Lựa chọn phương án và kết cấu máy hợp lý

Một số phương án kết cấu hệ thống truyền động chung của máy

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ KẾT CẤU MÁY HỢP LÝ

3.1 MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHUNG CỦA MÁY :

Ưu điểm :

- Phối hợp chuyển động giữa các bộ phận dễ dàng

- Kết cấu máy gọn đơn giản

- Chỉ dùng một động cơ mà không tiêu tốn nhiều công suất

Nhược điểm :

Việc chế tạo khó khăn do phải sử dụng các cặp bánh răng nón để dẫn động các trục của bộ phận cấp phôi và xích tải

3.1.2 Phương án bố trí truyền động riêng biệt :

Theo phương án này thì bộ phận cấp phôi tự động, bộ phận đóng nắp và bộ phận cấp chai (xích tải) được bố trí riêng, mỗi bộ phận do một động cơ dẫn động

Phương án này có những ưu điểm

- Từng bộ phận có kết cấu đơn giản

- Xích truyền động ngắn

- Sự làm việc của từng bộ phận đáng tin cậy

3.1.3 Phương án bố trí truyền động theo nhóm :

Theo phương án này thì bộ phận cấp nắp được chia thành nhóm có một động cơ dẫn động riêng Còn bộ phận cấp chai và đóng nắp thành một nhóm và có một động cơ dẫn động riêng

Với phương án này ưu điểm của nó là tổng hợp được ưu điểm của cả hai phương án trên đồng thời khắc phục được một số nhược điểm của các phương án đó

Từ sự phân tích ưu nhược điểm của ba phương án trên tôi chọn phương án truyền động cho thiết bị máy đóng nắp chai là :

Riêng bộ phận cấp nắp chai sẽ dùng một động cơ và hộp giảm tốc riêng

Còn bộ phận đóng nắp và cấp chai sẽ dùng một động cơ và hộp giảm tốc riêng

3.2 MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG CẤP NẮP CHAI TỰ ĐỘNG.

3.2.1 Phểu cấp phôi có phiến trượt chuyển động lên xuống :

a Cấu tạo :

Hình 3.1 Phểu cấp phôi có phiến trượt chuyển động lên

xuống

1.Máng dẫn phôi 3 Con quay

2 Phểu chứa phôi 4 Phiến trượt

b Nguyên lý hoạt động :

Phểu (2) dạng hình hộp chữ nhật, đáy nghiêng Máng dẫn phôi (1), được kẹp chặt, ép sát với thành phểu Phần làm việc của máng bố trí nghiêng, đảm bảo cho sự dịch chuyển của phôi dưới tác dụng của trọng lực Song song với máng người ta bố trí 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 phểu

Những phôi rơi trên mặt đầu của phiến trượt được nâng lên phía trên nhờ có mặt nghiêng ở đầu phiến trượt mà các phôi đó rơi vào máng dẫn phôi Phiến trượt đi xuống dưới, còn các phôi ở trong máng sẽ trượt theo mặt nghiêng của máng

Trong quá trình dịch chuyển những phôi đã được định hướng (trong lòng máng) sẽ đi qua cửa sổ, tạo nên bởi máng dẫn và con quay Những phôi không được định hướng (không nằm trong lòng máng) khi đến cửa sổ sẽ bị con quay có răng (3) hất ngược trở lại vào trong phểu Con quay hất những phôi không nằm trong cùng một hàng như vậy, loại trừ được khả năng chèn phôi khi đi qua cửa sổ Hoặc khi trên máng dẫn phôi đã được xếp đầy hàng thì con quay phóng phôi sẽ loại trừ khả năng chèn phôi

Mức cao nhất của phôi trong phểu cần thấp hơn máng dẫn phôi một ít Đối với cơ cấu cấp phôi hình phểu này sử dụng thích

A 1

hợp đối với những phôi hình trụ dài, không thích hợp với những chi tiết dạng nắp có l/d <1

2.2.2 Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát :

Hình 3.2 Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát

b Nguyên lý làm việc :

