Đồ án: Thiết kế và chế tạo máy vận chuyển nhôm

http:123link.proV8C5Nội dung của đề tài: Nghiên cứu tổng quan về các máy, dây chuyền tự động và các phương pháp điều khiển hệ thống tự động ở Việt Nam và Thế Giới; Nghiên cứu kết quả các công trình về sản xuất đã đƣợc công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước; Thiết kế và lựa chọn những cơ cấu phù hợp với máy để cải tiến cho phù hợp với từng nhiệm vụ; Chế tạo các cụm máy tự động nhằm thay thế các công đoạn thủ công và tránh gây lãng phí thời gian làm ra sản phẩm đạt được năng suất cao.

Hoàng Văn Cường

-2-

Mục Lục

Chương 1: Mở Đầu 4

1.1.Đặt vấn đề 4

1.2.Tổng quan 5

1.2.1 Tổng quan về sản phẩm 5

1.2.1.1.Giới thiệu về công ty công nghiệp LIXIL Việt Nam 5

1.2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 7

1.2.2 Tình hình sản xuất hiện nay 7

1.2.2.1 Tình hình sản xuất trên thế giới 7

1.2.2.2 Tình hình sản xuất tại công ty Lixil 7

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

2.1 Nội dung nghiên cứu 9

2.2 Phương pháp nghiên cứu 9

2.2.1 Nghiên cứu tổng quan 9

2.2.2 Nghiên cứu lý thuyết 9

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 11

3.1 Xác định nguyên lý cấu tạo và nguyên lý làm việc 11

3.1.1 Nguyên lý cấu tạo của máy 11

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của máy 12

3.2 T nh toán và thiết ế cơ h 12

3.2.1 Cụm cơ cấu tay gắp 12

3.2.2 Cụm cơ cấu băng tải 16

3.2.3 Cụm cơ cấu đẩy nhôm 18

3.3 Thiết kế phần điều khiển 19

3.3.1 Lựa chọn phương án 19

3.3.2 Sơ đồ thiết ế phần cứng 20

CHƯƠNG 4 : ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP 23

4.1.Tính mới và tính sáng tạo 23

4.2 Khả năng áp dụng 23

-4-

Chương 1

Mở Đầu 1.1.Đặt vấn đề

Trong xã hội ngày nay, khi mà sự nghiệp hiện đại hóa là mục tiêu hàng đầu của mỗi quốc gia, sự vượt trội về công nghệ là điều mỗi nước đều theo đuổi nhằm đạt được sự ưu việt nhất trong quá trình sản xuất, không chỉ có ý nghĩa về mặt lợi nhuận mà còn có ý nghĩa khẳng định sự thành công trong thương trường khi áp dụng được những công nghệ tốt nhất Tại Việt Nam khi mà việc áp dụng khoa học công nghệ còn chưa cao và chưa được thực hiện trên quy mô lớn thì việc hiện đại hóa các quy trình sản xuất càng bức thiết hơn bao giờ hết Thực tế hiện nay tại các doanh nghiệp chúng ta đang sử dụng hàng trăm lao động cho một khâu sản xuất, việc quản lý lao động trở nên phức tạp và sản phẩm làm ra còn tùy thuộc vào lao động như tình trạng sức khỏe, kinh nghiệm, tay nghề Trong hi đó, những nước phát triển đã sản xuất ra số lượng sản phẩm đúng với số lượng ta đã làm được chỉ với những thiết bị máy móc và chỉ sử dụng một nhân công duy nhất để trông coi trong trường hợp máy móc bị sự cố kỹ thuật Việc tự động hóa trong sản xuất sẽ đưa ra những sản phẩm với chất lượng đúng như mong muốn và tiết kiệm chi phí sản xuất Chính sự khác biệt trong công nghệ đã mang những nước phát triển đến với một tầm cao vượt xa chúng ta Điều đó hông có nghĩa là chúng ta sẽ hông đuổi kịp các nước tiên tiến mà đó là động lực thúc đẩy, là mục tiêu cho sự phấn đấu tìm hiểu và phát triển khoa học kỹ thuật để sánh vai cùng các nước tiên tiến trên thế giới

