Đồ án Môn học: Tự động hóa sản xuất pot

Do đ rong hoàn c nh nước a hiện nay n u c u đ i với c c oại máy đóng góilà rất lớn và rất đa dạng Tuy n iên âu nay hị trường này vốn huộc về c c nhà sản xuất thiết bị nước ng ài với rất

Do đ rong hoàn c nh nước a hiện nay n u c u đ i với c c oại máy đóng gói

là rất lớn và rất đa dạng Tuy n iên âu nay hị trường này vốn huộc về c c nhà sản xuất thiết bị nước ng ài với rất nhiều ưu hế về công n hệ và kinh n hiệm việ sản xuấtmáy móc ron nước hường k ông đáp ứng ốtvề mặtchất lượng và năng suấtmặ

dù vẫn có ưu hế về giá hành Vì vậy đòi h i bức bá h đối v i lớp kỹ sư rẻ hiện nay

là p ải thiếtkế những oạimáy ngày c ng ốt hơn rên cơ sở kế hừa những hành ựu đã đạtđược của những đàn anh đitrước và mạnh dạn áp dụn c c iến bộ kỹ huật mới n ấtcủa hế giới vào việ hiết kế và iến ới chế ạo c c oại máy móc đa dạn đáp ứng nhu

c u của sản xuất và đờisốn

Mặ dù việ hiết kế c c oại máy cô g ng iệp rất phức ạp và chắ chắn k ông tránh kh i sai x t do rình đ và kinh nghiệm hực ế của sinh viên nước a vẫn còn hấp

so với c c nước,nhưn hy vọn rằng với sự dìu dắt của c c hầy cô và sự nổ ực ự hân của c c sinh viên rẻ rong ương ai gần chú g a sẽ ự sản xuất được những oại máy đáp ứng được đòi hỏi của hị trường Một ngày nào đ chún a sẽ bắt kịp rìn độ công nghệ của hế giới.Ngày đó sẽ đến !

Chương I

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA MÁY ĐÓNG GÓI

Trong xã hội hiện nay mọi sản phẩm sau khi sản xuất ra đều phải được bao góidưới n iều dạng khá nhau nhằm mục đích bảo quản sản phẩm âu dài ,giữ vệ sinh

t ện ợi trong vận chuyển ăng ính hẩm mỹ cho sản phẩm Mặt k á đó g góicũng à một c ch để định ượng nhất à đ i v i những mặt hàng iêu dùng và hực phẩm Tùy heo hình dạng và kết c u của sản phẩm mà có những c ch đó g gói k ánhau Cá oạimáy đó g g icó hể được p ân oạinhư sau

- Máy đó g gói vật l ệu dạng k ối : máy đó g gói mì ăn l ền bánh kẹo xà bông …

- Máy đ ng gói vật lệu dạng ỏ g máy đóng gói sữa dầu sa-tế dầu g i đầu

Cơ c u định ượng heo hể ích hườn được dù g với vật l ệu dạng rời có ưu điểm à đơn giản và dễ chế ạo nhưng khô g hể mang ại đ chính xá c o khi so sánh vớicơ c u định ượng heo rọng ượng Địn ượng heo hể ích có hể dùng kiểu ang quay kiểu đĩa kiểu ví xoắn kiểu rung …

Vậtl ệu để chế ạo cơ c u định ượng dù g tron c c máy đó g gói hực phẩm thường à nox để đảm bảo ính hẩm mỹ cũng như chất lượng và vệ sin hực p ẩm

Ng àira cũ g có hể sử dụ g nhựa hay c c oạivật iệu khá nhưng kh ng phổ biến

Máy đó g góithường gặp phải saisố ở bộ phận c tbao (c t k ông đ ng vịtrí vạ h đánh dấu) do đ phải có một cơ c u àm nhiệm vụ b rừ sai số này (có hể dù g hệ thố g bánh răn visai h ặ bù ro g q á rình điều khiển)

