Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp

Để đảm bảo quá trình sản xuất ổn định thì cần thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về thời gian , không gian và tự động theo chu kỳ của hệ thống.. Vì vậy quá trình cấp phôi là

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG PHÔI

HỘP

Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Đình Hiếu

Sinh viên thực hiện: Trịnh Đình Văn 2019601547

Nguyễn Phú Tuấn 2019100157 Nguyễn Thế Toàn 2019602916

Hà Nội - 2022

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: ME6061.1 Khóa: 14

2 Tên nhóm: N22

Họ và tên thành viên: Trịnh Đình Văn Mã SV: 2019601547 Nguyễn Phú Tuấn 2019100157 Nguyễn Thế Toàn 2019602916

I Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử hệ thống cấp phôi tự động phôi

hộp

2 Hoạt động của sinh viên

Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

- Thiết lập danh sách yêu cầu

Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ

- Xác định các vấn đề cơ bản

- Thiết lập cấu trúc chức năng

- Phát triển cấu trúc làm việc

- Lựa chọn cấu trúc làm việc

Nội dung 3: Thiết kế cụ thể

- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các tài liệu tham khảo

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính

KHOA CƠ KHÍ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS Nguyễn Anh Tú TS Phan Đình Hiếu

1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Ngày Tháng Năm

2

ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

3

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay , khoa học công nghệ được ứng dụng trong mọi mặt của cuộc sống Năng suất lao động không ngừng được cải thiện , tăng cao nhờ áp dụng các thành tựu khoa học công nghệ tiến tiến vào dây chuyền sản xuất Với những máy móc hiện đại chúng ta có thể tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau trên cùng một dây chuyền với các tinh chỉnh nhỏ Do đó các hệ thống phân loại sản phẩm tự động , nhanh và hiệu quả là vô cùng quan trọng trong các dây chuyền sản xuất Yếu tố được tập trung quan tâm là tự động hóa tối đa hoạt động của dây chuyền sản xuất Để đảm bảo quá trình sản xuất ổn định thì cần thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về thời gian , không gian và tự động theo chu kỳ của hệ thống Vì vậy quá trình cấp phôi là một trong những quá trình quan trọng thiết yếu trong một quy trình sản xuất mà cần được quan tâm và nghiên cứu để nâng cao năng suất lao động , hiệu quả sử dụng máy móc cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm Nghiên cứu hệ thống cấp phôi

tự động là giải quyết từng giai đoạn một cách triệt để trong tổng thể toàn bộ hệ thống cấp phôi trong từng điều kiện làm việc cụ thể của từng máy móc , thiết bị và công đoạn sản xuất Đảm bảo hệ thống ổn định và đạt năng suất cao

Nhận thấy được điều trên, nhóm xin được chọn chủ đề : “Thiết kế hệ thống

cấp phôi tự động phôi hộp” Để bài báo cáo được hoàn thiện hơn, nhóm chúng em

hi vọng nhận được những góp ý từ phía các thầy cô

Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa

Cơ khí nói chung và thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng đã nhiệt tình hướng dẫn đồ án môn cho chúng em