Nếu được đưa lên đĩa (1) quay đều, nhờ ma sát trên mặt đĩa, nắp quay theo và do lực ly tâm các nắp 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 nắp 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 Loại này thích hợp cho phôi dẹt (l/d <1) có chiều dày lớn hơn 1mm rất thích hợp cho loại phôi cắp bia Vậy ta chọn loại cấp phôi đĩa ma sát này cho cơ cấu cấo nắp tự động

3.3 SƠ ĐỒ CỦA MÁY ĐÓNG NẮP :

Từ phương án đã chọn ta thiết lập được sơ đồ động của máy

3.3.1 Yêu cầu chuyển động :

Máy có các chuyển động chính sau :

Chuyển động của cơ cấu cấp chai vào máy đóng nắp gồm :+ Chuyển động của xích tải đưa chai vào và ra

+ Chuyển động của trục vít, của bánh gạt chai để xác định

vị trí làm việc của chai trước khi vào vị trí đóng nắp

Chuyển động của cơ cấu đóng nắp

Chuyển động của cơ cấu cấp nắp

3.3.2 Yêu cầu thiết kế :

Sơ đồ động thiết lập phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

- Đường truyền động ngắn bảo đảm hợp lý

- Kết cấu đơn giản, gọn, phân bố đều

- Truyền động chính xác

4

1

2 3

Phối hợp các chuyển động phải nhịp nhàng, đồng bộ, làm việc tin cậy

- Dễ bố trí bôi trơn cho các chi tiết máy

3.3.3 Từ các yêu cầu trên ta thiết lập được sơ đồ động của máy :

a Cấu tạo :

Hình 3.3 Sơ đồ động máy đóng nắp chai

1 Bánh răng bị động xích tải 12 Đầu dập nắp

2 Xích tải chai 13 Sao gạt ra

3 Cặp bánh răng côn 14 Bánh côn trục chủ động xích tải 4 Vít tải chai 15 Xích ống con lăn

5 Sao chai vào 16 Đĩa xích bị động

6 Con quay có răng 17 Động cơ nâng hạ đầu đóng nắp

9 10 11 12 13

14 15 16

17 18

19 20 21

22

7 Đĩa cấp phôi 18 Bộ truyền vít me đai ốc

8 Hộp giảm tốc cơ cấu cấp phôi 19 Động cơ chính

9 Động cơ 20 Bộ truyền đai

10 Máng dẫn phôi 21 Bộ truyền trục vít bánh vít

11 Cơ cấu cam 22 Bộ truyền đai răng

b Nguyên lý làm việc :

Chai sau khi đã được rót đầy được chuyển từ máy chiết rót sang để tiến hành đóng nắp Truyền động được truyền từ động

cơ sang bộ truyền đai, hộp giảm tốc trục vít bánh vít và truyền lên bánh răng chủ động Z3, đĩa xích chủ động Z2 Thông qua bộ truyền đai răng Z2-Z2 và bộ truyền bánh răng Z3 -Z4, Z4 - Z5 và Z5-Z6 làm cho trục vít định vị và hai bánh gạt quay để gạt chưa vào và ra khỏi máy và làm cho cơ cấu đóng nắp quay Truyền động được tiếp tục truyền qua bộ truyền xích Z7 - Z7 và cặp bánh răng nón Z10 - Z11

để dẫn động xích tải đưa chai vào và ra khỏi máy đóng nắp

Cơ cấu cấp nắp quay được nhờ môtơ riêng truyền qua bộ giảm tốc trục vít bánh vít làm cho đĩa quay và thông qua cặp bánh răng nón Z12 - Z13 làm cho con quay quay được và cấp nắp liên tục cho đầu đóng nắp

Chai sau khi được băng tải, trục vít tải và bánh gạt chai đưa vào đúng vị trí đầu đóng của cơ cấu đóng nắp để chuẩn bị tiến hành đóng nắp Trong quá trình quay của cơ cấu đóng nắp, hệ xi lanh nắp sẽ dẫn động các đầu đóng quay theo cùng với bàn đóng nắp và luôn luôn tiếp xúc trên bề mặt cam được cố định nhờ con lăn và khe dẫn làm cho các đầu đóng chuyển động lên xuống để tiến hành đóng nắp Sau khi đóng nắp xong chai được bánh gạt ra và đưa vào băng tải đưa chai ra khỏi máy

