dựa vào [5, trang 255, bảng P2.7], chọn ổ bi đỡ ký hiệu 105 với C=7.9 kN,
Co = 5.04 kN.
* Tải trọng động qui ước Q :
Q = (X.V.Fr + Y.Fa).kt.kđ [5, trang 214]
Vậy : Q = (1 . 1 . 1,021).1 . 1 = 1,021 N.
* Tuổi thọ của ổ :
Lh = 106.L/(60.n) [5, trang 213]
=> L = Lh.60.n/106
Khả năng tải động :
Có: m : Bậc của đường cong mỏi. m = 3.
Vậy : Cđ = 3,16 kN < C = 7.9 kN.
Chọn ổ bi đỡ cỡ đặc biệt nhẹ, vừa, ký hiệu 106 có C = 7.9 kN, đường kính
ngoài D = 47 mm, chiều rộng B = 12 mm.
* Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ :
Qt = X0.Fr + Y0.Fa = 0,6. Fr + 0,5.Fa = 0,6 . 1,021 = 0.61 kN.
Vậy Qt < C0 = 5.04 kN.
3.3.2 Xác định ổ đỡ cho trục dẫn động băng tải cụm đóng nắp .
Trục dẫn động không có lực dọc trục tác dụng nên ta chọn ổ bi đỡ.
* Tính cho gối đỡ 1 vì có lực F1 lớn.
* Đường kính trục : d = 25mm.
Chọn ổ bi đỡ ký hiệu 105 với C=7.9 kN, Co = 5.04 kN.
* Tải trọng động qui ước Q :
Q = (X.V.Fr + Y.Fa).kt.kđ [5, trang 214]
Vậy : Q = (1 . 1 . 0,408).1 . 1 = 0,408 kN.
* Tuổi thọ của ổ :
Lh = 106.L/(60.n) [5, trang 213]
=> L = Lh.60.n/106
Với
+ Lh : Tuổi thọ tính bằng giờ. Lh = 10000 giờ
+ n : Số vòng quay. n = 32 vòng/phút.
Vậy L = 10000 . 60 . 32/106 = 19.2 triệu vòng quay.
* Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ :
Qt = X0.Fr + Y0.Fa = 0,6. Fr + 0,5.Fa = 0,6 . 0,408 = 0,24 kN.
Vậy Qt < C0 = 5.04 kN.
3.4. Xác định kích thước của trục vít, treo toàn bộ cụm chiết.
Khối lượng sơ bộ của cụm chiết :
Khối lượng của 2 tấm đỡ : m = 34 kg.
Khối lượng khung đỡ và cơ cấu định vị cổ chai : m = 9 kg
Khối lượng trục và bánh răng để di chuyển lên xuống m = 3 kg
Vậy khối lượng sơ bộ của cụm chiết :
m = 34 + 9 + 3 = 46 kg.
Toàn bộ cụm chiết được treo bởi một trục vít, do vậy ta cần xác định kích thước nhỏ nhất của trục vít có thể chịu được tải trọng trên.
Trọng lượng của cụm chi tiết :
P = mg = 46 x 10 = 460 N.
Đường kính trục vít thiết kế: d = 20 mm = 2cm.
Diện tích mặt cắt ngang : F = pd2/4 = p.22/4 = 3.14 cm2.
Vậy: Ft = 0.15 KN/cm2 thoả mãn yêu cầu.
3.5 Xác định khối lượng của các bộ phận di chuyển.
3.5.1. Khối lượng cụm đẩy dầu.
a. Khối lượng thanh thép chữ U.
Diện tích mặt cắt :
S = 2x100x10 + 180x10 =3800 mm2
Thể tích thanh thép:
V = SxL = 3800 x 1500 = 5700000 mm3
Khối lượng thanh thép :
m = Vx r = 5700000 x 10-9 x 7200 = 41 kg.
b. Khối lượng của piston.
Thể tích của piston :
V = (p x 1002 )/4 x 60 + (p x 232)/4 x 340 = 61219 mm3.
Khối lượng của piston :
m1 = V x r = 61219 x 10-9 x 7200 = 4.4 kg.
Khối lượng của 6 piston :
m = 6 x 4.4 = 26.4 kg.
3.5.3 Khối lượng của tấm đỡ(tấm đỡ các chi tiết của cụm chiết)
Tấm đỡ có bề dày 10mm.
Khối lượng tấm đỡ :
m = (624 x 400 – 200 x 68 ) x 10 x 10-9 x 7200 = 17 kg.
3.5.5 Khối lượng van chiết.
m = 0.25 kg
Chương 4 : HỆ THỐNG KHÍ NÉN
4.1 Khả năng ứng dụng của khí nén
4.1.1. Trong lĩnh vực điều khiển
Sau chiến tranh thế giới thứ 2, nhất là vào những năm 50, 60 của thế kỷ 20, là thời gian phát triển mạnh mẽ của giai đoạn tự động hoá quá trình sản xuất, kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nha.
4.1.2. Hệ thống truyền động.
* Truyền động quay
Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nénvà một động cơ điện có cùng công suất thì, giá thành của động cơ sử dụng khí nén cao hơn gấp 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất.
* Truyền động thẳng.
Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong hệ thống phanh hãm của ôtô.
Ngoài ra khí nén còn được sử dụng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm.
4.2 Các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén.
a. Bộ lọc :
Bộ lọc có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất, hơi nước trong khí trước khi khí được di chuyển vào cơ xy lanh, nhằm bảo vệ xy lanh khỏi các hiện tượng mài mòn hay rỉ sét..
Phần tử điều khiển :
Điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành.
b. Cơ cấu chấp hành :
Thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển. Ví dụ : xy lanh, động cơ.
4.2.1. Một số loại van khí nén.
- Van đảo chiều 3/2 tác động trực tiếp bằng nam châm điện.
- Van đảo chiều 4/3 tác động bằng tay.
Ngoài ra còn nhiều loại van khác như van tiết lưu, van một chiều ..
Tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể mà các loại van được lựa chọn.
4.2.2. Một số loại xy lanh khí nén
- Xy lanh tác động đơn ( chiều tác động ngược lại do ngoại lực tác dụng)
Tuỳ theo yêu cầu làm việc cũng như giá thành của từng loại xy lanh, người sử dụng có thể chọn loại xy lanh phù hợp.
4.4 Tính tốn kích thước xylanh .
4.4.1 Kích thước xy lanh hút dầu.
Khối lượng cơ cấu di chuyển : m = 74 kg.
Trọng lượng : P = mg = 74 x 10 = 740 N.
Lực tác dụng lên 2 xy lanh gồm có : Trọng lực của cơ cấu di chuyển, áp lực phản hồi của dầu tác dụng lên 6 piston khi đẩy dầu, lực ma sát giữa piston và xy lanh chứa dầu ( do có vòng cao su đệm giữa piston và xy lanh ).
Các số liệu ban đầu :
Ở phần trước, khi tính toán số vòng quay động cơ ta đã thiết kế thời gian di
chuyển của piston đẩy dầu là 10s.
Thể tích cần điền đầy là 1 lít.
Vậy lưu lượng khi điền đầy là : Q = 10-3/10 = 10-4 (m3/s) .
Diện tích vòi phun :
A = p d2/4 = p. 0.012/4 = 0.78 x 10-4 mm2.
Vận tốc tại vòi phun (tại mặt cắt 1-1 ).
u1 = Q/A = 10-4/ 0.78 x 10-4 = 1.28 (m/s).
Vậy lực tác dụng lên mỗi piston là : F1 = 810 x 0.78 x 10-2 = 6.5 N.
Lực ma sát giữa piston và xy lanh ( trên mỗi xy lanh ) : F2 = 600 N.
Vậy lực tác dụng lên mỗi xy lanh ( xy lanh chứa dầu ): F = F1 + F2 = 606,5 N.
4.4.2 Kích thước xy lanh van chiết.
Khối lượng của van : m = 0.25 kg.
Trọng lượng của van : P = mg = 0.25 x 10 = 2.5 N.
Đường kính xy lanh : D = 0,264 cm = 2,64 mm.
4.4.3 Kích thước xy lanh định vị cổ chai.
Khối lượng toàn bộ cơ cấu di chuyển : m = 8 kg.
Trọng lượng: P = mg = 8 x 10 = 80 N.
Hệ số ma sát k = 0,2 .
Lực ma sát khi di chuyển : F = P.k = 80 x 0,2 = 16N.
Diện tích xy lanh : S = 16/40 = 0,4 cm2.
4.4.5 Xy lanh đóng nắp .
Khối lượng toàn bộ cơ cấu di chuyển : m = 9 kg.
Trọng lượng: P = mg = 9 x 10 = 90 N.
Diện tích xy lanh :
S = 90/40 = 2,25 cm2.
Chương 5. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
5.1 Tổng quan về các hệ thống điều khiển.
Một hệ thống điều khiển bất kỳ đều được cấu tạo bởi 3 thành phần : khối vào, khối xử lý , khối ra.
a. Khối vào
Các tín hiệu vào thường qua bộ chuyển đổi để chuyển các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện. Các bộ phận chuyển đổi có thể là nút nhấn, công tắc, cảm biến nhiệt …tuỳ theo loại bộ chuyển đổi mà các tín hiệu ra khỏi bộ chuyển đổi hoặc có dạng on/off hoặc có dạng liên tục .
b. Khối ra
Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này được sử dụng để tạo ra những hoạt động đáp ứng cu6 thể cho máy hoặc thiết bị nhằm bao đảm thực hiện quá trình mục tiêu. Các quá trình mục tiêu được thực hiện do những thiết bị ở ngõ ra như động cơ, xy lanh khí nén, bơm, rờ le …, chẳng hạn động cơ điện biến đổi các tín hiệu điện thành chuyển động quay, hay xy lanh khí nén biến đổi các tín hiệu điện thành chuyển động tịnh tiến…
5.2 Một số hệ thống điều khiển
5.2.1.Hệ thống điều khiển dùng rơ le.
Rơ -le là một công tắc điện có khả năng chịu được dòng cao, được tác động gián tiếp bởi dòng điện điều khiển có cường độ thấp. Nó là thành phần quan trọng trong các hệ thống điều khiển hiện đại.
Rơ le lúc đầu được sử dụng trong hệ thống đơn giản dùng vào việc khuyếch đại công suất các tín hiệu điện tín để truyền đi xa. Sau này rơ le cho phép thực hiện các hệ thống tinh vi hơn và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp với nhiệm vụ là tạo sự giao tiếp giữa các tín hiệu ở mức điện áp thấp và (5-24 V) từ các bộ điều khiển đến các thiết bị công suất hoặc cơ cấu tác động làm việc với điện áp và dòng cao.
5.2.2.Hệ thống điều khiển dùng máy tính
Máy tính số là một bộ máy điện tử xử lý thông tin ở dạng nhị phân. Nó rất phù hợp để tính toán và lưu trữ lượng thông tin lớn.
Sơ lược về ứng dụng máy tính trong điều khiển.
Máy tính được ứng dụng trong điều khiển quá trình từ giữa thập niên 1950. Các hãng chế tạo máy tính đã cố gắng ứng dụng những ưu điểm của nó vào việc điều khiển các quá trình sản xuất hoá chất và đã đạt được kết quả tương đối khả quan.
5.2.3. Hệ thống điều khiển dùng PLC.
Nhu cầu về bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình. Hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ le và thiết bị rời cồng kềnh, và nó tạo ra khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Ngoài ra PLC còn có thể thực hiện các tác vụ khác như định thì, đếm … làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp.
5.2.4. Lựa chọn PLC.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại PLC của nhiều hãng khác nhau (Mitsubishi, Siemens, Festo, Allen Bradley ..) với các tính năng ngày càng được tăng cường nhằm cải thiện hiệu suất và chất lượng. Tuy nhiên, hầu hết các PLC cùng cỡ thì có chức năng tương đương nhau. Điểm khác nhau quan trọng nhất là ở phương pháp lập trình và ngôn ngữ lập trình, cùng với các mức độ về sự hỗ trợ của nhà sản xuất. Ở những dự án lớn sự hỗ trợ từ nhà sản xuất là rất quan trọng.
5.3. Ứng dụng PLC trong đề tài :
Trong đề tài luận văn em lựa chọn PLC của hãng Mitsubishi.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn: TS…………., đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.
Qua quá trình làm đồ án đã giúp tôi làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư cơ khí trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp bản thân em củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu. Do thời gian có hạn và kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án của em không tránh được những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo hướng dẫn: TS……………., cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lập trình PLC OMRON. Tác giả TS. Nguyễn Đức Thành.
[2]. Sổ tay công nghệ chế tạo máy tâp 1, 2, 3. Tác giả GS.TS Trần Văn Địch.
[3]. Trần Văn Địch, Tự động hóa sản xuất.
[4]. Lê Khánh Điền, Vẽ kỹ thuật cơ khí, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM.
[5]. Lại Khắc Liễm, Giaos trình cơ học máy, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM 1998.
[6]. Cơ sở thiết kế máy, Bộ môn thiết kế máy khoa cơ khí.Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ LUẬN VĂN"