4

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 8

1.1 Phân tích nhu cầu thị trường 8

1.2 Tìm và chọn ý tưởng sản phẩm 10

1.3 Lựa chọn phương án 13

1.4 Thiết lập danh sách yêu cầu 14

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 17

2.1 Xác định các vấn đề cơ bản 17

2.2 Xác định cấu trúc chức năng 18

2.2.1 Chức năng tổng thể 18

2.2.2 Các chức năng con 18

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 21

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc 22

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CỤ THỂ 24

3.1 Xây dựng các bước thiết kế cụ thể 24

3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu 24

3.1.2 Xác định biên hoặc không gian cưỡng bức của thiết kế cụ thể 25

3.2 Xác lập các layout thô - các bộ phận thực hiện chức năng chính 25

3.3 Phát triển các layout sơ bộ 26

3.3.1 Phễu nguyên liệu 26

3.3.2 Đế rung 27

3.3.3 Máng dẫn phôi 28

3.3.4 Thiết bị xử lí trung tâm 29

3.3.5 Nam châm điện 31

3.3.6 Màn hình AMOLED 31

3.4 Lựa chọn layout sơ bộ phù hợp 34

3.5 Một số lỗi điều hành có thể xảy xa 35

3.6 Thiết kế chi tiết 35

5

3.6.1 Bản vẽ tổng thể 35

3.6.2 Chân đế 36

3.6.3 Giảm chấn 37

3.6.4 Lò lo lá 37

3.6.5 Nam châm điện 38

3.6.6 Phễu 38

3.6.7 Bản vẽ lắp ráp 39

3.6.8 Tổng quan mô hình 40

6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Ảnh 1 1 Lượng tiêu thụ máy cấp phôi qua các năm 8

Ảnh 1 2 Biểu đồ khảo sát mức độ ảnh hưởng đến nhu cầu ngưởi sử dụng 9

Ảnh 1 3 Phễu cấp phôi có phiến trượt chuyển động lên xuống 10

Ảnh 1 4 Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát 11

Ảnh 1 5 Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu rung 12

Ảnh 1 6 Cấu tạo phễu rung 14

Ảnh 2 1 Cấu trúc chức năng tổng thể 18

Ảnh 2 2 Sơ đồ cấu trúc chức năng tổng thể 18

Ảnh 2 3 Sơ đồ cấu trúc chức năng hệ thống cung cấp năng lượng 19

Ảnh 2 4 Sơ đồ cấu trúc chức năng hệ thống truyền động 19

Ảnh 2 5 Sơ đồ cấu trúc chức năng hệ thống điều khiển tốc độ 20

Ảnh 2 6 Sơ đồ cấu trúc chức năng hệ thống an toàn 20

Ảnh 2 7 Sơ đồ cấu trúc chức năng bộ điều khiển 21

Ảnh 3 1 Phễu nguyên liệu 27

Ảnh 3 2 Đế rung 28

Ảnh 3 3 Máng dẫn phôi 29

Ảnh 3 4 PLC S7-300 30

Ảnh 3 5 Nam châm điện 31

Ảnh 3 6 Hệ thống giám sát, hiển thị 32

Ảnh 3 7 Lựa chọn layout sơ bộ phù hơp 34

Ảnh 3 8 Bản vẽ tổng thể 35

Ảnh 3 9 Bản vẽ chi tiết chân đế 36

Ảnh 3 10 Bản vẽ chi tiết giảm chấn 37

Ảnh 3 11 Bản vẽ chi tiết lò xo lá 37

Ảnh 3 12 Bản vẽ chi tiết nam châm điện 38

Ảnh 3 13 Bản vẽ chi tiết phễu 38

Ảnh 3 14 Bản vẽ lắp ráp 39

Ảnh 3 15 Mô hình tổng thể 40

7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Mức độ quan tâm tới các tiêu chí 9

Bảng 1 2 Danh sách yêu cầu cho hệ thống cấp phôi tự động 16

Bảng 2 1 Danh sách các vấn đề cơ bản

Bảng 2 2 Phát triển cấu trúc làm việc 22

Bảng 2 3 Lựa chọn cấu trúc làm việc 23

Bảng 3 1 Danh sách các layout thô 26

Bảng 3 2 Bảng thông số tính toán thiết kế 33

Bảng 3 3 Một số lỗi có thể xảy ra và cách khắc phục 35

8

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 Phân tích nhu cầu thị trường

• Nhu cầu thị trường

Hiện nay ở nước ta đang diễn ra cuộc cách mạng công nghiệp hóa hiện đại hóa, cùng với đó là sự bùng nổ của công nghệ 4.0 đã mang đến nhiều đột phá cho nền công nghiệp nước ta Máy móc ngày càng hiện đại, tự động hóa dần thay thế sức lao động của con người trong nhiều lĩnh vực Các nhà máy, xí nghiệp đang có xu hướng

sử dụng máy móc tự động thay thế cho sức lao động của con người trong quá trình sản xuất