Để cấp nắp vào đầu đóng theo đúng chu kỳ người ta gắn một đĩa có xẻ rãnh ngang với miệng của đầu đóng (ở vị trí lấy) và đầu ra của máng dẫn nắp Trong quá trình làm việc nếu vị trí của đầu đóng chưa tới vị trí đầu ra của máng thì nắp nằm ở vị trí đầu

ra sẽ không rớt ra ngoài mà một phần nhỏ sẽ tiếp xúc với rãnh của đĩa Khi đầu đóng tới đúng vị trí của đầu ra máng dẫn nắp thì nắp sẽ được khí nén thổi đi qua miệng đầu đóng vào ổ chứa và nhờ nam châm trên chày dập định vị nắp (hệ số thống khí nén đóng và

mở thông qua van mở, khi cối dập đến thì trên cối dập có cam để mở van thổi nắp vào).

3.4 CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA MÁY :

- Năng suất của máy thiết kế : 5400chai/h

Chọn số đầu đóng nắp của cơ cấu đóng là ba đầu đóngSuy ra số vòng quay trục chính của cơ cấu đóng trong một phút :

60 3

5400

n = = 30(vòng/phút)Chọn bán kính của vòng tròn đi qua tâm của xi lanh đầu đóng nắp là :

R = 144(mm)Qui cách chai :

Chai được sử dụng ở đây là loại chai có thông số được quy chuẩn hóa sau :

+ Thể tích chai : Vo = 550(ml)

+ Thể tích định dạng : V = 500(ml)

+ Chiều cao chai : h = 230 (mm)

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NẮP CHAI TỰ

1 Bộ truyền bánh răng nón 7 Cảm biến quang

2 Rãnh nút thoát ra máng dẫn 8 Thanh gạt nắp

3 Thành đĩa quay mâm nắp 9 Động cơ

4 Thành phiểu nắp 10 Hộp giảm tốc

5 Núm định vị trục phiểu nắp 11 Khớp nối

6 Tấm gạt kiểm tra nắp

11

4.1.2 Nguyên lý làm việc :

Khi động cơ (9) quay truyền động qua hộp giảm tốc (10) làm cho đĩa nắp quay theo (đĩa nắp quay ngược chiều kim đồng hồ)

Khi nút được đổ vào phiểu nắp (4), dưới tác dụng của lực

ly tâm (do đĩa nắp tạo ra) làm cho phần lớn nút bị dạt ra biên của đĩa nắp Các nắp ở ngoài biên nhất sẽ vào rãnh giữa nắp thành

Khi nắp trong rãnh đến đúng vị trí thoát nắp (2) nhờ khí nén và bánh răng chận nắp (bánh răng chận nắp quay cùng chiều đĩa nắp có tác dụng chận nắp không cho tiếp tục đi trong rãnh đĩa mà

đi vào thanh dẫn hướng), đưa nắp vào đường dẫn hướng đến bộ đảo chiều và đi vào cối dập nắp

Khi đĩa nắp quay mang theo nhiều nắp nhưng dưới tác dụng của thanh gạt phần lớn nắp bị gạt ra giữa đĩa nắp chỉ còn lại một lớp nắp sát mặt đĩa thì được quay theo đĩa nắp và dưới tác dụng của lực ly tâm nó dễ dàng đi vào rãnh đĩa để thoát ra máng dẫn nắp qua rãnh thoát

Trên đường máng dẫn nắp có gắn các van khí nén thổi để nắp được chuyển động dễ dàng và có hai cảm biến từ phát hiện nắp Khi nắp được cảm biến từ 1 phát hiện có nghĩa là lúc đó nắp đủ theo yêu cầu thiết kế, lúc đó van khí nén đóng lại không cho nút vào rãnh máng dẫn làm kẹt tại vị trí đảo chiều Khi cảm biến từ 1 phát hiện không có nắp lúc đó tín hiệu được bộ xử lý thông báo để mở van khí nén và nắp được đi vào rãnh để tới cối dập Cứ như vậy nút luôn được đáp ứng đầy đủ để dập vào chai sản phẩm

Cảm biến từ 2 có nhiệm vụ phát hiện nắp tại vị trí nguy hiểm (thiếu nắp) Nếu phát hiện không thấy nắp thì cảm biến từ này có tác dụng báo để cắt mạch động cơ chính máy dừng chuyển động Khi đó người vận hành phải xử lý cấp nắp đầy đủ và khởi động động cơ chính tiếp tục hoạt động

4.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ :

4.2.1 Năng suất :

Năng suất của đĩa được xác định bằng công thức : [7]

K m

V 1000

Trong đó :

m : khoảng cách giữa hai nắp Do đĩa không có túi nên khoảng cách hai nắp chính là đường kính của nắp dnắp = 32(mm) Vậy m = 32(mm)

K : hệ số khả năng mang phôi (K = 0,4-0,6)

V : tốc độ vòng của đĩa Ta chọn n = 70vòng/phút (tham khảo số liệu của máy)

D : Đường kính ngoài của đĩa

4.2.3 Tính chọn bán kính uốn cong giới hạn của máng :

Vì máng dẫn nắp từ đĩa cấp nắp tới cối dập có chỗ phải chuyển hướng, do đó để phôi không bị kẹt trong máng tại những

chỗ chuyển hướng thì chiều rộng của máng ở cung lượng phải lớn hơn chiều rộng ở phần thẳng.

Theo hình vẽ minh họa phôi ở trong máng dẫn ta có :

H = IJ + JK = IJ + OK - OJ = H0 + 2

2

D R

R = 128 mm

Vậy để nắp không bị kẹt ở phần cong của máng thì bán kính cong tối thiểu của máng là Rmin = 140(mm)

4.3 TÍNH CÔNG SUẤT DẪN ĐỘNG HỆ THỐNG CẤP NẮP :

4.3.1 Tính công suất dẫn động đĩa quay :

Ta có công thức : [7]

γ

=

97500

n M 2

(KW) (4-5)Cho K = 1/γ hệ số hiệu suất

Với γ : Hiệu suất cơ khí của bộ truyền ma sát

Mx : Momen xoắn tác dụng lên đĩa; M = G.R

G : Trọng lượng của phôi chất trong đĩa; G = 20Kg = 200N

R : bán kính của đĩa ma sát; R = 265(mm) = 0,265(m)

H

Phôi

Từ công suất dẫn động đã tính toán ta chọn loại động cơ A02-11-6 có công suất thiết kế 0,4(kW) số vòng quay 1000(vòng/phút)

Do yêu cầu công nghệ bia là loại thực phẩm đồ uống cao cấp nên các thiết bị phục vụ cho việc chế biến bắt buộc phải dùng vật liệu là inox hoặc thép không rỉ để khỏi ảnh hưởng đến chất lượng bia

Chọn mác thép không rỉ để chế tạo hệ thống cấp nắp 10 Cr14Mn14Ni4Ti

Trong quá trình làm việc để tránh xay xước mặt sơn của nắp thì bề mặt làm việc của đĩa cấp nắp và máng dẫn nắp phải đạt độ bóng Ra = 10

Do điều kiện làm việc không chịu lực, không chịu va đập và làm việc trong môi trường không bị ăn mòn, do đó vật liệu chế tạo đĩa cấp nắp và máng dẫn không cần nhiệt luyện

4.3.2 Tính công suất dẫn động con quay :

Chọn sơ bộ khối lượng của trục, bánh răng cùng bánh răng chặn nắp là Gcq = 5(kg)

Mômen cản trên ổ bi đỡ chặn :

Mcq = g.G.f.rcq

Trong đó :

g : là gia tốc trọng trường lấy g = 10m.s2

f : là hệ số ma sát; f = 0,15

r : là bán kính trung bình của ổ bi đỡ chặn

Sơ bộ chọn ổ bi đỡ chặn có ký hiệu 36018

55 , 9

Từ công suất dẫn động đã tính toán ta chọn loại động cơ A02-11-6 có công suất thiết kế 0,4 (kw); số vòng quay n = 1000 vòng/phút [1]

Chọn ncq = 100 suy ra i12 = 1000100 = 10

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP CHAI TỰ

ĐỘNG

Bia là loại thực phẩm đồ uống có ga nên yêu cầu sau khi chiết rót vào chai bia phải được đóng nắp trong thời gian không quá 5 giây Do đó máy đóng nắp thường được đóng liên hoàn với máy chiết (cùng một hệ dẫn động và cùng một hệ điều chỉnh) nhằm làm cho máy hoạt động nhịp nhàng, rút ngắn thời gian chai bia chưa đậy nắp ngắn nhất Từ yêu cầu công nghệ, ta tiến hành thiết kế hệ thộng cấp chai sau khi ra khỏi máy chiết gồm :

- Băng tải chạy qua máy chiết và máy đóng nắp

- Vít tải và sao gạt chai làm nhiệm vụ cấp chai vào đúng vị trí làm việc của đầu đóng nắp.

5.1 SƠ ĐỒ CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG CẤP CHAI :

5.1.1 Sơ đồ cấu tạo :

5 4 3

2

1

10

6 7

8-Thanh đỡ và tấm dẫn hướng

9- Sao gạt chai ra khỏi máy đóng nắp

10- Thanh đỡ đổi hướng chai

5.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống :

Chai sau khi chiết rót đầy bia thì được đưa ra khỏi máy chiết tới xích tải chai (1), xích tải đưa chai tới vít tải (4) vít tải (4) làm nhiệm vụ chuyển chai và giãn chai ra cho đúng bước của sao gạt chai vào máy (6) Chai đổi hướng chuyển động vào máy được là nhờ có thanh đỡ định hướng, lúc này sao gạt chai quay tròn sẽ đưa chai vào đúng vị trí của đầu đóng nắp

5.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG CẤP CHAI :

5.2.1 Thiết kế xích tải chai :

a Kích thước của xích tải chai :

Chọn xích tải là loại xích ống vì yêu cầu công việc không cần đạt độ chính xác cao Xích ống chế tạo đơn giản, giá thành hạ.

Hình 5.2.1 Kích thước xích tải

Chọn vật liệu để chế tạo xích tải là thép không gỉ có mác thép là 20cr13 có σb = 1760 Mpa [4]

Gọi A là khoảng cách trục của đĩa dẫn và đĩa bị dẫn, ta chọn :

A = 4(m) = 4000(mm)

- Chọn bước xích t :

Vì vận tốc của xích tải qua máy < (10 -15) (m/s) (chọn Vx = Vđn = 27,12m/phút = 0,452 m/s: chọn theo máy đã có) nên ta chọn xích có bước t = 19,05 (mm)

05 , 19

= 152 (mm)

(5-2) sách chi tiết máy tập II (trang 8)

b Xác định vận tốc của xích tải :

A

Để cung cấp đủ chai cho máy đóng nắp hoạt động liên tục thì vận tốc của xích tải phải lớn hơn hoặc bằng vận tốc của hệ thống đóng nắp Ở đây ta chọn vận tốc của xích tải bằng với vận tốc của cơ cấu đóng nắp.

nx.π Dđx = Vđn = 27,13 (m/phút)

Do đó : số vòng quay của trục dẫn động xích tải

⇒ nx = 3,1427.0,12,152 = 56,8 (vòng/phút)

5.2.2 Thiết kế sao gạt chai (sao vào và sao ra máy đóng nắp) :

a Sơ đồ kết cấu của sao gạt :

Hình 5.2.2 Sao gạt chai

b Chọn vật liệu :

Chọn vật liệu chế tạo vít tải chai là Pôlyamít có σb = 100Mpa; độ va đập = 20-35 KJ/mm2 (sách vật liệu kim loại của Lê Công Dưỡng)

65-c Tính toán thiết kế :

Ở chương 3 ta đã chọn số đầu đóng của hệ thống đóng nắp là ba và bán kính đi qua tâm xi lanh đầu đóng là R = 144mm Vậy để sao gạt chai vào vị trí các đầu đóng được chính xác và việc chế tạo sao được dễ dàng ta cũng thiết kế sao gạt chai có 3 càng gạt và bán kính của bánh gạt chai cũng bằng với bán kính đi qua tâm xi lanh đầu đóng tức là Rs = 144(mm)

Do đó tốc độ quay của hai sao gạt và và ra khỏi hệ thống đóng nắp có cùng tốc độ quay với hệ thống đóng nắp là 30 vòng/phút

Vậy tỷ số truyền :

i4 = i7 = SốSốđầucàngđónggạt=33 =1

Ø 216

Ø 288

Ø 72