Hiện nay, Việt Nam của chúng ta đang thực hiện nhiều chính sách nhằm thu hút đầu

tư từ các doanh nghiệp nước ngoài và đã đạt được những kết quả khả quan Các công ty

có quy mô lớn được hình thành nhưng vẫn gặp phải những hạn chế do khoa học kỹ thuật chưa cao nên hông thể đáp ứng được những yêu cầu sản xuất, năng xuất lao động chỉ ở mức trung bình trong khi lợi nhuận lại giảm sút do việc phải thuê một lượng lớn nhân công, và công ty TNHH Sản Xuất Toàn Cầu LIXILViệt Nam cũng hông tránh hỏi thực trạng đó

-5-

Tại công ty TNHH Sản Xuất Toàn Cầu LIXILViệt Nam, tuy đã nhập về một số lượng lớn máy móc thiết bị nhằm phục vụ cho quá trình sản xuất, với mong muốn nâng cao năng suất lao động và tối ưu hóa chất lượng sản phẩm, nhưng công ty vẫn còn nhiều quy trình chưa thể tự động hóa vì chưa có phương án áp dụng do sự yêu cầu từ chất lượng sản phẩm Điều này đã gây ra những ảnh hưởng không tốt đến năng suất cũng như lợi nhuận của công ty khi mà chất lượng sản phẩm còn phụ thuộc quá nhiều vào lao động, quy trình sản xuất mang tính thủ công hông đáp ứng được những yêu cầu ngày càng cao

về chất lượng cũng như số lượng sản phẩm Từ những thực trạng bất lợi đó, ban lãnh đạo công ty đã cố gắng không ngừng nhằm nâng những quy trình từ sản xuất thủ công trở thành sản xuất tự động hoặc bán tự động, mong muốn tạo được những điều kiện tốt nhất

để phục vụ cho sự phát triển của công ty

Từ nhu cầu thiết yếu đó, ban lãnh đạo công ty Lixil Việt Nam đã liên hệ với nhóm

nghiên cứu đặt vấn đề về việc “Nghiên cứu, thiết kế ế rì h đưa hôm o

máy cắt” cho công ty Lixil Việt Nam

 Mục tiêu của nghiên cứu

- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy tự động nhằm nâng cao chất lượng và số lượng sản phẩm

 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Tính toán, thiết kế và chế tạo máy tự động phù hợp trong dây truyền sản xuất, mang hiệu quả về chất lượng và kinh tế tại Việt Nam

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Kết quả nghiên cứu sẽ được triển khai và ứng dụng trực tiếp vào sản xuất tại công

ty Lixil góp phần phát triển ngành cơ h tự động hóa ở Việt Nam

1.2.Tổng quan

1.2.1 Tổng quan về sản phẩm

1.2.1.1.Giới thiệu về công ty công nghiệp LIXIL Việt Nam

Công ty Lixil Việt Nam là một công ty chuyên sản xuất các mặt hàng gia dụng,

hầu hết các loại sản phẩm của công ty Lixil được sản xuất tại nhà máy ở Việt Nam, sử dụng máy thiết bị, vật tư và công nghệ Nhật Bản để tạo ra những sản phẩm chất lượng

-6-

cao Những sản phẩm được sản xuất tại công ty Lixil Việt Nam bao gồm: Cửa nhôm, bồn

sứ, gạch men và nhiều sản phẩm khác Với nguồn nhân lực nhiều được đào tạo ĩ lưỡng cùng với việc áp dụng hệ thống quản lý chất lượng, Lixil Việt Nam có năng lực làm ra những sản phẩm có chất lượng cao, đáp ứng được yêu cầu của thị trường Nhật Bản cũng như trên toàn thế giới

Sản phẩm của công ty

Hình 1.1: Sản phẩm thông thường

Hình 1.2: Sản phẩm trong nhà

-7-

1.2.1.2 Đối tượng nghiên cứu

Hình 1.3: Nhôm thanh và nhôm bán thành phẩm

1.2.2 Tình hình sản xuất hiện nay

1.2.2.1 Tình hình sản xuất trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hệ thống máy tự động được chế tạo đưa vào các dây chuyền sản xuất, tuy nhiên đối với những mặt hàng thay đổi mẫu liên tục và mang

t nh đặc thù của từng công ty như Lixil hiện hoàn toàn chưa có trên thị trường

1.2.2.2 Tình hình sản xuất tại công ty Lixil

Trên thị trường có nhiều sản phẩm nhôm thành phẩm, bán thành phẩm được sử dụng Tại công ty Lixil Việt Nam, sản phẩm được tạo thành từ nhôm khối và qua nhiều quy trình sản xuất để tạo thành sản phẩm nhôm trên thị trường Các công đoạn trong quy trình sản xuất nhôm đã được tự động hoá nhiều, tuy nhiên trong đó còn công đoạn đưa nhôm vào máy cắt đang được làm thủ công

 uy trình sản xuất: đây là quá trình được thực hiện thủ công với sự góp mặt ít

nhất của từ 2-3 công nhân Công nhân phải tách từng thang nhôm để lấy thanh nhôm , một thang nhôm có khoảng 16 cây nhôm.Công nhân lại phải tách ra 4 cây nhôm để đưa vào máy cắt

-8-

Hình 1.4: Quy trình sản xuất nhôm bán thành phẩm Việc sản xuất thủ công hông đảm bảo chất lượng và số lượng sản phẩm, tốn hai nhân công cho công đoạn này Chính vì vậy việc tự động công đoạn vận chuyển nhôm vào máy cắt là cần thiết Thiết bị cần hoạt động ổn định, giá thành thấp và đảm bảo chất lượng sản phẩm

Hệ thống vận chuyển nhôm bằng cánh tay robot, băng tải động… có sẵn trên thị trường hông đáp ứng được yêu cầu công việc Vì vậy, việc chế tạo ra máy vận chuyển nhôm là cần thiết

-9-

CHƯƠNG 2

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu tổng quan về các máy, dây chuyền tự động và các phương pháp điều khiển hệ thống tự động ở Việt Nam và Thế Giới

 Nghiên cứu kết quả các công trình về sản xuất đã được công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước

 Thiết kế và lựa chọn những cơ cấu phù hợp với máy để cải tiến cho phù hợp với từng nhiệm vụ

 Chế tạo các cụm máy tự động nhằm thay thế các công đoạn thủ công và tránh gây lãng ph thời gian làm ra sản phẩm đạt được năng suất cao

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Nghiên cứu tổng quan

 Qua sách báo, giáo trình, internet, … chọn lọc các thông tin kiến thức tổng quan về các hệ thống tự động

 Kết hợp giữa nghiên cứu, thiết kế và tính toán lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn kết cấu phù hợp

 Tiến hành phân tích, lựa chọn, xác định nguyên lý cấu tạo thiết bị và nghiên cứu sẵn làm cơ sở xác định hướng nghiên cứu

2.2.2 Nghiên cứu lý thuyết

 Nghiên cứu các kết quả về máy, dây chuyền lắp ráp và đo lực của các tác giả trong

và ngoài nước thông qua sách, giáo trình và các bài báo, một số thiết bị và các cụm máy

đã được ứng dụng Kế thừa có chọn lọc với các kết quả nghiên cứu của tác giả trong và ngoài nước về tự động, các công trình khoa học và ứng dụng đã được công bố

 Sử dụng phần mềm Solidwor s để mô phỏng phân tích lựa chọn ra các thiết bị và cơ cấu phù hợp

-10-

 Trên cơ sở đó tìm hiểu về công nghệ, thiết bị và những kinh nghiệm chuyên môn, tiếp thu có chọn lọc những ƣu huyết điểm làm cơ sở cho quá trình nghiên cứu nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí nghiên cứu và đem lại hiệu quả nhất

-11-

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 3.1 Xác định nguyên lý cấu tạo và nguyên lý làm việc

3.1.1 Nguyên lý cấu tạo của máy

Từ yêu cầu thực tế nhóm nghiên cứu đã hảo sát, phân tích thao tác thủ công từ đó lựa chọn ra cơ cấu phù hợp để tiến hành cải tiến máy Sau hi chọn được phương án, ết cấu phù hợp nhóm sử dụng phần mềm Solidwor s để mô phỏng, t nh toán độ bền của các

3

Hình 3.2: Máy chuyển nhôm tổng thể Cụm tay gắp (1), cụm băng tải (2), cụm đẩy nhôm (3)

-12-

 Nhiệm vụ ch nh của từng cụm cơ cấu

- Cụm cơ cấu tay gắp: Tách thang nhôm ra khỏi xe và đƣa qua vị tr băng tải

- Cụm cơ cấu băng tải: Cơ cấu băng tải dùng để tách 16 cây nhôm ra khỏi thang nhôm và đƣa 16 cây nhôm vào vị trí chờ

- Cụm cơ cấu đẩy nhôm: Có nhiệm vụ đẩy 4 cây nhôm từ vị trí chờ cắt đến máy cắt

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của máy

Xe nhôm có 12 thang nhôm đƣợc đƣa vào vị trí, cụm tay gắp sẽ tách thang ra khỏi

xe đến vị tr băng tải Tại vị trí băng tải sẽ tách 16 cây nhôm ra khỏi thang Băng tải sẽ chuyển động đƣa nhôm đến vị trí chờ Tại vị trí chờ sẽ kiểm tra và tách 4 cây nhôm đƣa đến vị trí cắt Cuối cùng cụm đẩy nhôm sẽ đƣa nhôm đến máy cắt để tiến hành cắt

Hình 3.3: Quy trình hoạt động của máy

3.2 T nh toán và thiết kế cơ kh

3.2.1 Cụm cơ cấu tay gắp

Yêu cầu kỹ thuật: Gắp từng thang nhôm trên xe 12 thang qua băng tải chờ.Sau khi xong gắp trả một lần 12 thang không về xe

-13-

Hình 3.4: Cụm tay gắp thiết kế Việc thiết kế phương án ẹp gặp nhiều hó hăn, có nhiều giải pháp sử dụng cho cụm tay gắp có sẵn trên thị trường hông đáp ứng được yêu cầu làm việc Giải pháp sử dụng giác hút không thể sử dụng vì thang nhôm dài, nặng và bề mặt không phẳng Giải pháp sử dụng tay kẹp từ trên chụp xuống cũng hông thể sử dụng vì chồng thang xếp khít nhau, ăn hớp trên dưới không có khe hở Dựa vào đặc điểm thang nhôm (hình 3.5) tay gắp được thiết kế kẹp vào từ hai bên

Hình 3.5: Thang nhôm Thang nhôm dài 6m và nặng nên cụm tay gắp được bố tr đối diện nhau như (hình 3.6) để đống thời kẹp thang nhôm Trên tay gắp được bố trí những khớp động để khắc phục hiên tượng kẹp không đều giữa hai tay gắp

-14-

Hình 3.6 : Biễu diễn tay kẹp

Hình 3.7: Cơ cấu khớp động Cụm tay gắp thiết kế dựa trên các cơ cấu có sẵn và đã dùng trong sản xuất, có thông số cố định nhƣ: chiều cao xe nhôm, độ rộng thang nhôm, độ cao vị trí chờ cắt… Vì vậy vị trí gắp và vị trí thả của tay gắp phải phụ thuộc vào thông số có sẵn, tập hợp các điểm trên ta có bản thiết kế tay gắp Cụm tay gắp đƣợc thiết kế nhƣ (hình 3.8) đảm bảo gắp đƣợc chồng nhôm cuối cùng trên xe và không thả nhôm từ trên cao bên cụm cơ cấu băng tải

-16-

Hình 3.10: Trục v t me và dây đai răng

Giải pháp sử dụng động cơ servo có diver điều khiển chuyển động của tay gắp

ch nh xác nhưng giá thành cao Giải pháp sử dụng động cơ bước chuyển động cũng cho

độ ch nh xác nhưng điều khiển phức tạp Giải pháp sử dụng động cơ AC ết hợp với cảm biến cho kết quả tương đối chính xác, giá thành rẻ, dễ điều khiển Vì vậy, động cơ AC được chọn điều khiển chuyển động tay gắp

3.2.2 Cụm cơ cấu băng tải

Với yêu cầu là nơi lưu trữ 16 cây nhôm và vận chuyển 4 cây nhôm qua vị trí chờ máy cắt Nhóm phải thiết kế một băng tải đủ rộng để giữ 16 cây nhôm, và phải đảm bảo băng tải lọt thang

Hình 3.12: Thiết kế băng tải tổng thể

Do cây nhôm đuợc xếp nằm trên thang nên phải có cơ cấu tách thang và cây nhôm Các giải pháp băng tải có rất nhiều trên thị trường như: băng tải x ch, băng tải cao su,

-17-

băng tải con lăn … nhưng hông phù hợp với yêu cầu công việc và đặc điểm các cụm cơ

cơ cấu có sẵn Giải pháp sử dụng băng tải kết hợp với truyền động h nén, đảm bảo chức năng tách và đưa cây nhôm đến vị trí chờ Giải pháp có ưu điểm chế tạo đơn giản, giá thanh thấp, điều khiển đơn giản Cụm cơ cấu băng tải được biểu diễn trên hình 3.13

Hình 3.13: vị tr băng tải chờ và vị tr băng tải tịnh tiến

K ch thước của 1 cây nhôm là 4cm, trên 1 thang nhôm có 16 cây nhôm Để thuận tiện cho quá trình tách cây nhôm ra khỏi thang và lưu chữ, băng tải được thiết kế nằm ngang và chiều rộng phải lọt thang, chiều dài đủ để đỡ hai đầu của cây nhôm Tay gắp kẹp thang nhôm di chuyển theo trục Y đi xuống, lúc này cây nhôm nằm trên bề mặt băng tải còn thang nhôm được tay gắp đưa xuống hết hành trình Vì vậy thang sẽ nằm ph a dưới của băng tải, thang nhôm được lưu trữ ph a dưới băng tải để thuận tiện cho việc gắp thang nhôm, hi đủ 12 thang nhôm tay gắp có nhiệm vụ gắp thang không chở về xe

Băng tải cách vị trí chờ 1 khoảng do đó cụm được thiết kế xylanh và thanh trượt kết hợp với động cơ đưa băng tải chứa cây nhôm đến vị trí chờ Tại vị trí chờ, hệ thống lần lượt tách và đưa 4 cây nhôm đến vị trí cắt Khi 16 cây nhôm được tách và đưa hết vào máy cắt, hệ thống xylanh trên băng tải đưa nó về vị tr ban đầu tiếp tục tách thang và cây nhôm

-18-

Hình 3.14: Giá đỡ thang

3.2.3 Cụm cơ cấu đẩy nhôm

Yêu cầu : đẩy 4 cây nhôm từ vị trí chờ tiến vào vị trí cắt, xong cần đẩy quay về vị

tr ban đầu

Sau hi cây nhôm đƣợc tách ra và đƣa đến vị trí chờ cắt, công đoạn này đòi hỏi phải dùng tay đẩy 4 cây nhôm vào máy cắt vừa tốn sức vừa tốn thời gian Có hai giải pháp để thực hiện công đoạn này Giải pháp sử dụng cơ cấu con lăn, động cơ ết hợp với xylanh h nén để di chuyển 4 cây nhôm vào nhƣng giải pháp này chi phí cao và thiết kế phức tạp Giải pháp sử dụng động cơ ết hợp đai răng hộp trƣợt (hình 3.15) dễ điều khiển, thiết kế đơn giản và giá thành thấp để thực hiện công đoạn này

Hình 3.15: Cụm đẩy nhôm trên thiết kế Sau khi 4 cây nhôm tiến vào vị trí chờ cắt, cảm biến xuất tín hiệu có nhôm, điều khiển động cơ cụm đẩy nhôm hoạt động, đƣa hộp trƣợt di chuyển hết hành trình Tay đẩy trên hộp trƣợt đƣa 4 cây nhôm tiến vào vị trí cắt, sau đó động cơ đảo chiều quay đƣa tay đẩy quay lại vị tr ban đầu

Để đảm bảo độ tin cậy hệ thống và hoạt động ổn định trong môi trường sản xuất công nghiệp, hệ điều khiển tích hợp từ các module chuẩn hoá như PLC (Mitsubishi: PLC FX3U-*80MR/DS), khí nén (Airtac), các cảm biến công nghiệp

Bằng việc lập trình trên PLC, máy thực hiện điều khiển tay gắp di chuyển đến vị trí vận chuyển thang nhôm, điều khiển kẹp và nhả thang nhôm, điều khiển băng tải tách 4 cây nhôm đến vị trí chờ cắt và điều khiển motor để đẩy 4 thanh nhôm từ vị trí chờ vào máy cắt

Việc sử dụng các van 5/3 h nén để điều khiển nhằm đáp ứng đòi hỏi khi hệ thống đang hoạt động dừng khẩn cấp thang nhôm đang gắp không bị rớt tự do Trong quá trình hoạt động táy gắp đang hoạt động bị mất điện, đến giờ nghỉ người vận hành dừng máy cũng hông ảnh hưởng đến chu trình hoạt động

Quy trình điều khiển được kiểm soát bằng các tín hiệu cảm biến Cảm biến từ trên xylanh kẹp/nhả thông báo vị trí của piston Các cảm biến quang, cảm biến chữ U lần lượt xác nhận vị trí của tay và sản phẩm, hi đó máy mới điều khiển Các công tắc hành trình được gắn để theo dõi vị trí của xe nhôm nhằm phát hiện xe nhôm người vận hành chưa đưa vào đúng vị trí

Các tác động xylanh được thực hiện bằng khí nén Việc sử dụng khí nén nhằm đảm bảo lực tác động nhanh Áp lực khí nén chọn đủ để các xylanh vận hành dứt hoát nhưng hông làm hư thang nhôm Các van solenoid sử dụng là loại 24VDC