Nhận thấy được điều đó nên đối tượng hướng đến của nhóm là các doanh nghiệp vừa và nhỏ

• Thực trạng thị trường

Ảnh 1 1 Lượng tiêu thụ máy cấp phôi qua các năm

Từ biểu đồ trên ta có thể thấy được rằng nhu cầu về máy cấp phôi tự động ngày càng tăng trong những năm trở lại đây Vì điều đó giúp nâng cao năng suất lao động

và giải phóng sức lao động của con người nên được các doanh nghiệp ngày càng chú trọng nhiều hơn

Bảng 1 1 Mức độ quan tâm tới các tiêu chí

Ảnh 1 2 Biểu đồ khảo sát mức độ ảnh hưởng đến nhu cầu ngưởi sử dụng

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hệ thống cấp phôi khác nhau như:

+ Phễu cấp phải có phiến trượt chuyển động lên xuống

+ Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát

+ Phễu cấp phôi kiểu giá nâng

+ Phễu cấp phôi rung động

a Phễu cấp phôi có phiến trượt chuyển động lên xuống

Ảnh 1 3 Phễu cấp phôi có phiến trượt chuyển động lên xuống

- Nguyên lí hoạt động:

11

Phễu (2) dạng hình hộp chữ nhật, đáy nghiêng Máng dẫn phôi (1), được kẹp chặt ép sát với thành phẫu Phần làm việc của mảng bố trị nghiêng, đảm bảo cho sự dịch chuyển của phải dưới tác dụng của trọng lực Song song với màng người ta bố tri phiến trượt (4) Phiến trượt này vào lúc lấy phôi thì đi xuống vị trí dưới cùng Phiến trượt chuyển dịch xuyên qua lớp phôi đổ trong phiễu Những phôi rơi trên mặt đầu của phiến trượt được nâng lên phía trên nhờ có mặt nghiêng ở đầu phiến trượt

mà các phải đỏ rơi vào máng dẫn phối Phiến trượt đi xuống dưới, còn các phải ở trong mắng sẽ trượt theo một nghiêng của máng

Trong quá trình dịch chuyển những phải đã được định hướng (trong lòng máng)

sẽ đi qua cửa số, tạo nên bởi mảng dẫn và con quay Những phôi không được định hướng (không nằm trong lòng máng) khi đến cửa số sẽ bị con quay có răng (3) hết ngược trở lại vào trong phẫu Con quay bắt những phải không nằm trong cùng một hàng như vậy loại trừ được khả năng chiến phải khi đi qua cửa sổ Hoặc khi trên mảng dẫn phải đã được xếp đầy hàng thì con quay phóng phải sẽ loại trừ khả năng chèn phổi Mức cao nhất của phôi trong phẫu cần thấp hơn máng dẫn phải một ít

Ưu diểm: Kết cấu đơn giải, gọn nhẹ, thực hiện quá trình cấp phải và định hướng phải dễ dàng Điều khiến dễ nên cơ cấu này có khả năng tự động hóa cao

Nhược điểm: Cơ cấu này chỉ phù hợp với những phải có kích thước nhỏ dạng ống dạng học, con lăn hình vành khăn

Phạm vi ứng dụng: Đối với cơ cấu cấp phôi hình phẫu này sử dụng thích hợp nhất đổi với những phôi hình trụ dài, thích hợp với những chi tiết có 1/d >1 [2]

b Cơ cấu cấp phải rời kiểu đĩa ma sát

Ảnh 1 4 Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát

- Nguyên lí làm việc:

