Đồ án đóng nắp chai tự động

Thị trấn có hai con sông chạy qua này đã được nạo vét sâu ,rộng hơn ,nhưng còn nhỏ .rộng trug bình 15m sâu 4m và bị nhiễm mặt quanh năm . Về mùa mưa mực nước cao nhất 1.8m thường xuyên từ 1.41.6m.Về mùa khô mực nước từ 0.7m – 0.8m.

Mục lục

1.1 Tìm hiểu chung về đóng nắp chai bia: 4

1.2 Kích thước tiêu chuẩn của đầu nắp chai bia và nắp chai: 4

1.2.1 Chai bia : 4

1.2.2 Nắp chai bia: 5

1.3 Các phương án lựa chọn 5

1.3.1 Hệ thống cấp nắp chai tự động: 5

1.3.2 Hệ thống đóng nắp chai tự động: 8

1.3.3 Hệ thống cấp chai tự động : 11

1.3.4 Tổng quát : 11

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP NẮP CHAI 13 2.1 Tính toán hệ cấp phôi dạng xích tải 13

2.1.1 Số liệu thiết kế: 13

2.1.2 Tính toán hệ thống xích tải: 13

2.2 Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động 17 2.2.1 Chọn động cơ điện: 17

2.2.2 Bảng thông số kỹ thuật động cơ điện 18

2.3 Các thông số của nắp chai: 18

2.4 Tính toán độ nghiêng của băng tải nắp 19

2.5 Thiết kế thùng chứa nắp 21

2.6 Thiết kế khuôn định hướng nắp 21

2.7 Tính toán độ cong của ống dẫn để nắp chai di chuyển được 23

2.8 Tính toán sao gạt nắp : 27

CHƯƠNG 3 : CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TẢI CHAI 28 3.1 Tính toán sao gạt chai : 28

3.2 Một số phương án truyền động gián đoạn 29

3.2.1 Cơ cấu bánh răng khuyết: 29

3.2.2 Cơ cấu Man: 30

3.3 Cơ cấu Man: 30

3.3.1 Giới thiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động: 30

3.3.2 Tính toán cơ cấu Man: 31

3.3.3 Tính toán hệ thống xích tải: 35

3.3.4 Chọn động cơ điện: 36

4.1 Tính toán kết cấu đóng nắp chai: 38 4.2 Thiết kế hệ thống khí nén đóng nắp chai với các thông số: 42 4.3 Thiết kế sơ đồ khí nén: 42

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tự động hóa là một trong những đồ án quan trọng của sinh viên ngành Kỹ thuật

Đồ án này được thực hiện nhằm mục đích giới thiệu cho sinh viên các hệ thống sản xuất tiên tiến và linh hoạt, những phương pháp mới trong sản xuất công nghiệp để nâng cao tầm quản lý và định hướng phát triển của sự nghiệp Cơ khí sau này

Trong quá trình thực hiện, sinh viên được giao tính toán hệ thống cấp phôi (nắp chai) dạng xích tải, tải chai, đóng nắp chai Đây là một hệ thống trong quy trình sản xuất bia Tuy đơn giản về mặt kết cấu nhưng hệ thống này có đầy đủ những yêu cầu cơ bản

để khi thực hiện, sinh viên nắm được những kỹ thuật then chốt làm nền móng cho quá trình học tập và đi sâu vào lĩnh vực sản xuất tự động

Mục đích của đồ án này là làm cho sinh viên biết ứng dụng những hiểu biết của mình

về Cơ khí để áp dụng thiết kế cho một bài toán thực tế trên cơ sở những gì đã học Từ

đó rút ra được những bài học kinh nghiệm đầu đời cho chính bản thân để sẵn sàng bước vào con đường Kỹ thuật chế tạo

Xin chân thành cám ơn những bài học kinh nghiệm quý báu của các Thầy Cô trong bộ môn Cơ điện tử và sự hướng dẫn nhiệt tình của Ths.Đoàn Thế Thảo đã giúp cho sinh viên hoàn thành bài tập này !