Máy đó g gói c phê được hiết kế rong đ án này hu c dạng máy đó g gói vật

l ệu rời v i kiểu định ượng bằng hể ích có khả năng hay đổi trọng ượng c n định lượng và hay đổi kích huớc bao

Chương I

THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ

Máy dù g để đóng g i sản phẩm là g i c phê ( ví d như c phê Trung

Ng yên) có rọ g ượng 1 0 ÷ 500 g gói,năn suấttừ 30 đến 4 gói ro g 1 phútvớidạng bao có nếp gấp hai bên hô g và ba đường hàn ( hai đầu bao và dọc theo chiều dàibao) v imặtc t n ang có hình dạn như sau

Mặtc t ngang của bao 100 g (k iđược c ng heo haichiều)

Hình 3

Bề rộn c c mép hàn à 10 mm đ sai lệ h ch phép à 0,5 mm

Yêu c u quan rọng của máy à phảic t bao đú g vịtrínhững đường vạ h rên mép bao (vạ h màu rắng rên nền nâu) do đó c n có c c c m biến n ận diện vịtrí c tvà phải

t ến hành bù rừ đisaisố phátsinh do việ chế ạo máy khôn chính xá saisố do n sai

vịtrí vạ h sai số do biến dạng nhiệtcủa bao và của máy

Nhiệtđộ c n hiếtđể hàn bao à khoảng 1 0ºC

Khu g máy àm bằn hép ống vuô g 4 ×40 mm gắn với n au bằn mối hàn và được b c bên n oài bằng ole no 1.5 mm

Tấm đỡ c c rục à hép ấm dày 8 mm được hàn vào khu g máy Đế của khun máy cũng được àm bằng hép ấm 10 mm

Do yêu c u về mặtchất lượng c phê và đảm bảo vệ sinh hực phẩm nên c c cơ c u

t ếp xúc rực iếp với bao góivà c phê n ư c c co ăn c ng bao , b p ận ạo hình phễu c p iệu rục con ăn ép mâm gạt b t , cơ c u định ượng đều được làm bằng ino

Dướichân máy có hể ắp c c bánh xe để dichu ển iện ợi

Máy k ông được quá c o gây khó khăn cho quá rìn c p iệu

Ngoài ra cò có c c yêu c u về mặt thẩm mỹ và kết c u hợp ý để khi vận hành người công nhân khôn bị vướn víu gây k ó khăn yêu c u về việ vận hàn p ải đ n giản bảo q ản và bảo dưỡng máy dễ dàng

I Các phương án thiết kế máy

1) Phương án 1 – Máy đóđóng góihoạtđđộộng heo nhịp

Ở phươn án này máy hoạtđộn heo n ịp sản xuấtđược ạo bởi ly hợp hay cơ c u Man Vì làm việ heo n ịp ực c ng của cuộn bao g i sẽ hay đổi l ên ục do đ c n

có cơ c u điều h a ực c ng để máy hoạt độn chính xá Ưu điểm của dạn hiết kế này à hệ hố g điều k iển đơn giản mỗikhic m biến q ang p áthiện hấy vạ h định

vị thì bộ phận điều khiển phát lệnh c p iệu và hàn (hàn dọc bao và hàn hai đầu bao đều bằng hanh kẹp khô g dù g co ăn) d đó kh ng c n hệ hốn bù vi sai , h ạt động chính xá h n Nhược điểm ớn n ất của oại này à năn suất khôn c o do có những khoảng hờigian ch giữa c c đ ng á của c c cơ c u d ản hưởn của quán ín

2) Phương án 2 – Máy đóđóng góihoạtđộđộng iên ục

Đây à phương án được dùng ph biến vì cho năng suất c o Đặ điểm của hệ thố g oạinày à uôn uô xuấthiện sai số ở vị tríc t giữa c c g i ,saisố này xuất hiện

do nhiều n uyên nhân rong đó hai ng yên n ân chủ yếu à sai số hệ hống của máy và sai số ngẫu nhiên ở k oản c ch của hai vạ h iên iếp rên bao gói (do sự biến dạng nhiệt hoặ do n sai vị trí) Do đó hệ hố g này đ i hỏi phải có cơ c u bù rừ sai số này,

cơ c u này sẽ hoạt độ g iên ục àm cho sai số dao đ ng rong một phạm vi ch p ép

Ng àira a cũ g có hể bù rừ saisố này bằn giảith ậtđiều khiển

Qua phân ích ở rên a hấy phương án hai đáng ựa ch n h n vì trong hoạt động sản xuấtngày nay yếu ố năng suấtluôn được đặtlên hàn đầu và việ chế ạo hệ hống

bù rừ sai số vị trí c t cũng khôn quá phức ạp Như vậy phươn án hai sẽ được sử dụng rong khuô khổ đồ án này vớiviệ bù rừ sai số bằng giảithuật điều khiển

I I Nguyên ý àm việ của má

Sơ đồ nguyên ý của máy

Hìn 4

Bao cuộn được đưa vào rục đỡ có gắn bạ chặn hai đầu 1,đầu bao được kéo qua

c c con ăn c ng bao 2 và con ăn đều hòa ực c ng bao bằng rọ g ượn rục đến bộ phận ạo hìn ban đầu 4 rồi đến bộ p ận ạo hình chính 5 Tại đây bao được uốn heo hìn dáng yêu c u rồi đưa q a c p con ăn ép 6 ạo nếp để đến phễu c p iệu 7 Sau đó bao được kéo cuố q a c m biến quang 8 để xá định chiều dài bao iếp ục đến c p con ăn hàn 9 ( hàn dọc chiều dài bao) rồi đến c p con ăn cuốn bao 10 (là ngu n động lực kéo bao) Cuối cùng bao điđến bộ p ận hàn đáy bao 11 (đồ g hời hàn đầu bao của bao rước đó) và c t.Kếthợp với chuyển độ g cu n bao và c tbao à chuyển đ ng heo

nhịp của cửa c p iệu và chuyển độ g quay để rộn và c p iệu của mâm gạt bột 13 đặtbên dướithù g chứa iệu 12

Bao được định hình bởi bộ phận ạo hình có hìn dạng như sau

Hình 8

Hình dáng rục con ăn ép míbao như sau

Do sự sai lệ h n ẫu n iên của khoảng c ch giữa hai vạ h chia l ên t ếp trên chiều dàibao và sai số rong việ chế ạo c c chi t ết cơ khí của máy nên sau một thời gian vận hành máy sẽ xuất hiện sai lệ h c t bao do đó đòi hỏi p ải có một cơ c u bù sai

số.Th ng hườn có hai dạng b sai số à bù bằng cơ khí và bù bằng điều khiển Trong khuô khổ đồ án này ôixin chọ phương pháp b bằng c ch hay đổi thờigian đó g mở cửa c p iệu và đón mở hệ hống hàn và c t đáy bao h ng q a một encoder đ góc quay của rục cuốn kết hợp với c m biến q ang nhận diện chiều dài bao và c m biến ừ gắn ở b phận hàn và c t bao

Độn cơ c n n iều ốc độ h ạtđộn (để iện cho việ c n chỉnh máy và ắp đặtbao gói và hệ hốn úc đầu mỗi chu k h ạt đ ng) nên a c n d ng bộ phận hay đổi tốc độ động cơ rong rường hợp này a dùng biến ần Biến ần hoạt động heo ng yên ý thay đổi tần số cung c p cho động cơ dẫn đến àm hay đ ivận ốc động cơ

Chương I I

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

I Tính độ đ ộng học máy

Năn suấtcủa máy khoảng 40 g i phút

Độn cơ được sử dụn à oại đ ng cơ ba pha k ôn đồng b Do yêu c u c n có những ốc độ khá nhau k i vận hành và điều chỉnh máy nên động cơ được điều chỉnh tốc độ bằng biến ần

Chọ ỷ số ruyền của bộ ruyền xích chính à ux = 2,5

Suy ra ỷ số ruyền của hộp giảm ốc uh = 3 /2,5 = 1

Ở đây a sử dụ g oạiđộ g cơ có gắn sẵn hộ giảm ốc v iuh = 1

Vậy số v ng quay rục cuốn ứng với tỷ số ru ền được chọn như sau

nc = 1 20/35 = 40,57 góiphút

Năn suấtthực ế ứng v isố vòn quay rục cu n

Vận ốc dài của bao à

ne = 40,57×5 = 202,8 vò g/phút

I Động ực học

Cá ực ạo ra ải trọ g ro g quá rình vận hành máy bao gồm

1 Lực quán ín của cu n bao

2 Lực ma sát tại c c ổ ăn của rục đỡ cuộn bao c c rục c ng bao c p rục

c n mép bao haic p ổ ăn của c p con ăn cu n bao

3 Lực ma sát sinh ra rên c c c p ổ rượt : c p ổ rượt của c p con ăn dẫn bao haic p ổ rượtcủa c p con ăn hàn bao

4 Trọng ượn của mộttrục c ng bao

5 Lực ma sát sinh ra giữa bao và bộ phận ạo hìn (gồm bộ p ận ạo hình ban đầu và b phận ạo hình chính)

6 Lực ma sátsinh ra giữa phễu c p iệu và bao

7 Trọng ượn của góic phê chưa c t(lực này biến đ i theo ch kỳ)

8 Hao p ítrên b ruyền xích

9 Hao phítrên hộp giảm ốc

Khi máy khởi động đ ng cơ c n sinh ra ực kéo đủ ớn để hắn quán ính của cuộn bao đây cũ g à úc ảitrọ g đặt lên động cơ à ớn nhất

Khốilượng của cuộn bao đường kính 45 mm à m = 5 k

Suy ra rọng ượn của cuộn bao g ikhoảng 50N

Trọng ượn của c c bộ phận chặn haiđầu rục đ và ốn ótlà 59 N

Vậy ổ g rọn ượng c n ảilà

Q1 = 50 + 59 = 1 9N

Mô hình ính oán như sau

F1 – ực kéo của độn cơ á động ên cu n bao

Mqt – mômen quán ín của cu n bao đối v itâm rục quay

m – k ốilượng của cuộn bao

Từ phươn rình c n bằng mômen quanh rục q ay a xá định được F

Trong côn hức rên a à gia ốc dài của bao vì thời gian mở máy đối v i độ g

cơ côn suấtnhỏ à rấtnhanh nên a ấy a = v = 0,1 2 m/s

2 Lực ma sát tại các cặp ổ ăn tr n trục đỡ đ ỡ cuộn bao các trục trung gian (7 trục), trục cán mép (2 trục) và trục hàn bao

Cá ực này a khô g c n ính mà chỉc n dựa vào hiệu suất của c c c p ổ ăn (ηol= 0,99) để ăng hêm ực kéo của độ g cơ

Ở đây a hấy có 1 c p ổ ăn như ực kéo sẽ ăng hêm 1/0,991 = 1,1 7 ần

3 Lực ma sát tại cặp ổ trượt tr n trục cuốn

Tươn ự như rên a cũn khô g ính ực này mà chỉ dựa vào hiệu suất của ổ trượt (ηot = 0,98) để ăng ươn ứn ực kéo của động cơ

m

F1

Như vậy ực kéo sẽ phảităng hêm 1/0,98 = 1,02 ần

Trọng ượn của rục đều hòa ực c ng ính được như sau

Q2 = 70,4 N

Kích hước rục như sau

5 Lực ma sát sinh ra giữa bao v các bộ phận tạo hình

a) Đốivớibộ phận ạo hình ban đầđầu

Lực c ng bao á dụng ên bao ại b phận ạo hìn ban đầu cũn à ực kéo của động cơ ên c c b phận rước bộ phận ạo hình (gồm có 7 c p ổ ăn):

F2 = (F1 + Q)/(0,9 7) = 7 ,3 N

Lực ma sátsinh ra rên bộ phận ạo hình ban đầu

b) Đốivớibộ phận ạo hình chín

Bộ phận tạo hình chính

Bộ phận tạo hình ban đầu

Lực ma sátsinh ra rên bộ phận ạo hình ban đầu

Fms2 = k×F3×cos85,75 = 2,6N

Như vậy ực kéo bao c n có sau bộ phận ạo hình chính à

F4 = F3 + Fms2 = 8 ,1 + 2,6 = 8 ,7N

6 Lực ma sát sinh ra giữa bao v phễu cấp iệu

Pheãu caáp lieäu

Lực kéo c n có của độn cơ sau c p rục ạo nếp

Lực kéo c n hiết của đ ng cơ sau rục cuố (trừ đi hao phí trên c p ổ rượt của

c p con ăn dẫn bao rước encoder c p ổ rượt trên rục hàn bao c p ổ ăn rên rục cuốn bao)

F7 = F6/(ηol×ηot2) = 98,6N

Trọng ượng này cù g chiều với lực kéo của độn cơ do đó n có á d ng giảm tải trọ g nhưng ại biến đổi theo chu k (k i có khi k ông) nên a kh ng ính đến khi

xá địn ảitrọng

8 Ha phí tr n bộ truyền xích

Hiệu suấtcủa bộ ruyền xích ηx = 0,96

Lực kéo c n có của độn cơ sau b ruyền xích à

F8 = F7/ηx = 10 ,7N

9 Ha phí tr n hộp giảm tốc

Ta chọn độn cơ ích hợp h p giảm ốc bánh răng rụ haic p

Như vậy ổ hất trên hộp giảm ốc bao gồm ổn hất trên hai b ruyền bánh răn (hiệu suấtηbr = 0,97 và ổn hấttrên haic p ổ ăn ηol =0,99)

Từ c c ực rên suy ra cô g suấttrục côn á (cô g suấttrên rục cuốn)

Plv = F7×v/10 0 = 0,013 kW

Plv – Công suất làm việ

Côn suấttrên rục ra của h p giảm ốc

Ngoài ra còn có ực c n hiết để quay mâm gạt bột , lực này phải đ ớn để chống lại lực c n của khối lượng c p ê chứa rong h ng c p iệu

I I Hệ thống thiết bị sử dụng khí nén của máy

Máy được rang bị ba xylanh khí nén

- Xylanh đón mở cửa c p iệu

Hệ hố g nhiệt của máy bao gồm

- Cặp con ăn ép mí bao với kh ảng rố g bên ron mỗi trục dù g để gắn điện trở sinh n iệt (điện rở khô g iếp x c v i thàn ron của rục con ăn nên khô g q ay theo rục)

- Cặp han nhiệt hàn đầu bao (cũng à b p ận c t bao) có ỗ dọc heo chiều dàithân để gắn điện rở sinh nhiệt

Nhiệt cung c p cho c hai bộ phận hàn này được ính àm sao để duy rì n iệt độ của ch ng ở nhiệtđộ c n hiết để hàn bao (k oản 1 0°C) ức à phải trừ đi lượng nhiệtmất mát do ỏa nhiệt ra môi trườn xu g q an (gồm ru ền vào khô g k í và ruyền vào hộp chứa con ăn) Ở đây do ượng nhiệt cung c p cho bao g i kh ng ớn nên a có thể bỏ q a ượng nhiệtnày hoặ chỉc n nhân hêm hệ số k it nh oán

V Hệ thống đi đ iều khiển

Máy được điều khiển bằng PLC oạinh (khoảng 8 ngõ vào và 4 ngõ ra)

Hệ hố g c m biến bao g m

- Cảm biến q an học oại phản xạ được đặt lên mí bao (gần rục co ăn cu n)

có nhiệm vụ xá định vị trívạ h định vịtrên bề mặtbao Phải đảm bảo khoảng c ch của

c m biến đến bề mặt bao phù hợp để phát huy ốt khả năng của c m biến đ ng hờiphảiche chắn để chống nhiễu

- Cảm biến ừ (là mộtcôn ắ ừ) đặtsong song v iđườn âm của bộ phận

hàn-c t có n iệm cụ iếp nhận ín hiệu ừ của nam châm vĩnh cửu đặt trên bộ phận này để

xá địn hời điểm haithanh nhiệtgặp nhau (thờiđiểm c t)

- Encoder đo góc ấy ín hiệu ừ rục co ăn ép có nhiệm vụ xá định kh ảng sai

lệ h giữa hai bao iên iếp (v i 3 vạ h địn vị) từ đó cu g c p số iệu cho hệ hống

t ến hành bù rừ sai số Encoder dùng oạicó độ phân giảitừ 50 đến 100

* Mạ h độđộn ực máy g m hai độ g cơ ba pha khôn đ ng bộ được điều khiển vận ốc bằn biến ần và đóng c tbằng k ởiđộ g ừ Sơ đồ mạ h độ g ực như sau

1R N

T1

Hình 10 Hình 10

M1 – Động cơ cuố bao

M1 – Động cơ cuố bao

M2 – Động cơ quay mâm gạt b t

M2 – Động cơ quay mâm gạt b t

T1 và T2 – Cá iếp điểm của kh iđộ g ừ

T1 và T2 – Cá iếp đđiểm của kh iđộ g ừ

2R N 3R N

2R N

1R N

M1

M2

* Mạ h điđiều khiển (dù g PLC)

Chú hích

- X1 Tín hiệu xu g của encoder

- X2 Tín hiệu của c m biến q an xá định vạ h

- X3 Tín hiệu của c m biến ừ xá địn vịtríđón của bộ phận hàn-c t

- Y0 Ng ra điều khiển đ ng mở bộ phận hàn-c tvà cửa c p iệu

Chương IV

VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG

Khivận hàn máy c n hực hiện heo c c bước sau

- Điều chỉn ực ép giữa hai con ăn cu n bao và hai con ăn hàn bao nếu c n thiết

- Lắp cuộ bao gói vào rục đỡ uồ qua c c rục rung gian đến bộ p ận ạo hìn iếp ục cuốn q a c p rục cuốn ạo nếp đến phễu c p iệu Tại đây hai mí bao được chập ại rồi đưa qua c m biến q an đến c p rục co ăn hàn mí bao Cu i cùng bao được uồn qua c p co ăn cuốn bao

- Kiểm ra độ c ng của bao

- Cân chỉnh ại vịtrícủa bộ phận ạo hình nếu c n hiết

- Đón c u dao điện n uồn cun c p ch máy

- Bậ côn ắ ổng (công ắ an oàn)

- Kiểm ra đèn báo p a chỉcho máy h ạtđộn khic ba đèn báo pha sán

- Cho cụm mâm gạthoạt độ g

- Cho oàn bộ hệ hốn hoạt đ ng ở ốc đ nhỏ chờ ch nhiệtđộ của hệ hốn hàn đạtnhiệtđộ yêu c u và hệ hống bù rừ đisaisố ban đầu

- Kiểm ra ạinhiệtđộ của c c bộ phận hàn

- Cuối cùng cho máy hoạtđộng đúng côn suất

- Thường x yên heo dõi hoạt đ ng của máy kết hợp v i việ c p iệu khi máy

c p gần hếtc phê rong h ng c p iệu