Thiết kế và chế tạo hệ thống cân băng tải động

Để giải quyết những vấn đề này hệ thống cân băng định lượng sẽ được sử dụng giúp cho hoạt động của những nhà máy diễn ra liên tục không bị ngắt quãng.. Hệ thống điều khiển tự động hóa:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CÂN

BĂNG TẢI TRỌNG

Người hướng dẫn: TS NGÔ THANH NGHỊ

Người duyệt: TS NGUYỄN DANH NGỌC

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VIẾT TRUNG

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống cân băng tải động

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Trung, Trần Văn Tiến

Số thẻ SV:101140167, 101140166 Lớp: 14CDT1

Tóm tắt đồ án

1 Nhu cầu thực tế của đề tài

Trong quá trình sản xuất, việc vận chuyển vật liệu từ nơi khai thác, bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu là điều diễn ra thường xuyên và liên tục, tuy nhiên quá trình đó đòi hỏi phải liên tục, pha trộn nguyên liệu phải chính xác Phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu theo yêu cầu của thành phẩm Để giải quyết những vấn đề này hệ thống cân băng định lượng sẽ được sử dụng giúp cho hoạt động của những nhà máy diễn ra liên tục không bị ngắt quãng

Từ những yêu cầu đó nhóm quyết định tiến hành lên ý tưởng và tiến hành thực hiện đề tài

“Thiết kế và chế tạo hệ thống cân băng tải động” Hệ thống sẽ xác định được khối lượng

vật liệu một cách liên tục

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp

Trong đề tài này, nhóm tác thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiểu các phương pháp cân để đưa

ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của sản phẩm và đưa ra giải pháp phù hợp

để đảm bảo năng suất chất lượng sản phẩm, từ đó:

- Tính toán thiết kế các hệ truyền động chính

- Thiết kế và thi công hệ thống cấp vật liệu và hệ thống cân

3 Nội dung thực hiện

- Số trang thuyết minh: 60 trang

- Số bản vẽ: 4A0

- Mô hình: 1 hệ thống cân băng tải động

4 Kết quả

- Tính thiết thực và lý do lựa chọn đề tài

- Đưa ra các phương án thiết kế và lựa chọn phương án tối ưu nhất

- Tính toán các cơ cấu và lựa chọn động cơ và hệ dẫn động

- Thực hiện lập trình và điều khiển hệ thống đúng yêu cầu

- Sử dụng phần mềm visual studio để giao tiếp máy tính

- Sai số cho phép: 10%

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Viết Trung Số thẻ sinh viên: 101140167

Họ tên sinh viên: Trần Văn Tiến Số thẻ sinh viên: 101140166

Lớp: 14CDT1 Khoa: Cơ khí Ngành: Cơ điện tử

1 Tên đề tài đồ án:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CÂ BĂNG TẢI ĐỘNG

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Dựa vào dữ liệu thực tế

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

… ………

… ………

… ………

… ………

… ………

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

Bản vẽ tổng thể 1A0

Bản vẽ sơ đồ động 1A0

Bản vẽ chi tiết 1A0

Bản vẽ sơ đồ điện và lưu đồ thuật toán 1A0

6 Họ tên người hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: /02/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 01/06/2019

Đà Nẵng, ngày 03 tháng 06 năm 2019

Trưởng Bộ môn Kỹ thuật

TS Ngô Thanh Nghị

STT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành

1 Nguyễn Viết Trung 101140167 14CDT1 CƠ ĐIỆN TỬ

2 Trần Văn Tiến 101140166 14CDT1 CƠ ĐIỆN TỬ

1 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CÂN BĂNG TẢI ĐỘNG

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a) Phần chung:

STT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Viết Trung - Tìm hiểu một số loại cơ cấu ngoài thực tế để

STT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Viết Trung Thiết kế hệ thống bằng Solidworks, hoàn thành

thuyết minh

2 Trần Văn Tiến Thiết kế giao diện trên Visual studio, tìm hiểu

code điều khiển, slide thuyết minh

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

a) Phần chung:

STT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Viết Trung

- Bản vẽ tổng thể 1A0

2 Trần Văn Tiến

b) Phần riêng :

STT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Viết Trung - Bản vẽ chi tiết 1A0

- Bản vẽ sơ đồ động 1A0

2 Trần Văn Tiến - Bản vẽ lưu đồ thuật toán 1A0

- Bản vẽ sơ đồ mạch điện

6 Họ và tên người hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: /02/2019

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nay với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Cùng với đó là quá trình “Công nghiệp hóa- Hiện đại hóa” đất nước, các hệ thống dây chuyền sản xuất tự động có năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng cao, công nhân ngày càng dễ dàng thực hiện những công đoạn sản xuất hơn, các quản lí cũng dễ dàng trong việc kiểm soát và đánh giá sản phẩm Tuy nhiên việc tiếp cận các hệ thống dây chuyền như vậy còn hạn chế ở nước ta, chủ yếu phải nhập từ nước ngoài

Với mục tiêu đóng góp một phần nhỏ vào nghành công nghiệp của đất nước, trên cơ sở những kiến thức đã học về cơ khí, điện tử, điều khiển tự động nhóm quyết

định thực hiện để tài: “Hệ thống Cân băng tải động” Đề tài này giúp nhóm tìm hiểu

thêm về các thiết bị điện tử, các dây chuyền công nghệ, lập trình… và các kinh nghiệm thực tế rất có ích cho công việc sau này của nhóm

Nhóm xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy TS.Ngô

Thanh Nghị và thầy TS.Đặng Phước Vinh đã giúp đỡ nhóm rất nhiều trong quá trình

tiềm hiểu thiết kế và hoàn thành đề tài đồ án này Cùng với sự cố gắng và nỗ lực nhóm đã hoàn thành xong đồ án của mình, tuy nhiên trong thời gian ngắn thực hiện đề tài cộng với kiến thức còn nhiều hạn chế, nên trong tập đồ án này không tránh khỏi thiếu sót, nhóm thực hiện rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn sinh viên

Đà Nẵng ,ngày 01 tháng 06 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Viết Trung Trần Văn Tiến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Viết Trung Trần Văn Tiến

Mục lục

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn i

Lời cam đoan liêm chính học thuật ii

Mục lục iii

Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ v

Danh sách các cụm từ viết tắt vii

Trang Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu đề tài: 2

1.1.1 Khái niệm cân băng tải động: 2

1.1.2 Cấu tạo của cân băng tải động: 2

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân băng tải động: 3

1.2 Các ứng dụng trong thực tế: 6

1.2.1 Cân băng tải định lượng liên tục – băng tải điều khiển phối trộn: 6

1.2.2 Cân nguyên liệu bằng băng tải động: 7

1.3.1 Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống: 9

1.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống: 9

1.3.3 Yêu cầu công nghệ của hệ thống: 10

1.4 Lý do chọn đề tài: 10

1.5 Cấu trúc của đồ án: 10

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 11

2.1 Thiết kế phần khung của hệ thống: 11

2.1.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D Solidworks: 11

2.1.2 Thiết kế phần khung hệ thống sơ bộ trên phần mềm Solidworks: 13

2.2 Giới thiệu về phần cứng của hệ thống: 16

2.2.1.Băng tải: 16

2.2.2 Động cơ điện: 18

2.2.3 Tính chọn bộ truyền: 19

2.2.4 Encoder: 21

2.2.5 Module điều khiển tốc độ động cơ DC L298: 22

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 23

3.1 Giới thiệu một số phần mềm sử dụng: 23

3.1.1 Phần mềm Arduino IDE: 23

3.1.2 Phầm mềm Visual Studio: 24

3.2 Arduino: 25

3.2.1 Giới thiệu về Arduino: 25

3.2.2 Arduino Uno: 25

3.3 Loadcell: 26

3.3.1 Khái niệm loadcell: 26

3.3.2 Cấu tạo loadcell: 27

3.3.3 Nguyên lí hoạt động của Loadcell: 28

3.3.4 Phân loại: 29

3.3.5 Loadcell 10kg YZC 133 sử dụng trong mô hình; 29

3.3.6 Một số thiết bị chuyển đổi tín hiệu loadcell trong công nghiệp: 31

3.4 Thiết kế hệ thống điều khiển: 33

3.4.1 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển của hệ thống: 33

3.4.2.Nguyên lí hoạt động của mạch: 34

3.5 Lập trình điều khiển cho hệ thống: 34

3.3.1 Lập trình cho Arduino: 34

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 35

4.1 Kết quả đạt được của đề tài: 35

4.2 Hướng phát triển: 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI BẰNG TIẾNG ANH……….37

PHỤ LỤC 38

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu tạo cân băng tải động 2

Hình 1.2: Mô tả cách xác định khối lượng 4

Hình 1.3: Hệ thống cân băng tải điều khiển phối trộn 6

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 7

Hình 1.5: Hệ thống cân băng tải dăm gỗ 8

Hình 1.6: Hệ thống cân băng tải trong khai thác khoáng sản 8

Hình 1.7: Các khối cơ bản của hệ thống 9

Hình 2.1: Phần mềm Solidworks phiên bản 2016 11

Hình 2.2: Hệ thống cân băng tải động thiết kế bằng phần mềm Solidworks 14

Hình 2.3: Chi tiết phểu thiết kế sơ bộ trên Solidworks 14

Hình 2.4: Cụm chi tiết gá đặt loadcell 15

Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của hệ thống 15

Hình 2.6: Một hệ thống vận chuyển sử dụng băng tải 16

Hình 2.7: Băng tải vận chuyển cát 16

Hình 2.8: Cấu tạo chung băng tải 17

Hình 2.9: Động cơ điện 18

Hình 2.10: Động cơ điện 1 chiều và động cơ điện xoay chiều 18

Hình 2.11: Động cơ điện một chiều 19

Hình 2.12: Cấu tạo bộ truyền đai 19

Hình 2.13: Cấu tạo bộ truyền xích 20

Hình 2.14: Truyền động xích 21

Hình 2.15: Encoder xoay 21

Hình 2.16: Module L298 22

Hình 3.1: Giao diện phầm mềm Arduino IDE 23

Hình 3.2: Giao diện của hệ thống trên Visual Studio 24

Hình 3.3: Arduino Uno 25

Hình 3.4: Loadcell ngoài thực tế 27

Hình 3.5: Cấu tạo loadcell 27

Hình 3.6: Cấu tạo các điện trở bên trong loadcell 28

Hình 3.7: Mô tả thay đổi loadcell khi có lực tác dụng 28

Hình 3.8: Sơ đồ điện trở Loadcell 28

Hình 3.9: Một số loại Loadcell thông dụng 29

Hình 3.10: Loadcell 10kg YZC-133 30

Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật loadcell 30

Hình 3.11: Kích thước loadcell 10kg YZC-133 31

Hình 3.12: Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell KELI KM02A 31

Hình 3.13: Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell DS 7200 32

Hình 3.14: Module Hx 711 32

Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển của hệ thống 33

Hình 3.16: Mạch tổng thể của hệ thống 34

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

…….……

…….……

…….……

…….……

…….……

…….……

CHỮ VIẾT TẮT: …….……

…….……

…….……

…….……

và tiềm hiểu chúng em quyết định chọn đề tài hệ thống cân băng tải động làm đề tài nghiên cứu và thực hiện của mình Trên cơ sở nguyên liệu đầu vào là cát , lưu lượng cân từ 0-250g/s, với đề tài này bọn em có thể tiểm hiểu về nhiều lĩnh vực khác nhau như cơ khí, lập trình , điều khiển tự động…

Mục tiêu của nhóm là có thể chế tạo thành công hệ thống cân hoạt động ổn định và khối lượng nằm trong sai số cho phép

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu đề tài:

1.1.1 Khái niệm cân băng tải động:

Cân băng tải động là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử Nó có thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay trên hệ thống băng truyền cấp liệu Điều này giúp cho quá trình hoạt sản xuất của doanh nghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành phần nguyên liệu cho sản phẩm

là đạt chuẩn Từ đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao

và mang lại nhiều giá trị hơn

1.1.2 Cấu tạo của cân băng tải động:

Cân băng tải động gồm có những thành phần cấu tạo chính sau đây:

Hình 1.1: Cấu tạo cân băng tải động

1.1.2.1 Hệ thống khung cơ khí:

Khung cơ khí phần giá đỡ toàn bộ hệ thống

• Phễu chứa và cấp liệu

• Hệ thống con lăn băng tải

• Băng tải vân chuyển nguyên liệu

• Một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác

1.1.2.2 Hệ thống cảm biến, điều khiển:

• Thiết bị cảm biến lực (loadcell cân băng định lượng)

• Thiết bị cảm biến tốc độ

• Bộ chỉ thị điều khiển

• Bộ điều khiển tốc độ động cơ

• Động cơ truyền động

1.1.2.3 Hệ thống điều khiển tự động hóa:

• Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm

• Phần mềm điều khiển cân băng định lượng

Tương ứng với mỗi hệ thống cân băng định lượng sẽ có thông số kỹ thuật riêng của

nó để phù hợp cho loại nguyên liệu, sản phẩm và dây truyền của doanh nghiệp Hiện nay cân băng định lượng đang được sử dụng rất phổ biến trong các dây chuyền sản xuất cần định lượng như: Nhà máy sản xuất thạch cao (cân băng định lượng trong nhà máy thạch cao), nhà máy xi măng, nhà máy phân bón, nhà máy gạch, đóng gói bột, bánh kẹo, sữa, Bên cạnh đó, cân băng tải còn được sử dụng nhiều trong các công ty chế biến, khai thác khoáng sản, nhiệt điện

Dựa vào nhu cầu của doanh nghiệp sẽ lựa chọn cho mình một hệ thống cân băng phù hợp Về mặt kỹ thuật cân băng tải định lượng sẽ khác nhau, còn về mặt nguyên lý hoạt động thì tương tự nhau

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân băng tải động:

Về cơ bản, quá trình hoạt động của cân băng sẽ qua các giai đoạn sau:

>>Cấp liệu vào phiễu chứa >> Cấp liệu lên băng tải >> Xác định khối lượng/Xác định tốc độ chạy >> Phân tích thông số thô >> Xác định được khối lượng chuẩn >> Điều khiển định mức chuẩn >> Hệ thống hoạt động vòng lặp

Cách xác định khối lượng nguyên liệu qua băng tải

Vật liệu được dẫn đến một khung modul gá loadcell (sàn cân) được đặt sẵn dưới băng tải và giới hạn bởi 2 con lăn thông qua 1 hoặc nhiều con lăn cân, trọng lượng vật liệu cân sẽ tác động một lực lên loadcell L/C và dây băng tải

Hình 1.2: Mô tả cách xác định khối lượng

Tín hiệu đầu ra của loadcell tỉ lệ với tải nền, tín hiệu điện áp này được khuyếch đại

và chuyển đến đầu cân có các vi xử lý chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Tam giác màu trắng hiển thị sự phân bố của tải trọng trên giường cân chỉ có 1 con lăn cân (con lăn chứa loadcell) chỉ một nửa trọng lượng của vật liệu tác động lên con lăn cân

Sự chuyển đổi tải tỉ lệ ra chiều dài giường cân được chấp nhận dùng trong kỹ thuật cân

Leff = Lg/2

Leff = chiều dài hiệu dụng trên tải trọng nền

Lg = chiều dài tải trọng nền

Đối với giường cân của hệ thống có nhiều con lăn cân( con lăn có gắn loadcell) p, hệ

Nếu tải trọng băng không đổi và không yêu cầu độ chính xác cao thì đo tốc độ có thể

Leff: Chiều dài hiệu dụng trên tải trọng nền m

Lg: Chiều dài tải trọng nền.m

1.1.3.2 Bộ phận cảm biến: ( Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm biến tốc độ):

Được gá trên những con lăn nhỏ, tại nơi đây sẽ xuất hiện những trọng lực tác dụng trực tiếp lên con lăn và thông số đó sẽ được gửi về bộ phận điều khiển Encoder cảm biến tốc độ sẽ có nhiệm vụ, kiểm tra tốc tộ chạy của băng tải, từ đó sẽ đưa ra được thông số tốc độ của băng tải Kết hợp 2 thông số này lại sẽ có được thông số khối lượng trên giờ để điều chỉnh được chính xác nhất

1.1.3.3 Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển cân băng, phần mềm cân băng):

Từ những thông số kỹ thuật truyền về từ cảm biến tốc độ và cảm biến lực, qua đầu cân điểu khiển xủa lý thông tin sau đó sẽ được gửi về phần mềm điều khiển trên máy tính

Từ đây những thông số thô sẽ được xử lý và phản hồi ngược lại tủ điện Tại tủ điện điều khiển trung tâm sẽ có được những quyết định, thông số thời gian chạy trên băng

và từ đó kiểm soát được đúng định mức khối lượng / thời gian cân thiết

1.2 Các ứng dụng trong thực tế:

1.2.1 Cân băng tải định lượng liên tục – băng tải điều khiển phối trộn:

Phổ biến trong các nhà máy phối trộn sản xuất phân bón, xi măng và phối trộn bê tông

Hình 1.3: Hệ thống cân băng tải điều khiển phối trộn

Máy hoạt động theo phương pháp cân liên tục cùng lúc trên hệ thống băng tải cân, mỗi băng tải cân 1 loại nguyên liệu khác nhau theo tỉ lệ khác nhau, sau đó các băng tải cân

sẽ đổ liệu liên tục và rải đều lên băng tải dẫn tới hệ thống máy trộn Đảm bảo tỷ lệ phối theo đơn phối liệu để sản phẩm được sản xuất ra đạt chất lượng theo yêu cầu, chất lượng sản phẩm được ổn định, tiết kiệm chi phí sản xuất kinh doanh

Hệ thống bao gồm khung đỡ và dây băng tải chạy liên tục, modul gá loadcell được bố trí bên dưới băng tải (gần đầu tháo liệu băng tải) Tín hiệu loadcell đưa về đầu phân giải cân (indicator) Tùy theo giá trị cài đặt trên đầu cân mà ta đã chọn và nhập thì đầu cân sẽ tính tổng lưu lượng nguyên liệu chạy liên tục qua băng tải (tổng giá trị) hoặc đưa tín hiệu anolog ra biến tần điều khiển vận tốc dòng chảy cố định theo khối lượng/giờ

Với một khối lượng cài đặt ban đầu (set point) hệ thống cân sẽ so sánh kết quả cân (actual value) với giá trị cài đặt, nếu khối lượng thực tế nhỏ hơn khối lượng cài đặt, hệ thống sẽ tăng tốc độ động cơ cho đến khi nào đạt được giá trị cài đặt Nếu kết quả lớn hơn thì ngược lại

Do yêu cầu độ chính xác cao nên cân định lượng thường có cấu tạo 2 loadcell 2 bên

1.2.2 Cân nguyên liệu bằng băng tải động:

Trong thực tế hệ thống được áp dụng nhiều trong việc xác định khối lượng của nguyên

Hình 1.5: Hệ thống cân băng tải dăm gỗ

Hình 1.6: Hệ thống cân băng tải trong khai thác khoáng sản

1.3.1 Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống:

Hệ thống của chúng tôi bao gốm những khối cơ bản sau:

Hình 1.7: Các khối cơ bản của hệ thống

Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống sử dụng điện Khối cảm biến là 2 cảm biến loadcell và 1 encoder dùng để đo khối lượng cát và tốc độ băng tải sau đó truyền giữ liệu về cho khối khuếch đại

Khối khuếch đại có nhiệm vụ nhận giữ liệu từ khối cảm biến, khuếch đại tín hiệu lên để vi điều khiển có thể nhận được và xử lí

Khối hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ vi điều khiển và hiển thị lên màn hình cũng như gửi tín hiệu điều khiển về cho vi điều khiển

Vi điều khiển nhận tính hiệu điều khiển và điều khiển khối công suất và thực hiện các yêu cầu của hệ thống

1.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Sau khi bật công tắc nguồn và nhấn nút bắt đầu trên mà hình thì hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động Khi phểu được cấp cát thì khi băng tải chuyển động sẽ cát sẽ chảy ra theo chiều quay của băng tải, cùng lúc đó 2 loadcell sẽ có nhiệm vụ đo lượng cát ở trên bàn cân và đưa về tín hiệu vi điều khiển Vi điều khiển nhận tín hiệu từ loadcell sau đó

xử lí và hiển thị khối lượng liên tục lên màn hình và kiểm tra xem đã đạt đủ khối lượng mong muốn chưa , nếu đã đủ khối lượng mong muốn, vi điều khiển sẽ đưa tín hiệu điều khiển qua khối công suất để điều khiển động cơ dừng lại, cát sẽ không chảy

ra nữa và dừng quá trình cân lại

Khối khuếch đại Khối vi điều khiển

Khối cảm biến

Khối công suất

Khối nguồn Khối hiển

thị và điểu khiển

1.3.3 Yêu cầu công nghệ của hệ thống:

Hệ thống phải đảm bảo hoạt động chính xác, phân cứng phải đảm bảo được yêu cầu kĩ thuật, sai số khối lượng phải nằm trong giới hạn cho phép

Hệ thống băng tải phải hoạt động ổn định, không bị mắt kẹt

Hệ thống được thiết kế chắc chắn , nhỏ gọn

1.4 Lý do chọn đề tài:

Trong các nhà máy phối trộn việc vận chuyển và cân vật liệu một cách liên tục và chính xác là rất quan trọng giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả sản xuất Khâu định lượng giúp xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm trong sản xuất Các thiết bị định lượng có mặt trong hầu hết các khâu trong hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho từng giai đoạn, cân và đóng gói sản phẩm…

Nhận thấy rằng với nhu cầu cân lưu lượng liên tục lớn như vậy, chúng em quyết định chọn đề tài “ thiết kế và chế tạo hệ thống cân băng tải động” Đây là đề tài có tính thực tiễn cao và nếu hoàn thiện sẽ giúp ích rất nhiều cho các doanh nghiệp sản xuất

1.5 Cấu trúc của đồ án:

Đồ án gồm có 4 phần chính với các nội dung như sau:

➢ Giới thiêu tổng quan : Trong phần này sẽ giới thiệu tổng quát về hệ thống Trình bày tính cấp thiết và các ứng dụng về đề tài đã lựa chọn Từ đó, kết luận

lý do lựa chọn đề tài

➢ Thiết kế hệ thống cơ khí: Phần này sẽ đưa ra các phương án thiết kế, phân tích

ưu nhược điểm của từng phương án Từ đó, chọn phương án phù hợp để tiến hành thực hiện tính toán cơ cấu và chế tạo phần cơ khí cho hệ thống

➢ Thiết kế hệ thống điều khiển: Lựa chọn phương án điều hiển phù hợp đáp ứng tính chính xác và hiệu quả cao Thiết kế mạch, lựa chọn linh kiện và lập trình

➢ Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Thiết kế phần khung của hệ thống:

2.1.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D Solidworks:

Phần mềm Solidworks là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D do hãng Dassault System phát hành dành cho những xí nghiệp vừa và nhỏ, đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết kế cơ khí hiện nay Solidworks được biết đến từ phiên bản Solidworks 1998 và được du nhập vào nước ta với phiên bản 2003 và cho đến nay với phiên bản 2012 và phần mềm này đã phát triển đồ sộ về thư viện cơ khí và phần mềm này không những dành cho những xí nghiệp cơ khí nữa mà còn dành cho các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật …

Phần mềm Solidworks cung cấp cho người dùng những tính năng tuyệt vời nhất về thiết kế các chi tiết các khối 3D, lắp ráp các chi tiết đó để hình thành nên nhưng bộ phận của máy móc, xuất bản vẽ 2D các chi tiết đó là những tính năng rất phổ biến của phần mềm Solidworks, ngoài ra còn có những tính năng khác nữa như: Phân tích động học ( motion), phân tích động lực học (simulation)

Bên cạnh đó phần mềm cong tích hợp modul Solidcam để phục vụ cho việc gia công trên CNC nhờ có phay Solidcam và tiện Solidcam hơn nữa bạn cũng có thể gia công nhiều trục trên Solidcam, modul 3Dquickmold phục vụ cho việc thiết kế khuôn

Hình 2.1: Phần mềm Solidworks phiên bản 2016

+Chức năng CAD:

Các khối được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật parametric, mô hình hóa

Chức năng báo lỗi giúp người sử dụng dễ dàng biết được lỗi khi thực hiện lệnh Bảng FeatureManager design tree cho phép ta xem các đối tượng vừa tạo và có thể thay đổi thứ tự thực hiện các lệnh Các lệnh mang tính trực quan làm cho người sử dụng dễ nhớ

Dữ liệu được liên thông giữa các môi trường giúp cập nhật nhanh sự thay đổi của các môi trường

Hệ thống quản lý kích thước và ràng buộc trong môi trường vẽ phát giúp người sử dụng tạo các biên dang một cách dễ dàng và tránh được các lỗi khi tạo biên dạng Trong môi trường Drawing cho phép ta tạo các hình chiếu vuông góc các chi tiết hoặc các bản lắp với tỉ lệ và vị trí do người sử dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kích thước

Công cụ tạo kích thước tự động và kích thước theo quy định của người sử dụng Tạo các chú thích cho các lỗ một cách nhanh chóng Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được sử dụng dễ dàng

Trong môi trường bản vẽ lắp (Assembly)

Các chi tiết 3D sau khi thiết kế xong có thể lắp ráp lại với nhau tạo thành một bộ phận máy hoặc một máy hoàn chỉnh Xây dựng các đường dẫn thể hiện quy trình lắp ghép

Xác định các bậc tự do cho chi tiết lắp ghép

+Chức năng CAE:

Đây là một ưu điểm của hãng sản xuất, khi mà họ mua trọn gói bộ phần mềm phân tích cức kì nổi tiếng thế giới là Cosmos để tích hợp và chạy ngay trong môi trường của solidworks, làm cho chức năng Phân tích của Solid khó có thể có phần mềm khác so sánh được được Với modul phân tích của Solidworks là cosmos, chúng ta có thể thực hiện được những bài phân tích vô cùng phức tạp nhưng rất hay, dưới đây là liệt kê một vài bài toán mà tôi đã dùng để tính với COSMOS:

- Phân tích thuỷ khí động học ( thông qua bài toán phân tích lượng nước chảy qua cái robine và bố trí quạt thông gió cho CPU máy tính nhằm tản nhiệt tốt hơn)

- Phân tích quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn và mức độ gia nhiệt cần thiết cho quá trình đó

Nói chung là chương trình tính toán nhanh và cho phép thực hiện phân tích cụm rất nhiều chi tiết, với các thông số kết quả là: ứng suất, sức căng, chuyển vị, hệ số an toàn kết cấu …

+Chức năng CAM:

Để dùng được chức năng này, chúng ta phải sử dụng một modul nữa của solidworks là SOLIDCAM Đây là modul Cam của Solid, nó được tách ra để bán riêng nếu ai có điều kiện thì tải về dùng, nó chạy ngay trên giao diện của solidworks, việc sử dụng của SolidCam quả thật vô cùng thân thiện, và dễ sử dụng

2.1.2 Thiết kế phần khung hệ thống sơ bộ trên phần mềm Solidworks:

Sau khi tìm hiểu về các hệ thống cân băng tải trên thị trường hiện nay thì chúng

em nhận thấy các hệ thống chủ yếu có cơ cấu chia làm 2 phần cơ bản nhất phẩn trên là bồn chứa vật liệu, phần dưới là cơ cấu hệ thống băng tải và cân loadcell

Hệ thống sẽ gồm hệ một phểu cấp vật liệu và một hệ thống băng tải phía dưới để vận chuyển vật liệu Cơ cấu cân loadcell để cân khối lượng vật liệu đi qua bàn cân liên tục trên băng tải Hai loadcell được gắn một đầu cố định với khung, một đầu gắn với con lăn để cân khối lượng trên bàn cân Cuối băng tải sẽ có máng để hứng vật liệu đã cân được

Yêu cầu phần cứng của hệ thống là băng tải và hệ thống cấp phôi phải hoạt động ổn định và cung cấp lưu lượng ổn định trên bàn cân của loadcell Phần bố trí loadcell và bàn cân phải ổn định đáp ứng yêu cầu tránh sai số trong quá trình cân

Dựa trên phần mềm thiết kế và mô phỏng 3D Solidworks thì chúng em đã thiết kế được phần khung sơ bộ và các chi tiết của hệ thống như sau:

Hình 2.2: Hệ thống cân băng tải động thiết kế bằng phần mềm Solidworks

Hình 2.3: Chi tiết phểu thiết kế sơ bộ trên Solidworks

Hình 2.4: Cụm chi tiết gá đặt loadcell

Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của hệ thống

2.2 Giới thiệu về phần cứng của hệ thống:

2.2.1.Băng tải:

2.2.1.1 Giới thiệu về băng tải:

Hình 2.6: Một hệ thống vận chuyển sử dụng băng tải

Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệụ rời theo phương ngang và phương nghiên Trong các dây chuyền sản xuất, băng tải được

sử dụng rộng rãi như những phương tiện vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu

Hình 2.7: Băng tải vận chuyển cát

• Ưu điểm của băng tải:

Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng

Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng

dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm

• Cấu tạo chung của băng tải:

Hình 2.8: Cấu tạo chung 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 căng cần 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

2.2.1.2 Giới thiệu băng tải sử dụng trong mô hình

Tùy theo từng loại nguyên vật liệu hay sản phẩm mà có nhiều loại băng tải khác nhau: băng tải xích, băng tải con lăn, băng tải xoắn ốc, băng tải dây đai, băng tải đứng…

Do băng tải dùng trong mô hình làm nhiệm vụ vận chuyển cát nên nhóm đã lựa chọn loại băng tải dây đai cao su truyền động bằng xích với những lý do sau đây:

- Tải trọng băng tải không quá lớn

- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

- Dễ dàng thiết kế chế tạo

- Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

môi trường ảnh hưởng tới băng tải, độ ma sát của dây đai giảm qua thời gian

2.2.2 Động cơ điện:

2.2.2.1 Giới thiệu về động cơ điện

Hình 2.9: Động cơ điện

Động cơ điện là một cái máy điện biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ

Từ những đồ dùng trong gia đình như máy quạt, máy giặc, máy bơm nước đến những máy móc đồ sộ hiện đại trong công nghiệp sản xuất như máy khoan, máy tiện, máy trộn thậm chí đến ổ cứng, ổ quang trong công nghệ máy tính đều là động cơ điện

• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ điện:

Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên stator và phần chuyển động rotor được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay rotor quanh trục hay 1 momen

• Phân loại động cơ điện:

Có thể phân loại động cơ điện làm 2 loại chính: động cơ điện 1 chiều và động cơ điện xoay chiều Trong động cơ điện xoay chiều có thể phân loại động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ, động cơ xoay chiều 1 pha và động cơ xoay chiều 3 pha

Hình 2.10: Động cơ điện 1 chiều và động cơ điện xoay chiều