Thành phố HCM, ngày 9 - 12 – 2011

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH ĐÓNG NẮP CHAI BIA 1.1 Tìm hiểu chung về đóng nắp chai bia:

Đây là một phần trong quá trình sản xuất bia, sau khi chiết bia vào chai, chai được thiết bị cấp chai đưa vào bộ phận đóng nắp chai để thực hiện quá trình đóng nắp chai Do yêu cầu sản xuất ngày một tăng vì vậy đòi hỏi một quy trình có tính tự động hóa cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dung hơn nữa là giữ lại vị đậm đà của hương vị bia cũng như yêu cầu riêng của từng nhà sản xuất bia riêng biệt

1.2 Kích thước tiêu chuẩn của đầu nắp chai bia và nắp chai:

1.2.1 Chai bia :

Hình 1 Chai Heineken tham khảo

Hình 2 Chai Bia

Phương pháp này cũng sử dụng nguyên lý cân bằng trọng lượng

Hình 5 Mô hình cấp phôi rung Hình 4 Ứng dụng mô hình cấp phôi rung

1.3.1.2 Phương án 2: Dùng băng tải nghiêng

Nguyên lý:

Sau khi nghiên cứu, giải pháp đưa ra là dùng thiết bị cấp nắp chai trên nguyên tắc băng tải gàu tải: Dùng các gàu gắn trên băng tải chuyển động mang nắp chai từ thùng chứa nắp đặt dưới nền lên thùng chứa nắp của máy đóng nắp

Ưu điểm:

Của thiết bị này là tương đối đơn giản dễ chế tạo

Phôi nắp được đổ vào thùng ở dưới thấp nên thuận tiện hơn

Năng suất cao

Vấn đề cốt lõi của phương án là bài toán giải quyết việc ứng dụng tự động hóa vào thực tế sản xuất cũng như cách làm thế nào để không gây kẹt, hỏng nắp

Hình 6 Mô hình thực tế của phương pháp băng tải gàu

Thiết bị cắp nắp chai dựa trên nguyên lý băng tải gàu như sau:

Khi động cơ truyền động quay lu lô (2) Do ma sát sẽ làm cho băng tải (3) chuyển động Trên băng tải có gắn các thanh (4) sẽ vận chuyển nắp từ bồn nắp (5) lên đổ vào máng hứng (6) Phương pháp này cũng dựa trên nguyên lý cân bằng trọng lượng: nếu nắp chai

nằm sấp thì khi băng tải đi lên sẽ làm cho trọng tâm của nắp chai nằm ngoài tạo môment làm

Phương pháp này đã được Ban Giám đốc Công ty Bia Quy Nhơn đã cho tiến hành gia công và lắp đặt các thiết bị theo giải pháp kỹ thuật trên và đưa vào phục vụ sản xuất từ tháng

5/2002 Từ đó đến nay hệ thống này hoạt động tốt và đem lại hiệu quả thiết thực

1.3.1.3 Phương án 3: Dùng đĩa nghiên

Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất hiện

nay

Ưu điểm:

Năng suất cao

Được sử dụng rộng rãi nên tài liệu, thông tin khá đầy đủ

1.3.1.4 Phương án 4 : Băng tải nghiêng kết hợp khuôn định hướng

Nguyên lý:

Giải pháp đưa ra là dùng thiết bị cấp nắp chai trên nguyên tắc băng tải : Dùng các gàu gắn trên băng tải chuyển động mang nắp chai từ thùng chứa nắp đặt dưới nền lên máng hứng, tại dây lắp thêm khuôn định hướng nắp tác dụng phân loại náp úp và nắp ngửa Các nắp úp sẽ tiếp tục chạy thẳng đến máng chứa nắp, các nắp ngửa sẽ qua máng ống quay 180o sau đó cũng dẫn thẳng đến máng chứa So với phương án 2, phương án thì năng suất cao hơn hẳn

Ưu điểm:

Tương đối đơn giản dễ chế tạo

Phôi nắp được đổ vào thùng ở dưới thấp nên thuận tiện hơn

Năng suất cao rất cao

nữa mà sẽ đi xuống cùng cụm piston làm bóp chặt nắp vào miệng chai theo hình dạng của khuôn đóng Đây cũng là lúc kết thúc hành trình đi xuống của cụm piston đóng nắp

Khi kết thúc hành trình đi xuống của cụm piston (nắp chai đã được đóng kín theo yêu cầu kỹ thuật), cụm piston đóng nắp bắt đầu đi lên theo hành trình của cam

dẫn, ổ bi (16) tiếp xúc mặt trên của cam và nâng cụm piston đóng nắp đi lên, lò xo (11)bung ra đẩy cốt trong và khuôn đóng (7) về vị trí cũ, lúc đó lò xo (9) bung ra tạo một lực lên chày (3) để đẩy nắp (đã được đóng kín vào chai) ra khỏi khuôn đóng (1)

và được đưa ra xích tải

Lò xo (9) có tác dụng giảm chấn giữa miệng chai và nắp đồng thời làm nhiệm

vụ đẩy chair a khỏi khuôn đóng khi cụm piston đi xuống đóng nắp không làm bể

miệng chai và tạo lực ép lên côn đóng (1) để làm biến dạng vành nắp

1.Miệng đầu đóng

2.Khuôn đóng nắp

3.Chày giữ nắp

4 Bạc hãm và dẫn hướng chày 5.Bulong lục giác

6.Bạc dẫn hướng ống đẩy

7 Bulong chống xoay ống đẩy 8.Đệm chặng lò xo

9.Lò xo đẩy chày ép nắp 10.Ống đẩy

23 12

Hình 8 Búa đóng nắp cơ cấu CAM

Ƣu điểm :

Cơ khí hóa cao

Có thể tăng tốc độ sản xuất lên rất cao

Cấu tạo đầu đóng nắp tương tự như trên nhưng thay vào

đó là hệ được dẫn động bằng hệ thống khí nén vì vậy kết cấu nhỏ

gọn hơn

Do nắp chai là chi tiết tiêu chuẩn nên hệ thống đóng nắp

bằng khí nén cũng tiêu chuẩn và được bán toàn bộ vì vậy giảm

thời gian gia công, thay thế sửa chữa

Ƣu điểm :

Không đòi hỏi kỹ thuật cơ khí cao

Dễ dàng mua và thay thế

Hệ thống đơn giản nhỏ gọn, điều kiến dễ dàng

Khả năng tự động hóa cao

Khuyết điểm :

Hệ thống đóng đơn chiếc phù hợp với năng suất vừa

và nhỏ

Hình 9 Mô hình thực tế máy đóng nắp bằng khí nén

Sau khi phân tích ưu nhược điểm các phương án, em chọn phương án thiết kế gồm :

Hệ thống cấp nắp chai theo kiểu băng tải khuôn định hướng

Hệ thống đóng nắp chai tự động dẫn động bằng khí nén

Hệ thống xích tải cấp chai tự động

NẮP CHAI

Máng dẫn NẮP

CHAI

BĂNG TẢI CHAI

ĐÓNG NẮP

BĂNG TẢI

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP NẮP CHAI

2.1 Tính toán hệ cấp phôi dạng xích tải

2.1.1 Số liệu thiết kế:

Hệ dẫn động băng xích tải gồm:

Động cơ điện

Bộ truyền xích Hộp giảm tốc gắn liền với động cơ

Xích tải

Yêu cầu của hệ thống cấp phôi:

Năng suất: 10000 chai/8h = 10000 nắp chai/8h

Nắp chai có kích thước như hình vẽ:

Hình 11 Kích thước nắp tiêu chuẩn

2.1.2 Tính toán hệ thống xích tải:

Theo [CT trang 129,1], ta có:

- Năng suất cấp phôi thực tế: Qtt = 0.6 yv/zL = 10000 nắp/8h

- Năng suất lý thuyết: Qlt = yv/zL ≥ 10000/0.6 = 16666.67 nắp/8h

27.17

Trong đó:

v: vận tốc xích tải

y: chiều dài của một thanh tải gắn trên

xích tải

L: chiều dài chi tiết

D: chiều cao chi tiết

z : khoảng cách giữa hai đường rãnh

0.6: hiệu suất của hệ thống cấp phôi dạng

xích tải đứng

0.6

0.03 /130

Ta suy ra vận tốc lớn nhất của băng tải: vmax ≈ 0.25 m/s

Vậy vận tốc giới hạn của xích tải là

0.03 ≤ v ≤ 0.25 m/s

Ta tiến hành tính toán thiết kế cho băng tải quay với vận tốc v = 0.2 m/s

Tìm lực vòng trên xích tải:

- Giả sử xích tải vuông góc với mặt sàn

- Cho chiều cao xích tải sơ bộ H = 2000

+ Với z = 200

 Số thanh tải có trên một mặt xích tải: nthanh = 2000/200 = 10 thanh

- Ta tiến hành tính toán cho băng tải làm việc ở chế độ tải lớn nhất, tức là:

Mỗi thanh mang 4 nắp Băng tải thẳng đứng với mặt sàn

Ta có:

Khối lƣợng mỗi nắp chai: m=0.002 kg Khối lƣợng mỗi thanh tải: cho mthanh = 0.014kg Khối lƣợng mỗi bản xích: mxích = 0.212 kg

Vậy khối lƣợng tổng cộng tạo lực vòng xích tải:

M = 4m×10+10mthanh +(2000/38.1)×mxích

=4×0.002×10+10×0.014+(2000/38.1)×0.212 = 11.35kg

Lực ma sát của dây xích và khay trƣợt: Fmsbx

Số răng đĩa xích tải dẫn z(răng) = 21

Thời gian phục vụ L(năm) = 6 Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va đập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca làm việc 8 giờ)

Chế độ tải: do trọng lƣợng của nắp khá nhẹ nên ta xem nhƣ chế độ tải là tĩnh

2.2 Xác định công suất động cơ và phân phối tỉ số truyền cho hệ thống truyền động 2.2.1 Chọn động cơ điện:

Dựa vào hình 1 (Sơ đồ tải trọng), ta xác định động cơ làm việc trong trường hợp tải trọng tĩnh Khi đó, công suất tính toán sẽ là:

t ct

P



  

Phân phối tỉ số truyền:

Số vòng quay của trục máy công tác (trục xích tải)

60000 60000 0.2

14.998 15 21 38.1

lv

v n

Chọn động cơ: theo Catalog của Oriental Motor

Yêu cầu: động cơ đƣợc chọn phải có công suất Pdc và số vòng quay đồng bộ thỏa mãn điều kiện:

{

2.2.2 Bảng thông số kỹ thuật động cơ điện

Kiểu động cơ

5RK60GE-AW2MJ

Công suất

60 W

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ điện

Công suất trên các trục:

Trục HGT :

Trục ĐC :

2.3 Các thông số của nắp chai:

Khối lƣợng: 0.002kg Vật liệu: thiếc không gỉ có trọng lƣợng riêng là 8.080g/cm3 Thể tích: 286.520 mm3

Trọng tâm:

X= -0.016 mm ≈ 0.0 mm Y= 3.729 mm ≈ 3.7 mm Z= -0.004 mm ≈ 0.0 mm

2.4 Tính toán độ nghiêng của băng tải nắp

Tính toán góc nghiêng của băng tải và thanh tải để chi tiết đƣợc nằm vững trên thanh tải

và đảm bảo trạng thái của nắp

Các trạng thái có thể xảy ra của nắp chai trên băng tải đứng:

Hình 1 Hình 2 Hình 3 Hình 4 Hình 5 Hình 6

Với khuôn định hướng thì ta chấp nhận các trạng thái từ hình 1 đến hình 4 Hình 5 và 6

sẽ dẫn đến tình trạng kẹt và hệ thống thanh tải nắp từ dưới phễu phải loại bỏ được hai trạng thái này

Hình 7 Hình 8

Ở trạng 2 trạng thái trên, nắp tiếp xúc 1 mặt với băng tải và tiếp xúc với gàu tại điểm O Hình 7 và hình 8 mô tả hai trạng thái úp và ngửa của nắp Ở góc 90 o , trạng thái hình 8 ( lật ) momen tác dụng lên nắp có tác dụng giữ nắp tiếp xúc với mặt Ở trạng thái 7 ( úp ) momen do trọng lực sinh ra kéo nắp ra khỏi mặt băng tải

Mô men quay của nắp với tâm quay tại O1

2.5 Thiết kế thùng chứa nắp

Thùng chứa nắp được ở phần dưới cũng của băng tải nắp có tác dụng chứa nắp chưa đóng

và định hướng sơ bộ cho nắp để nắp áp mặt vào băng tải và được gàu đưa lên Nhưng vẫn đảm bảo được sự di chuyển của gàu và băng tải

Phần cuối của thùng chứa được thu hẹp từ chiều cao 1,5h đến 1,1h ( với h là chiều cao của nắp chai ) Chiều dài đoạn thu hẹp dài hơn khoảng cách giữa 2 gàu trên băng tải đảm bảo nắp không bị lọ ra ngoài Độ nghiêng thành bên của rãnh thu hẹp so với phương thẳng đứng trong khoảng 0o đến 10o

2.6 Thiết kế khuôn định hướng nắp

Nắp khi đã vào máng dẫn, bắt đầu được chuyển đến khuôn định hướng

Nguyên lý : Dựa trên sự chênh lệch kích thước giữa mặt trên và mặt dưới của nắp chai

Thùng chứa nắp

Băng tải nắp

Bố trí trong khuôn

Nắp được đưa vào trong khuôn thông qua máng dẫn, đến lỗ vào của nắp Khi nắp di chuyển trong khuôn, đến giao điểm của 3 đường dẫn, do sự chênh lệnh kích thước giữa miệng nắp và đáy nắp nên, nắp nằm úp sẽ đủ kích thước đi qua rãnh bên phải, nắp nằm ngửa sẽ đủ kích thước để đi qua rãnh bên trái Nắp ngửa sẽ thông qua máng quay 180o, chuyển trạng thái nắp từ ngửa sang úp Sau đó cả 2 ống dẫn về máng dẫn nắp, tiến về phía sao gạt nắp và thực hiện công đoạn tiếp theo

Momen quay của nắp trong rãnh

27.17

Mô men quay của nắp với tâm quay tại O1

: góc hợp bởi phương thẳng đứng và GO1(với G là trọng tâm nắp )

Vậy momen quay nắp

Ta tính toán thiết kế cho nắp chai di chuyển bởi trọng lượng nắp (sau khi được định hướng)

Tính toán góc nghiêng của ống dẫn:

Điều kiện để nắp chai tự trượt xuống trên ống dẫn là:

µ : hệ số ma sát giữa nắp chai và bề mặt của ống dẫn

Tra [Bảng 5.1, trang 138, 1], với vật liệu của nắp chai là thép không rỉ và ống dẫn làm bằng nhôm, ta có

µ= 0.353

0

0.35319.44 19.5

X Y



F ms

N

Theo [5.20, trang 144, 1], ta có chiều cao tối thiểu để nắp di chuyển trong ống

dt = c+D

Trong đó:

c = khoảng cách cần thiết để đỉnh nắp chai không bị đụng mặt trong của ống dẫn

dt = chiều cao của ống dẫn

D = 6 chiều cao của nắp chai

Theo Pithago:

2 2

2 2

2 2

2 2

Chiều cao dt≈ 7 Chiều rộng b ≈ 33

Độ cong ống R ≥ 159

Độ dốc ống α≥ 19.50

2.8 Tính toán sao gạt nắp :

Kích thước rãnh gạt chọn Ø62

Đường kính ngoài sao gạt chọn R = Rgatchai / 2

Chọn bề dày của sao gạt: B = 10 mm

CHƯƠNG 3 : CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TẢI CHAI

Thông số ban đầu:

Năng suất: Q = 10000chai/8h

Đường kính chai: D = 60 mm

Chọn hệ thống gồm 1 đầu đóng

Ta có nhịp sản xuất: 2,88 s/chai

Chọn thời gian di chuyển 1 bước của Man t = 1s

Thời gian đứng yên của Man t = 1,88s

3.1 Tính toán sao gạt chai :

Gia tốc của sao gạt tại vị trí tải chai: 0,193 2

0,193 /1

Lực tối thiểu tác động lên sao gạt khi di chuyển : F2.F dcF ms5, 2N

Ngoài ra còn có lực quán tính của sao gạt Chọn F = 20 N

Công suất làm việc :

3.2 Một số phương án truyền động gián đoạn

Cơ cấu sao gạt hoạt động không liên tục vì vậy cần một cơ cấu chuyển chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn Trên thực tế có nhiều cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn Sau đây là một số cơ cấu điển hình:

3.2.1 Cơ cấu bánh răng khuyết:

Nguyên lý :

Bánh răng chủ động bị bỏ đi một số răng Số răng đầy đủ khi chưa bỏ là Z1, số răng còn lại là Z1 do vậy gọi là bánh răng khuyết

Bánh răng bị động có đầy đủ số răg là Z2

Trong thời gian bánh răng chủ động quay được 1 vòng thì bánh răng bị động có lúc quay,

có lúc dừng, thực hiện chuyển động quay không liên tục

Cơ cấu này cho phép dễ dàng phấn phối thời gian chạy hoặc dừng của bánh răng bị động bằng cách thêm bớt răng của bánh răng chuyển động ngoài ra số lần chạy – dừng của bánh răng bị động cũng dễ thay đổi …

Khuyết điểm :

Làm việc có rung động ở đầu và cuối vòng quay của khâu bị dẫn và chính vì thế chỉ được dùng khi vận tốc của khâu dẫn nhỏ