Đồ án thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

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 động nhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay 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 tínhiệu 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. Downloaded by EBOOKBKMT (ebook.infogate.vngmail.com) lOMoARcPSD|12484561  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 led trên, 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 bảng nền 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 thôn

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 động nhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay 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 led trên, 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 bảng nền 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 đẩynhững hạt phế phẩm ra ngoài

 Lọc khí: để lọc nước, dầu, dị vật trong không khí nhằm đảm bảo nguồn khí sạchcung 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 của sản phẩm Sau đó dùng cơ cấu chấp hành để phân loại sản phẩm có chiều cao,khácnhau 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

Hình 2.1 Cấu tạo chung của băng tải

Các loại băng tải trên thị trường hiện nay:

Bảng 1 Danh sách các loại băng tải

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

2 Trạm dẫn động, truyền chuyển động 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 các yếu tố làm việc

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 xi măng

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

Băng tải là hệ thống vận chuyển liên tục, do đó để thuận lợi cho việc vận

chuyển trong quá trình sản xuất người ta thường lắp thêm bộ truyền động cho băng tải,giúp cho quá trình vận chuyển của băng tải trở lên dễ dàng và chính xác

Ưu điểm Làm việc êm và không ồn, tốc

độ caoGiữ được an toàn cho các chi tiết máy và động cơ khi bị quá

Kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai

Không có hiện tượng trượt

Có thể cùng môt lúc truyền chuyển

tải do hiện tượng trượt trơn động cho nhiều trục.

Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì không cần căng xích

do phải căng đai

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 thời không ổn định

Dễ mòn khớp bản lề

Phạm vi

sử dụng

Do thích hợp với vận tốc cao

nên thường lắp ở đầu vào của

hộp giảm tốc, thường dùng khi

cần truyền động trên khoảng

cách trục lớn

Thích hợp với vận tốc thấp, thường lắp ở đầu ra của hộp giảm tốc, thích hợp truyền động với khoảng cách trục trung bình, yêu cầu làm việc không có trượt

Bảng So sánh bộ truyền đai và bộ truyền xích

Trong phạm vi đồ án, em sử dụng bộ truyền xích vì:

 Có thể làm việc quá tải khi đột ngột,hiệu suất cao hơn, không có hiện tượng trượt

 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 quay

 Bộ truyền xích truyền công suất nhờ sự ăn khớp giữa xích và đĩa nhông,do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như bộ truyền đai và do đó có thể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích đồng dẫn

Các thành phần của bộ truyền xích:

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 ̣trí 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 nào thì là vật thấp Cảm biến quang sử dụng ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy bằng mắt thường 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

transitor quang Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện Ánh sáng do LASER phát ra tác động đến transitorthu 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

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

và Rotor cùng dấu, trở lại pha 1

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

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:

 Nguon PhanDienDong PhanUng

 Φ: Từ thông trên mỗi cực (Wb)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG

[h1;d1]

[h2;d2]

[h3;d3]

[h1]

[h2]

[h3]VCK01

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

60.8 19,2( )25

Vận tốc của băng tải:

1,060

0,055( / )19,2

ma sát tốt, làm việc chính xác Khi không yêu cầu góc nghiêng lớn và không yêu cầu

di chuyển theo đường cong thì đai tải cao su hoàn toàn có thể đáp ứng tốt yêu cầu làm việc

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.

1 1/

S S W

Trên sơ đồ lực như Hình 3.2 ta có lực căng băng tại các điểm đặc trưng S (i = 0 i

- 3), với S là lực căng tại nhánh nhả ở tang dẫn.0

Các lực cản chuyển động của băng:

0/1

W - Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến 1.

0/1 0 1250.0,003.0, 2.9,81.1,060.0,3 2,34( )

 q : là trọng lượng 1 m băng tải0

 L: là chiều dài băng tải

 w: là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây; được xác định bằng thực nghiệm, w

 Q : là tổng trọng lượng tải đặt trên băng t

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

 : 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:

lv dc

P P





Với � = � �� ��� �đ…

ở đây P và lv  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

Số vòng quay sơ bộ n trên trục động cơ được tính từ số vòng quay trên trục sb

công tác (trục làm việc) n của băng tải (hoặc xích tải) Số vòng quay sơ bộ được xác sb

D





cho hệ thống băng tải với D là đường kính tang quay.

Công suất trên trục công tác:

lv dc

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 vòng/phút, có thể làm việc với tốc độ 60 vòng/phút ở tần số 50Hz.

Tính lại tỉ số truyền:

603,3318

dc lv

n u n

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

1 29 2 29 3,3.2 22, 4 19

z   u    (thỏa mãn) z123

2 1 3,3.23 75,9 max 120

z u z   z  (thoả mãn)  z2 76Công suất tính toán:

z k z

 k là hệ số vòng quay, tra trong bảng 5.5: n

01 1

500,8360

n

n k n

 k  ( điều chỉnh bằng một trong các đĩa xích) dc 1

 k  ( môi trường làm việc không bụi, chất lượng bôi trơn II) bt 1

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

1 1 23.60

0,7

15 15.132

z n i x

sin sin

sin sin

(do E1 E2 2 1 10, 5( Mpa )vì cả 2 đĩa xích đều làm bằng thép.)

Với k : Hệ số kể đến trọng lượng của xích, x k =1,15 vì x

Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích:

Đường kích vòng chia đĩa xích nhỏ d 1 93,27

Đường kính vòng chia đĩa xích lớn d 2 307,32 (mm)Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ d a1 98,75 (mm)Đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn d a2 313,41 (mm)