TỔNG QUAN về hệ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM

Khái niệm và ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự độngnhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng góihay loại

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1 Khái niệm và ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự độngnhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng góihay loại bỏ sản phẩm hỏng

Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm Ví dụ:

Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự động, có

sự tham gia của con người hay không mức độ đến đâu, điều khiển bằng PLC, vi

xử lí

Theo màu sắc: màu sắc sẽ được cảm biến màu nhận biết chuyển sang tín hiệu điện rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí

Theo trọng lượng, kích thước bên ngoài

Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của phôi với nhau

Ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế (Máy tách màu):

a) Cấu tạo:

Hình 1.1 Cấu tạo cơ bản của máy tách màu

Bộ rung: Nguyên liệu đổ xuống bộ rung sẽ được phân bổ đều xuống máng Độ rung nhanh hay chậm sẽ quyết định năng suất của máy tách màu nhiều hay ít.Máng: là bộ phận định hình dòng chảy cho nguyên liệu Có 2 loại máng trơn và máng rãnh

Camera: Quan sát và ghi lại hình ảnh của từng hạt nguyên liệu, sau đó gửi thông tin cho Hệ thống CPU xử lý.

Hộp quang học (Hộp camera trước và sau): Phía trước máy có 2 dãy đèn ledtrên, 1 dãy đèn led dưới và 1 đèn bảng nền hỗ trợ cho camera phía sau Tương

tự, phía sau máy cũng có 2 dãy đèn led trên, 1 dãy đèn led dưới và 1 đèn bảngnền hỗ trợ cho camera phía trước

Hệ thống CPU điều khiển: Là nơi phân tích hình ảnh của camera gửi về, khi

phát hiện hạt phế phẩm, Hệ thống CPU sẽ truyền thông tin cho Súng hơi

Súng hơi: Nhận thông tin từ Hệ thống CPU sẽ thổi một lượng hơi vừa đủ để đẩy những hạt phế phẩm ra ngoài

Lọc khí: để lọc nước, dầu, dị vật trong không khí nhằm đảm bảo nguồn khí sạch cung cấp cho Súng hơi

b) Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của máy tách màu

Nguyên liệu từ phễu cấp liệu sẽ chảy vào Bộ rung và được bộ này phân bố đều vào các máng Máng rãnh giúp định hình dòng nguyên liệu Khi rời máng, dòng nguyên liệu sẽ được camera quan sát và ghi nhận hình ảnh, sau đó gửi thông tin về Hệ thống CPU điều khiển CPU phân tích hình ảnh và phát hiện phế phẩm truyền thông

tin đến Súng Hơi Súng hơi thổi một lượng hơi vừa đủ để đẩy hạt phế phẩm ra ngoài, những hạt thành phẩm theo quán tính sẽ rơi vào phễu thành phẩm.

1.2 Nguyên lý hoạt động:

Hệ thống hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định chiều cao củasản phẩm Sau đó dùng cơ cấu chấp hành để phân loại sản phẩm có chiều cao,khác nhau Cơ cấu chấp hành có thể là xylanh đẩy, cần gạt được dẫn động từ động cơ…

Hình Mô hình phân loại sản phẩm trong thực tế

CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG

2.1 Băng tải:

Đây là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại sản phẩm Nó có nhiệm vụ vận chuyển phôi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn Nguồn động lực chính của băng tải chính là đông cơ điện: động cơ một chiều, động cơ

3 pha lồng sóc hay servo… tùy vào yêu cầu hệ thống Để tạo ra momen đủ lớn cho băng tải cần nối trục động cơ với hộp giảm tốc rồi mới ra tải Hai đầu băng tải có puli băng tải là vòng kín quấn quanh puli này Băng tải làm từ vật liệu nhiều lớp, thường là hai có thể là cao su Lớp dưới là thành phần chịu kéo và tạo hình cho băng tải, lớp trên

là lớp phủ

1 Bộ phận kéo cùng các yếu tố làmviệc trực tiếp mang vật

2 Trạm dẫn động, truyền chuyểnđộng cho bộ phận kéo

3 Bộ phận căng, tạo và giữ lực căngcần thiết cho bộ phận kéo

4 Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ, )làm phần trượt cho bộ phận kéo và

Hình 2.1 Cấu tạo chung của băng tải

ế ốCác loại băng tải trên thị trường hiện nay:

Bảng 1 Danh sách các loại băng tải

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận

chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt

Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn Năng suất của băng tải loại

này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là

không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

Băng tải xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo:

Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn

Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1

có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng ximăng

Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài Do băng tải dùng trong hệ thống làm

nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong đề tài em đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những lý do sau đây:

Tải trọng băng tải không quá lớn

Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

Ưu điểm Làm việc êm và không ồn, tốc Kích thước nhỏ hơn so với truyền

Giữ được an toàn cho các chi Không có hiện tượng trượt

tải do hiện tượng trượt trơn.

Do có sự va đập khi vào khớp nên gây nhiều tiếng ồn lớn khi làm việc,không thích hợp với vận tốc cao

Đòi hỏi chế tạo, lắp ráp chính xác hơn, yêu cầu chăm sóc, bảo quản thường xuyên

Vận tốc và tỷ số truyền tức thờikhông ổn định

Dễ mòn khớp bản lề

Do thích hợp với vận tốc cao Thích hợp với vận tốc thấp, thườngnên thường lắp ở đầu vào của lắp ở đầu ra của hộp giảm tốc, thíchPhạm vi

hợp truyền động với khoảng cáchhộp giảm tốc, thường dùng khi

Không đòi hởi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn

Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng công suất và số vòng

download by : skknchat@gmail.com

Hình Bộ truyền xích

2.3 Pit tông/ Van khí nén:

Trong đồ án này em chọn cơ cấu sinh lực bằng khí nén để tạo ra lực đẩy phôi.Chọn cơ cấu xilanh khí nén vì nó có ưu điểm:

Giá thành rẻ

Lực kẹp đủ lớn, đều có thể kiểm tra, điều chỉnh dễ dàng trong quá trình làm việc

Sử dụng đơn giản với sinh viên

Dễ tìm mua trên thị trường

Hình 2.3: Xilanh khí nén

Van điều khiển có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lương bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vi trív để thay đổi hướng đi của dòng năng lương

Van điều khiển em chọn van 5/2 tác động nam châm điện và lò xo Chọn van 5/2 có ký hiệu như hình vẽ.

Hình Kí hiệu van trên sơ đồ điện

Các thông số của van là:

Áp suất làm việc: 0,15 – 0,7 MPa

Ta cấp khí vào cửa P(1) rồi lấy khí ra cửa A(4) và B(2) để đưa vào 2 đầu của xilanh

Ở đầu ra 3 và 5 của van ta sử dụng van tiết lưu một chiều để điều chỉnh lưu lượng ra của xylanh, tức là điều chỉnh lực đẩy phôi ra khỏi băng tải

2.4 Cảm biến:

Đây chính là hệ thống thu nhận thông tin từ phôi cho bộ điều khiển Các loại cảm biến thường được sử dụng là cảm biến màu, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận Cảm biến thực hiện chức năng biến đổi các đại lượng không điện (các đại lượng vật lí, hóa học…) thành các đại lượng điện Ví dụ áp suất nhiệt đô lưu lượng vận tốc…thành tín hiệu điện (mV, mA…)

Theo nguyên lí của cảm biến có:

Cảm biến điện trở

Cảm biến điện từ

Cảm biến tĩnh điện

Cảm biến hóa điện

Cảm biến nhiệt điện

Cảm biến điện tử và ion…

Theo tính chất nguồn điện:

Cảm biến phát điện

Cảm biến thông số Theo phương pháp đo:

Cảm biến biến đổi trực tiếp

Cảm biến bù

Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng trong đồ án này em dùng cảm biến quang để phân loại sản phẩm Sản phẩm chạy trên băng truyền, kích hoạt cảm biến quang thứ nhất được phân loại là vật cao, kích hoạt cảm biến quang thứ hai là vật được phân loại là vật trung bình, còn sản phẩm không kích hoạt cảm biến nàothì là vật thấp Cảm biến quang sử dụng ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy bằng mắtthường Nó gồm một nguồn phát quang và một bộ thu quang Nguồn quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo bước sóng.

Ở đồ án này em sử dụng nguồn LASER Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitorquang Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sángkhi vật xuất hiện Ánh sáng do LASER phát ra tác động đến transitor thu quang Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến bộ thu được Sóng dao động dùng để bộ thu loại

bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển Do cảm biến kết nối với mạch điều khiển nên điện áp của cảm biến là 24 VDC

Hình 2.2: Cảm biến quang

2.5 Động cơ:

Một số loại động cơ:

Động cơ điện một chiều

Động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn làm cuộn dây chuyển động Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng.

b) Nguyên lý làm việc

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều,

1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ

là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường

bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Pha 2: Rotor tiếp Pha 3: Bộ phận

cực sao cho từtrường giữa Stator

và Rotor cùng dấu,trở lại pha 1

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ

sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức

phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng.Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Hệ thống băng tải

Thông số đầu vào (theo số liệu đề cho)

Năng Trọng lượng phôi Kích thước hình học phôi (cm)Đềề sốố suất

làm việc[N,sp] [Qmin, [Qmax, [h1;d [h2;d2 [h3;d3 [h1 [h2 [h3

-9

3.1.1 Tính các thông số hình, động học băng tải

Chọn các kích thước của băng tải: Chiều dài L = 1060 mm chiều rộng W = 200

mm chiều dày H = 3mm Chọn khoảng cách giữa 2 sản phẩm là: x = 100 mm Tối đa có

8 sản phẩm trên băng chuyền tại một thời điểm bất kỳ

Hệ số trượt giữa trục và băng tải là: µ = 0,3

Do chọn băng tải dày 3mm nên theo quy định của nhà sản xuất, đường kính tang quay là 60mm

3.1.2 Tính lực kéo căng:

Phân tích lực tác dụng trên băng tải:

Lực căng băng ban đầu

Lực ma sát giữa dây băng và bề mặt tấm đỡ, con lăn,… do khối lượng phôi và dây băng

Hình 3.2Trong 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 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

0 : là trọng lượng 1 m băng tải

L : là chiều dài băng tải

t : là tổng trọng lượng tải đặt trên băng

Lực kéo băng là lực được truyền từ tang dẫn sang băng

F t S3 S0 W i 1/i 2,34 0,06.S1 155,38 155,72 0,06.S1(N )

Như vậy để xác định được lực kéo F ta cần biết giá trị của S0 Lực S0 có thể xác

định từ điều kiện đủ lực ma sát để truyền lực ở tang dẫn động:

: góc ôm giữa băng tải và tang = ( rad)

Để chọn được động cơ, chúng ta cần biết hai thông tin:

Công suất cần thiết trên trục động cơ P

dc

Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ n

sb Hai thông tin này được tính toán từ dữ liệu đầu vào Cụ thể là từ vận tốc v của băng tải và lực kéo F của băng tải (Hình 3.3)

Hình 3.3

Công suất cần thiết trên trục động cơ Pct được xác định theo công thức sau:

P dc P lv

Với � = ��� ��� �đ…

ở đây P

lv và lần lượt là công suất làm việc (tính trên trục công tác) và hiệu suất của cả

bộ truyền (bao gồm hiệu suất của ổ lăn, hiệu suất của bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục

vít-bánh vít, bộ truyền đai, bộ truyền xích ….)Các giá trị hiệu suất này được tra trong bảng 2.3

Tỉ số truyền chung của hệ Tra bảng 2.4 chọn các tỉ số truyền thành phần: ��

Chọn động cơ giảm tốc S8G25RCCE có công suất 25W, số vòng quay 1500

Để đơn giản, hộp giảm tốc thường tích hợp cùng động cơ, do đó bộ truyền

ngoài nên chỉ dùng bộ truyền xích, không nên dùng bộ truyền đai Dữ liệu ban đầu để

tính toán bộ truyền xích bao gồm: Công suất truyền P

chủ động n1 = 60 vòng/phút, tỉ số truyền ux = 3,33 Các bước tính toán chọn bộ truyềnxích như sau:

a) Chọn loại xích:

Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp, dùng xích con lăn

b) Xác định các thông số của xích và bộ truyền:

z1 29 2.u 29 3,3.2 22,4 19(thỏa mãn) z1 23 z2 u z1 3,3.23

75,9 zmax 120 (thoả mãn) z2 76Công suất tính toán:

Tra bảng 5.9 với loại xích ống – con lăn, bước xích p = 12,7mm Số lần va đập

cho phép của xích là: [i] = 60

a 5127,7 1,54 511,16( mm)

download by : skknchat@gmail.com

download by : skknchat@gmail.com

download by : skknchat@gmail.com

E: Mô đun đàn hồi

1 E

2 2 ,1 105 ( Mpa ) E1 E2

Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích:

download by : skknchat@gmail.com

Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ

Đường kính chân răng đĩa xích lớn

download by : skknchat@gmail.com

Chiều rộng vai chống trượt băng tải: 8mm

Chiều dài moay ơ đĩa xích: l m ( 1, 2 1,5 ).d ( 1, 2 1, 5 ). 20 24

download by : skknchat@gmail.com

Gọi đường kính các đoạn trục lắp bánh răng, ổ lăn 1, băng tải, ổ lăn 2 lần lượt là

M td1 1862, 722 0, 75 11672, 22210278, 63Nmm

M td2 488622, 792 0, 75 11672, 222 488727, 34Nmm

M td3 0Đường kính trục tại các tiết diện j theo công thức:

Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính

các đoạn trục như sau :

d 1 = d 3 = 15mm (Đoạn trục lắp với ổ lăn)

d 0 = 15mm (Đoạn trục lắp với đĩa xích)

download by : skknchat@gmail.com

theo tiêu chuẩn.

Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt:

download by : skknchat@gmail.com

Với bảng 9.5 ta có: dạng lắp cố định, vật liệu may-ơ bằng thép và chế độ tải

=> Then tại vị trí này thỏa mãn điều kiện bền dập và cắt

f) Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi:

Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm

thỏa mãn điều kiện:

Trong đó : [�] - hệ số an toàn cho phép, thông thường [�] = 1,5… 2,5 (khi

cần tăng độ cứng [�] = 2,5… 3, như vậy có thể không cần kiểm nghiệm về độ cứng

của trục)

s

j và s

j - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến

ứng suất tiếp tại tiết diện j:

download by : skknchat@gmail.com

Trong đó 1 và 1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng Có thể lấy gần đúng:

x - hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào

phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt cho trong bảng 10.8

download by : skknchat@gmail.com

VớiđộnhẵnR a 2 ,5 0 ,63 m

và b 600 Mpa ta có K x = 1,06

K

y - hệ số tăng bền trục, cho trong bảng 10.9 phụ thuộc vào phương pháp tăng

bền bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt,