ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT Người hướng dẫn: Nguyễn Minh Tuấn Ký tên: Ngày bắt đầu: 08032010 Ngày kết thúc: 24052010 Ngày bảo vệ: 01062010 Hệ thống thiết kế bao gồm: (1) Hệ thống cấp phôi. (2) Nguyên lý làm việc các bộ phận cơ khí. (3) Thiết kế, tính toán hệ thống truyền động cho các cụm làm việc. (4) Bố trí các biến, vị trí, vận tốc … (5) Chọn bộ điều khiển (nếu có). Các thành phần thiết kế cho theo yêu cầu sau: Dựa trên yêu cầu về sản phẩm, chi tiết cần định hướng hoặc cấp phôi lựa chọn, tính toán và thiết kế nguyên lý các cụm máy hoặc thiết bị làm việc theo yêu cầu. KẾT QUẢ YÊU CẦU: 1. 01 tập thuyết minh (khổ A4, 30 đến 40 trang) 2. 01 đến 02 bản vẽ (A3), sơ đồ nguyên lý và sơ đồ động học. 3. 01 file .avi mô phỏng hoạt động. NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN No Tuần lễ Nội dung thực hiện 1. 0203 1. Tổng quan tìm hiểu về phương án sản xuất được giao 2. 0405 2. Lên phương án và chọn phương án khả thi (lý do chọn) 3. 06 3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý 4. 07 4. Thiết kế sơ đồ động học 5. 0809 5. Thiết kế phần điều khiển (nếu có) 6. 1011 6. Tính toán động học 7. 1213 7. Mô phỏng chuyển động 2D, 3D (autocard, Solid work,…) và kết luận. 8. 14 8. Chuẩn bị bảo vệ. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XẾP VÀ ĐÓNG GÓI BLOCK SỮA HỘP. Kích thước tiêu chuẩn, 4 hộpblock. Năng suất 5000block8h.

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

2

LỜI NÓI ĐẦU 3

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 5

CHƯƠNG ITỔNG QUAN TÌM HIỂU VỀ VIỆC XẾP VÀ ĐÓNG GÓI BLOCK SỮA HỘP 6

1.1 Tìm hiểu chung về block sữa hộp 6

6

1.2Các phương pháp đóng gói trên thị trường 6

a.Nguyên tắc chung: 6

b.Phương án 1: 7

c.Phương án 2: 9

d.Phương án 3: 10

e.Phương án 4 12

f.Phương án 5 13

g.Phương án 6: 14

CHƯƠNG IILỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 16

2.1Đưa ra các phương án 16

a.Phương án cho bộ phận tách sản phẩm: 16

b Phương án cho bộ phận quấn bao nilon: 16

2.2Chọn phương án thực hiện: 17

CHƯƠNG IIITHIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 18

3.1Đưa ra sơ đồ nguyên lý: 18

3.2Nguyên lý hoạt động: 19

CHƯƠNG IVTÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU 20

4 1Thông số đầu vào: 20

4 2Cơ cấu Man: 20

4 3Cơ cấu tách sản phẩm 23

4 4Hai trục trong cơ cấu Man 23

4 5Tính cơ cấu chuyển hộp sữa sau khi tách sang băng truyền 25

4 6Băng tải vận chuyển hộp sữa đến cơ cấu quấn bao nilon 27

4 7Tính toán cơ cấu xích sắp xếp sữa thành block 28

4 8Cơ cấu quấn bao bì 28

4 9Cơ cấu cung cấp bao nilon: 30

4 10Băng tải chuyển cụm sản phẩm để gia nhiệt: 31

CHƯƠNG VKẾT LUẬN 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học tự động hóa sản xuất cung cấp cho sinh viên chuyên ngành chế tạo máy những kiến thức về tự động trong máy máy móc cũng như trong nhà máy Nhờ vào đó, sinh viên sẽ có tư duy

về khả năng tự động của máy móc hay quá trình sản xuất.

Đồ án môn học tự động hóa sản xuất không những giúp sinh viên tổng kết và trau dồi thêm kiến thức của môn học, mà còn giúp sinh viên đối diện với việc thiết kế ra một máy tự động hoàn chỉnh, đối diện với những vấn đề khó khăn trong nguyên lý, kết cấu hay quá trình điều khiển Qua đó mà có thể tăng khả năng, trình độ thiết kế của bản thân Hơn nữa, sinh viên sẽ có tư duy tổng quan khi thiết kế một chi tiết nhỏ

Không những thế, quá trình thực hiện đồ án còn cho sinh viên hình dung được quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp Qua đó chuẩn bị tốt cho đề tài luận văn của mình.

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2010

Sinh viên thực hiệnNGUYỄN VĂN TÂY

LÊ THUẬN TÂM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT

Ngày bắt đầu: 08/03/2010 Ngày kết thúc: 24/05/2010 Ngày bảo vệ: 01/06/2010

Hệ thống thiết kế bao gồm:

(1) Hệ thống cấp phôi

(2) Nguyên lý làm việc các bộ phận cơ khí

(3) Thiết kế, tính toán hệ thống truyền động cho các cụm làm việc

(4) Bố trí các biến, vị trí, vận tốc …

(5) Chọn bộ điều khiển (nếu có)

Các thành phần thiết kế cho theo yêu cầu sau:

Dựa trên yêu cầu về sản phẩm, chi tiết cần định hướng hoặc cấp phôi lựa chọn, tính toán

và thiết kế nguyên lý các cụm máy hoặc thiết bị làm việc theo yêu cầu

KẾT QUẢ YÊU CẦU:

1 01 tập thuyết minh (khổ A4, 30 đến 40 trang)

2 01 đến 02 bản vẽ (A3), sơ đồ nguyên lý và sơ đồ động học

3 01 file *.avi mô phỏng hoạt động

NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

lễ Nội dung thực hiện

1 02-03 1 Tổng quan tìm hiểu về phương án sản xuất được giao

2 04-05 2 Lên phương án và chọn phương án khả thi (lý do chọn)

3 06 3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XẾP VÀ ĐÓNG GÓI BLOCK SỮA HỘP

Kích thước tiêu chuẩn, 4 hộp/block Năng suất 5000block/8h

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌM HIỂU VỀ VIỆC XẾP VÀ ĐÓNG GÓI BLOCK SỮA HỘP.

1.1 Tìm hiểu chung về block sữa hộp

- Sữa tươi sau khi đã đóng gói vào từng hộp nhỏ, do nhu cầu mua nhiều hộp sữa cùng lúc nên yêu cầu đặt ra là đóng gói thành từng block nhiều hộp sữa để tiện trong tiêu thụ Cụ thể ở đây ta đóng gói một block gồm 4 hộp sữa bằng bao nhựa

Hình 1.1 Hộp sữa tham khảo.

1.2 Các phương pháp đóng gói trên thị trường

a Nguyên tắc chung:

- Phương pháp chung dùng để đóng gói bằng bao nilon là tận dụng tính chất của bao nilon

co rút lại khi đi qua hơi nóng Vì vậy chỉ cần các sản phẩm đóng gói được bao quanh bởi bao nilon và cho đi qua hơi nóng là bao nilon tự động ép sát sản phẩm

- Hầu hết các phương án hiện nay đều sử dụng phương pháp cho qua lò có hơi nóng để cho bao nilon co rút kín lại và bao sản phẩm Các phương pháp chỉ khác nhau ở cách cho sản phẩm vào bao nilon trước khi qua lò nung

o Lồng sản phẩm vào bao nilon (polythylene) có thể nói là bộ phận quan trọng nhất của một máy đóng gói sản phẩm Kết cấu khá đơn giản chỉ gồm một thanh chuyển động tròn theo một tâm di động Nhờ vậy quỹ đạo của nó là elips với nhiệm vụ là dẫn bao nilon quấn quanh cụm sản phẩm đã được sắp xếp.

o Lò hơi nhiệt chỉ là tạo ra hơi nhiệt để nilon co lại và bó sát vào cụm sản phẩm

o Đầu vào là cụm sản phẩm sẽ đóng gói.

o Không có cơ cấu sắp xếp phôi Phải thêm phụ thuộc vào tùy loại sản phẩm

c Phương án 2:

Hình 1.4 Máy tham khảo phương án 2

- Tách phôi bằng hai xi lanh hoặc bằng động cơ bước Sau đó phôi được đẩy qua bộ phận gói bao nilon Ngay sau đó nilon được cắt bằng cơ cấu dập có gắn thanh điện trở nhiệt Thanh điện trở này không những giúp cắt được lớp nilon mà còn giúp ép dính kín hai lớp nilon lại giúp chất lượng đóng gói tốt hơn

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý phương án 2

- Ưu điểm:

o Tách sản phẩm rất thuận tiện và linh hoạt Không những tách, nó còn giúp sắp xếp sản phẩm theo nhiều lớp tùy theo yêu cầu

o Có thể đóng gói số lượng sản phẩm rất đa dạng.

- Nhược điểm:

o Năng suất không cao

o Phải dùng hệ thống cảm biến phức tạp

d Phương án 3:

Hình 1.6 Sản phẩm tham khảo phương án 3

- Dùng băng tải có gờ chặn để phân đều sản phẩm Phương pháp dóng gói tương tự như phương án 2 Tuy nhiên, thanh nhiệt điện trở được dập theo dòng di chuyển của sản phẩm được bọc nhựa nên băng chuyền mang sản phẩm chạy liên tục và không phải ngừng trong quá trình cắt lớp bao bì

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý phương án 3

- Ưu điểm:

o Năng suất rất cao

o Cơ cấu quấn bao bì đơn giản

- Nhược điểm:

o Thể tích sản phẩm không quá lớn

o Cơ cấu cắt bao bì rất phức tạp

e Phương án 4

Hình 1.8 Sản phẩm tiêu biểu phương án 4

- Phương pháp quấn bao bì rất đơn giản như những phương án trước Không cần cơ cấu tách sản phẩm để cung cấp cho quấn bao bì, chỉ cần dùng băng tải Tuy nhiên, sản phẩm đóng gói phải có chiều dài nhất định

- Ưu điểm:

o Đơn giản

o Dùng cho sản phẩm có kích thước dài, trọng lượng lớn

- Nhược điểm:

o Năng suất không cao tính trên đầu sản phẩm

o Trừ một kích thước theo chiều dài, các kích thước còn lại bị hạn chế theo kích thước của cơ cấu quấn bao bì

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phương án 4

f Phương án 5

Hình 1.10 Sản phẩm tiêu biểu phương án 5

- Cơ cấu sắp xếp phôi bao gồm xếp thành cụm, dóng gói bằng bọc giấy, sau đó mới đóng bọc nilon Dùng thanh gắn lên xích để dẩn hướng và phân phối sản phẩm chuẩn bị đóng gói Cơ cấu quấn và cắt bao nilon được tích hợp làm một

- Ưu điểm:

o Có thể sắp xếp sản phẩm thành những cụm block rất đa dạng

o Cơ cấu quấn và cắt bao nilon được tích hợp rất đơn giản mà gọn nhẹ

o Vì đóng gói trên từng block có bọc giấy nên mặc dù năng suất trên blocl không cao nhưng năng suất trên sản phẩm lại rất cao.

Hình 1.11 Sơ đồ nghuyên lý phương án 5

- Nhược điểm:

o Máy có kích thước rất lớn do cơ cấu tách sản phẩm phức tạp

g Phương án 6:

- Sắp xếp phôi bằng phương án hút chân không, dùng với những sản phẩm có trọng lượng nhỏ Có thể sắp xếp theo nhiều hướng phức tạp Song cơ cấu rất nhiều chuyển động phức tạp.

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý phương án 6

CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

- Dùng chân không để hút hộp sữa cùng với hệ thống cảm biến để tách

- Đề nghị phương án: dùng cơ cấu Man cùng với mâm quay được chia làm nhiều bậc để tách hộp sữa đều nhau Không cần dùng hệ thống cảm biến

b Phương án cho bộ phận quấn bao nilon:

- Dùng thanh nhiệt điện trở có mang bao nilon cùng với hệ thống cảm biến nhận để quấn đồng thời cắt luôn bao nilon

- Ta chọn những phương án trên vì những lý do:

o Đơn giản, dễ chế tạo và vận hành

o Không dùng đến cảm biến

o Không dùng hệ thống điều khiển

CHƯƠNG III THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

3.1 Đưa ra sơ đồ nguyên lý:

- Theo những phương án đã chọn ta thiết kế sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 3.1 Nguyên lý của máy đóng gói

- Sơ đồ cụ thể:

- Cơ cấu cắt bao nilon bao gồm hai con lăn lăn không trượt với nhau Một con lăn có chu

vi bằng chiều dài của một bao nilon Trên con lăn này, ta gia công một đường cắt để mỗi khi đường cắt này đi qua bao nilon là bao sẽ được cắt ra Như vậy chiều dài bao nilon chính bằng chu vi của con lăn Ngoài ra, cần có hai cặp con lăn khác, một đóng vai trò giữ cho bao nillon không bị rơi ra sau khi cắt Cặp con lăn thứ hai bố trí sau cặp con lăn giữa để dẩy bao nilon cung cấp để chuẩn bị quấn quanh cụm sản phẩm

- Cơ cấu quấn bao nilon gồm hai thanh được gắn lên một thanh quay tròn Sau khi được sắp xếp bởi thanh ngang, cụm 4 hộp sữa được đưa đến băng tải quấn và dè lên bao nilon vừa cung cấp Sau đó, thanh quay nâng bao nilon và quấn quanh cụm sản phẩm đang di chuyển trên băng truyền Sau khi đi hết băng truyền, hộp sữa sẽ dè lên đầu còn lại của bao nilon và hoàn tất quá trình quấn bao nilon

- Cụm 4 hộp sữa này được đưa qua cơ cấu gia nhiệt, nhờ đó bao nilon co lại và ép sát vào cụm 4 hộp sữa và tạo thành blok sữa

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU

4 1 Thông số đầu vào:

- Ta có năng suất P = 5000 block/8h Thời gian cho một block là t = 5.76 s Chọn t = 4s

- Như vậy ta chọn nhịp sản xuất cho dây chuyền là t = 4s

- Chọn đường kính Man là Dm = 200mm.

- Số rãnh Z = 4

- Vòng tròng quỹ đạo của chốt phải tiếp xúc với bán kính của Man tại vị trí ra và vào chốt Mặc khác, vì Z = 4 nên hai rãnh liên tiếp cách nhau 90o Hơn nữa, lúc đó tâm của vòng tròn quỹ đạo chốt phải nằm trên đường phân giác của góc tạo bởi hai rãnh liên tiếp trên Man Vậy góc giữa đường nối tâm và bán kính Man tại điểm ra vào chốt là 45o Do đó, đường kính vòng tròn quỹ đạo của chốt D = Dm = 200mm

l c≥ = − −a = mm Chọn l = 75 mm

- Xác định cung định vị cho Man:

o Cung định vị giúp giữ Man ở vị trí cố định khi đứng yên hay khi chốt đã ở ngoài rãnh của Man

o Chọn bề dày nhỏ nhất của rãnh trên Man k = 5mm

- Xác định cung trên bánh chủ động để tránh chạm với cơ cấu Man:

Hình 4.4 Khe hở giữa Man và cam trên bánh chủ động

o Chọn khe hở giữa Man và bánh chủ động là dk = 5mm

o Cung lõm của cam trên bánh chủ động 105 mm

- Gọi tcd, tt lần lượt là thời gian chuyển động và đứng yên trong một chu kỳ của Man.

- Ta có:

4

3

cd t

t t t

t s t

t s t

4 4 Hai trục trong cơ cấu Man

a/ Sơ đồ lực tác dụng lên các chi tiết trên trục:

- Chi tiết tách sản phẩm

o Vận tốc trung bình v = 15 v/phút Nhưng chi tiết luôn chuyển động không liên tục mỗi lần quay một góc 45o , ta có:

2 0

2 0

2

12

ϕ ωβ

I = mR = kg m

 Trong đó m là khối lượng chi tiết:

2

.2 37.3( )4

- Chọn vật liệu là thép C45 thường hóa đến độ rắn HB 170…217 [1, trang 92, bảng 6.1]

- Trục mang chi tiết tách phôi 3

- Chiều dài mayo lm = (1,2 … 1,5 )d = 12 … 15 mm

- Khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực

Hình 4.7 Kích thước trục mang cơ cấu Man

Hình 4.8 Kích thước trục mang đĩa chủ động

- Đường kính trục để lắp ổ lăn là 15mm, ta chọn ổ bị đỡ một dãy với kích thước như sau:

Bảng 4.1 Kích thước ổ lăn

- Số liệu tham khảo theo ( GOST 8338-75) [1, trang 254, bảng P2.7]

4 5 Tính cơ cấu chuyển hộp sữa sau khi tách sang băng truyền

Hình 4.9 Góc nghiêng cần thiết để hộp sữa có thể trượt xuống mà không bị lật

- Tính góc nghiêng α để hộp sữa có thể trượt xuống băng tải mà không bị lật.

- Để hộp sữa trượt xuống băng tải:

cos 0sin

tan16.7

αα

- Ta chọn kích thước cơ cấu như sau:

4 6 Băng tải vận chuyển hộp sữa đến cơ cấu quấn bao nilon

- Với khối lượng vận chuyển rất nhẹ ta chọn loại băng tải đai

- Ta chọn chiều dài băng tải là 300 mm Tính vận tốc băng tải để khi hộp thứ 4 của block đến băng tải thì hộp đầu tiên vẫn chưa thoát khỏi băng tải

- Trong thời gian quay 1s của cơ cấu Man, chỉ cần 0.75s là 4 hộp sữa đã được đưa xuống băng tải Trong thời gian đó ta cho hộp sữa đầu tiên đi với đoạn đường là 250 mm

- Khi đó vận tốc dài trên băng tải là v = 0.3m/s.

- Số vòng quay của con lăn đường kính 48mm

60000

132.6 v/ph

v n

4 7 Tính toán cơ cấu xích sắp xếp sữa thành block

- Ta chọn hệ thống sắp hộp sữa bằng xích vì vận tốc ổn định, bền và dễ bảo trì sửa chữa

- Vận tốc của băng tải v b =0.3 /m s

- Vận tốc của xích phải lớn hơn vận tốc của băng tải để có thể sắp hộp sữa thành block 4 hộp Chọn vận tốc xích là 0.4 m/s

- Thời gian giữa 2 lần cấp sữa là t 4= s

- Khoảng cách giữa hai thanh trên xích là v x = ×4 0.4 1.6 m=

- vx – vận tốc của xích

- Do lực tác động rất nhỏ, ta chọn bước xích p 8= mm

Hình 4.11 Cơ cấu sắp xếp các hộp sữa sau khi tách

4 8 Cơ cấu quấn bao bì

- Cơ cấu gồm hai thanh được gắn trên một khung quay tròn quanh một băng tải để mang bao nilon quấn quanh cụm sản phẩm

- Ta dùng thai thanh nên năng suất sẽ gấp đôi Do đó, thời gian cụm chi tiết đi qua cơ cấu

là 8s

- Chọn khoảng cách giữa hai puli là 600mm, ta được vận tốc của cụm sản phẩm trên băng

- Như vậy khi cụm sản phẩm trong quá trình quấn bao nilon trải qua ba giai đoạn (ta xét vị trí của điểm đầu tiên của cụm sản phẩm)

o AB: Cụm sản phẩm di chuyển một đoạn bù trước khi thanh quay thứ nhất đến vị trí ngang với băng tải

o Tại B: Thanh quay thứ nhất đang ở vị trí ngang với băng tải và chuẩn bị nâng bao nilon để quấn quanh cụm sản phẩm

o BC: Thanh quay quay nữa vòng và quấn bao nilon quanh cụm sản phẩm Trong quá trình này, khi cụm sản phẩm đến vị trí C’ thì cụm sản phẩm tiếp theo đang được đưa đến vị trí A để chuẩn bị

o Tại C thanh quay thứ nhất vừa kết thúc việc quấn bao nilon và đang nằm vị trí ngang với băng tải Lúc này, Cụm sản phẩm thứ hai đã đến B và thanh quay thứ hai cũng đang nằm ngang với băng tải và đang chuẩn bị quấn nilon cho cụm sản phẩm tiếp theo

o CD: Cụm sản phẩm thứ nhất đã mang bao nilon di chuyển đến D và hoàn tất việc quấn nilon Lúc này thanh quay thứ hai cũng đang thực hiện việc quấn bao nilon cho cụm sản phẩm thứ hai

o Tại D: Cụm sản phẩm thứ nhất thoát khỏi băng tải này và hoàn thành quá trình quấn bao nilon Lúc này, Cụm sản phẩm thứ hai đã đến C’ và đang trong quá trình quấn bao nilon Đồng thời lúc đó, cụm sản phẩm thứ ba đã được đưa đến A để bắt đầu quá trình quấn bao nilon

- Do đó ta có các điều kiện sau:

640 180

120

300 mm180

a b c c

b a c a

b c

- Vận tốc quay của thanh quay: quay một vòng trong 8s hay 7.5 v/phút

- Để tránh hiện tượng trượt đai ta thiết kế hệ thống băng tải đai như sau

Hình 4.13 Kết cấu băng tải để quấn bao nilon.

- Các kích thước còn lại ta chọn như hình vẽ

- Vận tốc thanh quay mang bao nilon

4 9 Cơ cấu cung cấp bao nilon:

- Bộ phận chính gồm hai con lăn lăn không trượt với nhau thông qua lớp bao nilon Một con lăn lớn có chu vi bằng chiều dài của một bao nilon cần để bao cụm sản phẩm Trên đường tròn ta chế tạo một lưỡi cắt để cắt bao nilon Do đó, khi con lăn quay một vòng là cắt một bao nilon chuẩn bị quấn tạo thành block sữa

- Chiều dài một bao nilon để quấn quanh cụm sản phẩm: 180 2 40 2 20 460mm× + × + =

- Đường kính con lăn: 460 146.4mm

π = Chọn D = 150 mm

- Chiều dài nilon tính lại: 150π =471.23mm

Hình 4.14 Cơ cấu cung cấp bao nilon

4 10 Băng tải chuyển cụm sản phẩm để gia nhiệt:

- Vì phải đi qua lò hơi nhiệt để co các bọc nhựa lại nên băng tải sử dụng là loại băng tải kim loại

- Vận tốc băng tải phải lớn hơn vận tốc của băng tải quấn bao nilon để không bị đùn sản phẩm

- Ta chọn vận tốc băng tải là 100 mm/s