12

Phôi được đưa lên đĩa (1) quay đều, nhờ ma sát trên mặt đĩa, phôi quay theo và

do lực ly tâm các phôi đó dạt ra vành ngoài đĩa, khi đi ngang qua máy dẫn sẽ được con quay (2) có răng hất vào máng dẫn Thanh gạt (4) làm nhiệm vụ khi các phôi bị đạt ra sát thành và đi ngang qua thành gạt (4) sẽ chỉ còn một lớp tránh hiện tượng các lớp chồng lên nhau sẽ không đi vào măng dẫn được

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậyổn định và đạt năng suất cao Nhược điểm: Cơ cấu nay hay xảy ra hiện tượng tắc nghẽn phổi nên cơ cấu này cần có thêm hệ thống khí nén để giúp quá trình cấp phải được liên tục

Phạm vi ứng dụng: Loại này thích hợp cho phải dẹt (l/d <1) có chiều dày lớn hơn 1(mm) [2]

c Phễu cấp phải kiểu giá nâng

- Nguyên lí làm việc:

Phôi được đưa lên đĩa (1) quay đều, nhờ ma sát trên mặt đĩa, phôi quay theo và

do lực ly tâm các phôi đó dạt ra vành ngoài đĩa, khi đi ngang qua máy dẫn sẽ được con quay (2) có răng hất vào máng dẫn Thanh gạt (4) làm nhiệm vụ khi các phôi bị dạt ra sát thành và đi ngang qua thành gạt (4) sẽ chỉ còn một lớp tránh hiện tượng các lớp chồng lên nhau sẽ không đi vào máng dẫn được

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, ổn định và đạt năng suất cao, Nhược điểm: Cơ cấu nay hay xảy ra hiện tượng tắc nghẽn phải nên cơ cấu này cần có thêm hệ thống khí nén để giúp quá trình cấp phải được liên tục

Phạm vi ứng dụng: Loại này thích hợp cho phôi dẹt (1/d <1) có chiều dày lớn hơn 1(mm) [2]

d Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu rung

Ảnh 1 5 Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu rung

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, ít xảy ra hiện tượng tắc hoặc ngăn phôi Tốc tốc độ di chuyển phối đạt năng suất cao Phù hợp với nhiều loại phỏi đặc biệt với các phối có hình đăng phức tạp Điều chính công suất máy dễ dàng bằng việc điều chỉnh tần số dòng điện

Nhược điểm: Khi cơ cấu này làm việc gây tiếng ồn và rung động lớn, ảnh hưởng đến các cơ thiết bị khác

Phạm vi ứng dụng: Cơ cấu này thích hợp với nhiều loại phôi có hình dạng phức tạp nên được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống cấp phôi tự động

1.3 Lựa chọn phương án

Phương pháp cấp phôi tự động bằng phương pháp rung động là một phương pháp phổ biển, áp dụng cho nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau và mang lại hiệu quả cao Phễu rung dựa vào việc mô phỏng động năng của chi tiết trong phễu nhằm mục đích khắc phục những nhược điểm của các thiết kế mới Bên cạnh những nghiên cứu trên thì hiện trên thế giới có rất nhiều công ty chuyên sản xuất các phễu rung cấp phôi Với nhiều kích cỡ và công suất khác nhau

Hệ thống cấp phôi tự động phối hộp sử dụng phễu rung sẽ gia tăng năng suất đáng kể vì cấp phôi thuộc dạng phôi rời từng chiếc cho một máy tự động

Phương án dùng phễu cấp phôi dạng rung động là hợp lý nhất vì các lý do sau:

• Phôi đơn giản dễ gia công

• Dễ dàng trong việc điều tiết phôi, kết cấu đơn giản

• Cấp phôi đáp ứng được năng suất đề ra

• Năng suất cao không gây kẹt phôi

• Rất phổ biến trên thị trường

• Giá thành tương đối cao nhưng bù lại đáp ứng được năng suất đề ra

• Không va đập làm biến dạng phôi

➢ Cấu tạo – nguyên lí hoạt động của phễu rung:

14

Cấu tạo:

3 Lò xo lá 4 Phản ứng từ của nam châm điện

5 Để nam châm 6 Phần cảm ứng từ của nam châm điện

Phôi đang nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn

Phôi sẽ chuyển động theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu

Trong quá trình dao động phôi chịu tác dụng của lực ly tâm nhờ đó mà nó được chuyển lên phía trên ra khỏi phễu rung

Khi phải đã ra khỏi phễu thì sẽ theo máng dẫn vào vị trí gia công

1.4 Thiết lập danh sách yêu cầu

• Khối lượng phôi: 0.5-1 kg

• Dễ tháo lắp, thay thế và sửa chữa

• Chuyển động băng tải: Tịnh tiến

• Nguồn điểu khiển 220V

• An toàn, dễ sửa chữa

Phôi:

• Có hình dạng là hình hộp, kích thước vừa phải không quá lớn

16

Tốc độ di chuyển: 0,2 – 0,5 (m/s)

An toàn và công thái học:

• Băng tải, xi lanh hoạt động êm

• Phôi được sắp thẳng hàng

• Vận hành an toàn, có giảm tốc, giảm chấn

• Chuông báo sự cố, quá tải

• Hạn chế các góc cạnh sắc

Vận hành:

• Điều khiển thông qua bảng điều khiển

• Điều khiển qua bộ điều khiển PLC

• Chi phí hoàn thành: 50 triệu VNĐ

Bảng 1 2 Danh sách yêu cầu cho hệ thống cấp phôi tự động

17

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 2.1 Xác định các vấn đề cơ bản

Rút gọn lại danh sách yêu cầu :

Nhóm 22 Danh sách yêu cầu cho hệ thống cấp phôi tự

động phôi hộp Danh sách yêu cầu rút gọn Ghi chú

- Kích thước khung : Chiều cao: 1-1.2 m Chiều dài: 1.5-2m Phễu cấp phôi:

Hình trụ tròn, rỗng

Đường kính: ∅350mm-∅450mm Chiều cao : 0.5 – 0.6m

Có thể di chuyển linh hoạt

Băng tải:

Tốc độ: 20 – 40m/phút Hành trình tối đa: 3-4m Cấu tạo đơn giản, bền

Chất liệu : Nhẹ, bền, chịu lực tốt ( thép, hợp kim, …)

khi sử dụng Vận hành dễ dàng thông qua bảng điểu khiển

An toàn:

Vận hành an toàn, có giảm tốc, giảm chấn Chuông báo khi gặp sự cố

Bảo trì: Chính sách bảo trì phù hợp

20

Ảnh 2 5 Sơ đồ cấu trúc chức năng hệ thống điều khiển tốc độ

4 Kiểm soát an toàn

Ảnh 2 6 Sơ đồ cấu trúc chức năng hệ thống an toàn

5 Xử lý và điều khiển

21

Ảnh 2 7 Sơ đồ cấu trúc chức năng bộ điều khiển

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc

Biến áp 2 cuộn dây

Mạch giảm áp Biến áp tự ngẫu

2

Ngắt khi quá tải điện

Cầu chì Mạch bảo vệ Rơ - le

nguồn

Mạch ổn áp dùng Diode Zener

Mạch ổn áp dùng Transistor

Mạch ổn áp dùng IC ổn áp

4

Dẫn động

Giảm tốc Bộ giảm tốc thanh răng

Bộ giảm tốc trục vít

Bộ giảm tốc hệ hành tinh

Bộ điều khiển PID

Bộ giảm tốc hệ hành tinh

9

Cơ cấu chấp hành

Động cơ bước Động cơ không

chổi than, tích hợp encoder

Động cơ chổi than tích hợp encoder

10 Kiểm soát

an toàn

Phát hiện vượt tốc

Cảm biến gia tốc

Bảng 2 1 Phát triển cấu trúc làm việc

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc