Thiết kế chế tạo hệ thống cơ khí của băng tải ra liệu cho hệ thống cân tổ hợp

Việc chuyển các sản phẩm đã cân có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau tùy theo kết cấu của hệ thống nhưng thông thường là băng tải... Về sau, cân tổ hợp được sử dụng để cân nhi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

-0o0 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ CỦA BĂNG TẢI

RA LIỆU CHO CÂN TỔ HỢP

Khánh Hòa, 2018

Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN VĂN TƯỜNG

Sinh viên thực hiện : PHẠM QUANG NGUYÊN

Mã số sinh viên : 56135189

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đồ án này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đoạn văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc

Nha Trang, ngày 15 tháng 07 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Phạm Quang Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí của băng tải ra liệu cho cân tổ hợp” là nội dung tôi chọn để nghiên cứu và làm luận văn tốt nghiệp sau bốn năm theo học chương trình đào tạo Đại học ngành Công nghệ chế tạo máy tại trường Đại học Nha Trang

Để hoàn thành quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này, lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Văn Tường, Trưởng khoa Cơ khí – Trường Đại học Nha Trang Thầy đã trực tiếp chỉ bảo và hướng dẫn tôi rất tận tình trong suốt quá trình làm thực hiện để tôi hoàn thành đồ án này Ngoài ra tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy trong Khoa Cơ khí đã đóng góp những ý kiến quý báu

Nhân dịp này, tôi cũng xin cảm ơn Khoa Cơ khí Trường Đại học Nha Trang, lãnh đạo, các anh đang học tập tại trường, các anh khóa trước về Trường giao lưu và chỉ bảo thêm nhiều kiến thức cũng như kinh nghiệm bổ ích trong nghành học cho tôi trong suốt quá trình học tập tại đây

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên tôi hoàn thành khóa học và đồ án tốt nghiệp này

Phạm Quang Nguyên

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 11

1.1 Cân tổ hợp 11

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 15

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ 17

2.1 Nghiên cứu kết cấu cân tổ hợp dùng trong chế biến thủy sản và xây dựng cấu hình chung của băng tải ra liệu 17

2.1.1 Cân tổ hợp 12 đầu cân dùng trong ngành thủy sản 17

2.1.2 Xác định các thông số kỹ thuật chính của băng tải ra liệu 18

2.1.3 Các phương án kết cấu của băng tải 18

2.2 Thiết kế hệ thống cơ khí của băng tải 20

2.2.1 Các yêu cầu cơ bản và lựa chọn loại băng tải 20

2.2.2 Chọn tấm băng 21

2.2.3 Trục trục chủ động 24

2.2.4 Trục bị động 27

2.2.5 Chọn bộ phận dẫn động 27

2.2.6 Chọn ổ đỡ 28

2.2.7 Hệ thống gạt những sản phẩm không đạt yêu cầu 29

2.2.8 Khung và một số chi tiết khác 31

2.2.8.1 Phân tích các phương án: 31

2.2.8.2 Thiết kế kết cấu khung sau khi lựa chọn phương án tối ưu hơn: 34

2.2.9 Mô hình lắp ráp của băng tải 36

2.2.10 Tính bền khi chịu tải trọng làm việc: 38

2.3 Chế tạo hệ thống cơ khí của băng tải 43

2.3.1 Quy trình công nghệ chế tạo phần khung băng tải: 43

2.3.2 Quy trình công nghệ chế tạo chân đỡ 58

2.3.3 Quy trình công nghệ chế tạo máng ra sản phẩm không tổ hợp (không đạt yêu cầu): 63

2.3.4 Quy trình công nghệ chế tạo trục chủ động của băng tải 71

2.3.5 Quy trình công nghệ chế tạo trục bị động của băng tải 75

2.3.6 Kết quả chế tạo một số chi tiết, bộ phận chính 75

CHƯƠNG 3 THỬ NGHIỆM VÀ HOÀN THIỆN BĂNG TẢI 78

3.1 Kiểm tra không tải 78

3.2 Thử nghiệm có tải 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 2 Bố trí các đầu cân trên cân tổ hợp [13] 11

Hình 1 3 Ví dụ minh họa về tổ hợp khối lượng trong cân tổ hợp [10] 12

Hình 1 4 Hệ thống cân tổ hợp TY-DP12 [16] 14

Hình 1 5 Hệ thống cân tổ hợp TSDW-205W [15] 14

Hình 1 6 Hệ thống cân tổ hợp của hãng Smart Weigh Packaging Machinery [17] 15

Hình 1 7 Thử nghiệm cân tổ hợp trong nhà máy chế biến cá basa 16

Hình 2 1 Mô hình cân tổ hợp 12 đầu cân 17

Hình 2 2 Cấu hình băng tải rời 19

Hình 2 3 Cấu hình băng tải tích hợp 19

Hình 2 4 Cấu hình băng tải ra liệu 21

Hình 2 5 Tấm băng series 1700 của của hãng Intralox [18] 22

Hình 2 6 Đĩa xích 22

Hình 2 7 Kết cấu trục chủ động băng tải ra liệu 25

Hình 2 8 Kích thước rãnh then 26

Hình 2 9 Trục chủ động 27

Hình 2 10 Trục bị động 27

Hình 2 11 Thông số ổ bi [9] 29

Hình 2 12 Kết cấu tay gạt 30

Hình 2 13 Thông số píttông- xy lanh [2] 30

Hình 2 14 Khung sườn băng tải phương án 1 32

Hình 2 15 Khung sườn băng tải phương án 2 33

Hình 2 16 Kết cấu khung băng tải nạp liệu 34

Hình 2 17 Phần đầu băng tải 34

Hình 2 18 Phần lắp cụm píttông – xylanh khí nén 35

Hình 2 19 Phần cuối khung băng tải 35

Hình 2 20 Kết cấu con đỡ 35

Hình 2 21 Bộ phận hướng liệu của ngõ ra sản phẩm không tổ hợp 36

Hình 2 22 Bố trí tay gạt và bộ phận hướng liệu của ngõ ra sản phẩm không tổ hợp 36

Hình 2 23 Mô hình lắp ráp của băng tải 37

Hình 2 24 Cụm chi tiết phần đầu băng tải 37

Hình 2 25 Cụm chi tiết phía sau băng tải 38

Hình 2 26 Truy cập vào giao diện Simulate 38

Hình 2 27 đặt lực lên các thanh và chọn độ lớn của lực 39

Hình 2 28 Chọn các mặt phẳng giới hạn 39

Hình 2 29 kết quả phân tích mô hình khung dây của khung 40

Hình 2 30 kết quả phân tích 41

Hình 2 31 Độ lớn biến dạng 41

Hình 2 32 Phân bố của sự quá tải trên khung 42

Hình 2 33 Xem lại mô hình dạng khung dây 42

Hình 2 34 Phân bố năng lượng sinh ra 43

Hình 2 35 Sơ đồ gá đặt nguyên công 1 45

Hình 2 36 Sơ đồ gá đặt nguyên công 2 46

Hình 2 37 Sơ đồ gá đặt nguyên công 3 47

Hình 2 38 Sơ đồ gá đặt nguyên công 4 47

Hình 2 39 Sơ đồ gá đặt nguyên công 6 49

Hình 2 40 Kích thước mũi khoan 50

Hình 2 41 Sơ đồ gá đặt nguyên công 7 trên bàn máy cắt 50

Hình 2 42 sơ đồ gá đặt nguyên công 8 51

Hình 2 43 Sơ đồ gá đặt nguyên công 10 52

Hình 2 44 Sơ đồ gá đặt nguyên công 13 54

Hình 2 45 Sơ đồ gá đặt nguyên công 14 55

Hình 2 46 Sơ đồ gá đặt nguyên công 16 56

Hình 2 47 Sơ đồ gá đặt nguyên công 18 57

Hình 2 48 Sơ đồ gá đặt nguyên công 1 58

Hình 2 49 Sơ đồ gá đặt nguyên công 2 59

Hình 2 50 Sơ đồ gá đặt nguyên công 3 60

Hình 2 51 Tấm thép dập 61

Hình 2 52 Thông số dao phay B35 - JABRO VHM STRAIGHT 69

Hình 2 53 Đánh số bề mặt trục vuông 71

Hình 2 54 Dao phay mặt trụ 72

Hình 2 55 Mũi khoan tâm 73

Hình 2 56 Dao tiện ngoài 74

Hình 2 57 Dao phay ngón [5, tr 356, bảng 4-65] 75

Hình 2 58 Một số bộ phận của băng tải ra liệu đã được chế tạo 75

Hình 2 59 Cụm trục chủ động 76

Hình 2 60 Cụm tay gạt sản phẩm không tổ hợp 76

Hình 2 61 Con đỡ nhánh không tải 77

Hình 2 62 Bộ phận hướng liệu ngõ ra sản phẩm không tổ hợp 77

Hình 3 1 Băng tải được tích hợp với cân tổ hợp 78

Hình 3 2 Thử nghiệm hệ thống cân tại doanh nghiệp 79

Hình 3 3 Cân thủ công các sản phẩm đã tổ hợp 80

Hình 3 4 Sản phẩm không tổ hợp 80

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Bảng quyết định phương án thiết kế băng tải: 20

Bảng 2 2 Hệ số phục vụ 23

Bảng 2 3 bảng quyết định phương án thực hiện 33

Bảng 2 4 Quy trình công nghệ chế tạo khung băng tải ra liệu 43

Bảng 2 5 Quy trình công nghệ chế tạo chân đỡ: 58

Bảng 2 6 Quy trình công nghệ chế tạo máng ra sản phẩm không tổ hợp: 63

Bảng 2 7 Các bước gia công (phay 4 mặt vuông và 4 mép vát trục chủ động) 72

Bảng 2 8 Các bước gia công (tiện và đánh bóng trục chủ động) 74

Bảng 2 9 Các bước gia công (phay rãnh then trục chủ động) 75

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TĂT

Q Năng suất

Smax Lực căng lớn nhất của tấm băng (N)

LỜI MỞ ĐẦU

Cân tổ hợp là thiết bị được dùng để cân nhiều loại sản phẩm khác nhau như rau,

quả, thức ăn nhanh, thịt, cá, cà phê, ngũ cốc, … Hệ thống này được nhiều hãng trên thế

giới sản xuất nhưng giá thành khá cao Ở nước ta hiện nay nhiều doanh nghiệp chế biến

thủy sản có nhu cầu đầu tư các hệ thống cân tổ hợp trong công đoạn đóng gói sản phẩm

Trước tín hiệu khả quan của thị trường, ThS Trần Văn Hùng (Khoa Cơ khí, Trường Đại

học Nha Trang) đã nghiên cứu phát triển hệ thống cân tổ hợp có tính năng tương đương

với các hệ thống cân của nước ngoài Trong quá trình thử nghiệm hệ thống cân tổ hợp,

các doanh nghiệp trong nước có yêu cầu hoàn thiện cân tổ hợp và trang bị thêm băng tải

ra liệu cho cân tổ hợp để phù hợp với năng suất cân

Trước yêu cầu nghiên cứu hoàn thiện hệ thống cân tổ hợp, tôi được Khoa Cơ khí

phân công thực hiện đồ án “Thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí của băng tải ra liệu cho cân

tổ hợp” Đồ án này bao gồm các nội dung chính sau:

Chương 1 – Tổng quan Chương này trình bày hai vấn đề chính đó là giới thiệu

tổng quan về hệ thống cân tổ hợp và tính cấp thiết của đề tài

Chương 2 – Thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí Ở chương này trình bày việc thiết kế

hệ thống cơ khí, lựa chọn băng tải, lập quy trình công nghệ chế tạo và chế tạo hệ thống cơ

khí của băng tải ra liệu

Chương 3 - Thử nghiệm và hoàn thiện băng tải Chương này trình bày việc thực

hiện kiểm tra băng tải ở điều kiện không tải và có tải để thực hiện hoàn thiện băng tải

Kết luận và kiến nghị

Dù đã có nhiều cố gắng nhưng do trình độ và thời gian có hạn cũng như còn thiếu

sót về kinh nghiệm nên không thể tránh những sai sót Kính mong quý Thầy, Cô và các

bạn đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn

Trân trọng cám ơn!

Sinh viên thực hiện Phạm Quang Nguyên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Cân tổ hợp

Cân tổ hợp là một thiết bị cân nhanh, chính xác và tin cậy, được sử dụng trong đóng gói các sản phẩm thực phẩm hoặc không phải thực phẩm [1] Cân tổ hợp được phát minh và phát triển bởi Ishida vào thập niên 1970 và đưa ra thị trường thế giới [4] Ngày nay, nhờ tốc độ cân và độ chính xác cân cao mà loại cân này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đóng gói

Trên cân tổ hợp có nhiều đĩa cân Các đĩa cân đặt trên các đầu cân Các đầu cân có thể được bố trí tuyến tính hoặc tròn xoay như trên hình 1.1

Hình 1 1 Bố trí các đầu cân trên cân tổ hợp [13]

Khi cân, mỗi đĩa người ta đặt lên một hoặc nhiều đơn vị sản phẩm thực phẩm với khối lượng đã được phân loại sơ bộ sao cho nằm trong một khoảng giá trị nhất định Dưới các đĩa có các cảm biến tải trọng Cảm biến sẽ tính tải trọng của sản phẩm trên đĩa Bộ vi

xử lý của cân sẽ tính toán và chỉ ra một tổ hợp tốt nhất từ các khối lượng sẵn có sao cho đạt yêu cầu mong muốn của người dùng Một khi việc tính toán đã hoàn tất, các sản phẩm tại các đĩa đã được chọn sẽ được đưa đến hệ thống đóng gói hoặc các khay chứa sản phẩm Việc chuyển các sản phẩm đã cân có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau tùy theo kết cấu của hệ thống nhưng thông thường là băng tải

Trên hình 1.2 là ví dụ minh họa tổ hợp các đơn vị sản phẩm được đặt trên 14 khay

để đạt khối lượng 250 g

Hình 1 2 Ví dụ minh họa về tổ hợp khối lượng trong cân tổ hợp [10]

Cân tổ hợp ban đầu được dùng để cân rau quả, sau đó áp dụng cho cân và cho vào túi thức ăn nhanh như snack và bánh kẹo [10] Về sau, cân tổ hợp được sử dụng để cân nhiều loại thực phẩm khác nhau như thịt, cá, trà, cà phê, ngũ cốc, … và các sản phẩm không phải là thực phẩm như ghim, đèn cầy, vít…

Một số hãng trên thế giới đã sản xuất hệ thống cân tổ hợp dùng trong công nghiệp thực phẩm Các cân tổ hợp của hãng Aja (Anh) có thể được dùng cân các sản phẩm thịt từ gia cầm, heo, bò, thủy sản, các sản phẩm rau, củ, quả, khả năng tổ hợp lên đến 3 kg (hoặc

6 kg hoặc 12 kg), tốc độ tổ hợp đến 18 mẻ/phút [11] Các dòng sản phẩm cân tổ hợp của hãng Yamato (Nhật Bản) cũng có các ứng dụng tương tự, khả năng tổ hợp lên đến 18 kg, tốc độ tổ hợp đến 30 mẻ/phút [12] Các hãng như Smart Weigh Packaging Machinery (Trung Quốc), Zhongshan TO-U Intelligent Equipment Technology (Trung Quốc) cũng sản xuất các dòng máy tương tự

Cân tổ hợp có thể được phân thành các loại tự động, bán tự động và vận hành bằng tay, tùy thuộc vào phương pháp nạp liệu và ra liệu Ở cân tổ hợp vận hành bằng tay, việc nạp liệu và ra liệu được công nhân thực hiện Thông thường, các cân tổ hợp loại này thường được vận hành bởi một nhóm công nhân trong đó 1-2 người thực hiện nạp liệu và 1-2 người hứng từng mẻ sản phẩm rồi đưa ra ngoài Ở các dòng máy này, khu vực đầu ra của sản phẩm có trang bị khay hứng sản phẩm Đối với cân tổ hợp bán tự động, việc nạp liệu được thực hiện bằng tay trong khi đó việc tháo liệu được thực hiện hoàn toàn tự động Ở cân tổ hợp tự động, việc nạp liệu và tháo liệu được thực hiện tự động hoàn toàn Đối với các đối tượng không thể được nạp tự động đến cân tổ hợp hoặc các đối tượng không thích hợp cho nạp liệu tự động thì người ta sử dụng loại cân tổ hợp vận hành bằng tay hoặc bán tự động Thường thì người ta dùng băng tải để nạp hoặc tháo liệu

Băng tải là thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu, nó không làm tăng thêm giá trị gia tăng cho sản phẩm mà nó vận chuyển Băng tải cũng không làm thay đổi hình dạng, tính chất, trạng thái của sản phẩm được vận chuyển Tuy nhiên băng tải có vai trò trong việc

nâng cao năng suất và giảm giá thành sản phẩm Khi mua thiết bị, các nhà đầu tư mua thêm băng tải nhằm các mục đích sau [8]:

- Giảm đến tối thiểu việc vận chuyển nguyên vật liệu bằng tay

- Giảm chi phí vận chuyển nguyên vật liệu

- Loại trừ nhiều nhất có thể các công đoạn vận hành bằng tay

- Giảm tải vận hành

- Tăng tính công thái cho công nhân vận hành

- Cải thiện tiến trình làm việc giữa các công đoạn sản xuất

- Tăng năng suất

- Vận chuyển sản phẩm trong các trường hợp không an toàn nếu vận chuyển bằng tay

Có nhiều loại băng tải khác nhau được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm Trong ngành thủy sản, băng tải xích nhựa thường được sử dụng trên một số thiết bị vận chuyển, cân phân loại Trên các cân tổ hợp, băng tải đai thường được dùng để chuyển các đối tượng đã cân ra ngoài Loại băng tải này cũng được dùng cho hệ thống tháo liệu của cân tổ hợp Băng tải xích nhựa cũng được dùng cho mục đích tháo liệu ở một số cân tổ hợp các sản phẩm thịt, cá tươi

Một số hãng chế tạo cân tổ hợp có đưa ra tùy chọn băng tải vào liệu và băng tải ra liệu cho một số dòng máy Nhờ đó, khách hàng có thể chọn các phương án thiết bị khác nhau tùy theo nhu cầu Ví dụ, dòng máy SDW-324WH2 của hãng Yamato có thể được trang bị thêm băng tải ra liệu [15] Khách hàng có thể đặt mua thêm băng tải ra liệu nếu

có nhu cầu Các băng tải ra liệu có thể được thiết kế, chế tạo theo kiểu công dụng chung,

có kết cấu đơn giản, phù hợp cho nhiều chủng loại sản phẩm hoặc có thể được thiết kế, chế tạo sao cho chỉ đáp ứng với một hoặc một số loại sản phẩm nhất định theo yêu cầu của khách hàng Hệ thống cân tổ hợp TY-DP12 của hãng Zhongshan TO-U Intelligent Equipment Technology [16] có thể được trang bị băng tải ra liệu kiểu công dụng chung (hình 1.3) Dòng máy TSDW-205W (Yamato) có thể đươc trang bị băng tải ra liệu đặc biệt (hình 1.4), có chức năng bao gói sản phẩm đã cân, dùng trong các ứng dụng bán buôn

và bán lẻ sản phẩm Tương tự, cân tổ hợp 12 đầu cân của Smart Weigh Packaging Machinery Co., Ltd (Trung Quốc), hình 1.5, cũng có thể được trang bị thêm băng tải ra liệu theo yêu cầu của khách hàng

Hình 1 3 Hệ thống cân tổ hợp TY-DP12 [16]

Hình 1 4 Hệ thống cân tổ hợp TSDW-205W [15]

Hình 1 5 Hệ thống cân tổ hợp của hãng Smart Weigh Packaging Machinery [17]

Nói chung, trường hợp cần trang bị băng tải ra liệu cho một cân tổ hợp với những yêu cầu kỹ thuật nhất định hoặc công dụng đặc biệt, nhất thiết phải thiết kế, chế tạo băng tải riêng có cấu hình phù hợp với đặc điểm kết cấu và yêu cầu sử dụng cân tổ hợp

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Đầu tư máy móc, thiết bị cơ giới hóa, tự động hóa là biện pháp luôn được các công

ty chế biến thủy sản áp dụng để giảm chi phí cho nhân công, tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm Hiện nay, các công ty nước ngoài có khả năng cung cấp nhiều chủng loại máy móc, thiết bị phục vụ ngành chế biến thủy sản Việt Nam Tuy nhiên giá thành của các thiết bị này rất cao và công tác bảo hành, bảo trì không thuận lợi do cách xa

về địa lý Do đó, đẩy mạnh nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị cơ giới hóa, tự động hóa phục vụ ngành thủy sản là một trong những trọng trách của ngành cơ khí Việt Nam Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề này, Khoa Cơ khí Trường Đại học Nha Trang đã xác định hướng nghiên cứu mũi nhọn của Khoa là thiết kế, chế tạo các thiết bị cơ giới hóa, tự động hóa ngành thủy sản

Thời gian qua, thạc sỹ Trần Văn Hùng, giảng viên của Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang đã thiết kế, chế tạo thành công cân tổ hợp với 12 đầu cân dùng trong chế biến thủy sản Tốc độ cân có thể đạt 40 mẻ/phút Trên hình 1.6 là hình ảnh của cân đang được thử nghiệm trong nhà máy chế biến cá basa của một doanh nghiệp ở An Giang

Hình 1 6 Thử nghiệm cân tổ hợp trong nhà máy chế biến cá basa

Khi thử nghiệm cân tổ hợp tại một số nhà máy chế biến thủy sản, tất cả các thông

số kỹ thuật đều đạt yêu cầu và các doanh nghiệp đều mong muốn đầu tư thiết bị này Tuy nhiên, một số doanh nghiệp mong muốn cân phải được trang bị thêm một băng tải ra liệu Nguyên nhân là do hiện tại cân chỉ có trang bị khay hứng sản phẩm Sản phẩm sau khi được tổ hợp sẽ được băng tải đổ vào khay hứng Công nhân phải lấy khay hứng đã có sản phẩm đưa ra ngoài và đưa khay mới vào Tùy theo loại sản phẩm mà quá trình lấy sản phẩm đã cân có thể cần thêm 2 ÷ 3 công nhân nhằm lấy đúng sản phẩm của các mẻ Như vậy, số lượng công nhân để vận hành hệ thống có thể cần đến 5 công nhân Như vậy, sử dụng cân tổ hợp này đem lại năng suất cân cao nhưng số lượng công nhân vận hành máy lớn Các doanh nghiệp mong muốn trang bị cân tổ hợp với điều kiện chỉ có tối đa 3 công nhân vận hành để giảm chi phí sản xuất Việc này có thể thực hiện được nếu trang bị thêm cho cân tổ hợp một băng tải ra liệu được thiết kế và chế tạo phù hợp, có hoạt động nhịp nhàng với cân

Xuất phát từ tình hình thực tế trên Khoa Cơ khí tiến hành thực hiện đề tài “Thiết

kế, chế tạo băng tải ra liệu cho cân tổ hợp dùng trong chế biến thủy sản” Thiết kế,

chế tạo thành công băng tải ra liệu cho cân tổ hợp dùng trong chế biến thủy sản rất mong được sự quan tâm của nhà trường góp phần đưa sản phẩm ra phục vụ và đáp ứng được nhu cầu sản xuất

Băng tải ra liệu cho cân tổ hợp bao gồm hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển

Đồ án này thực hiện thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí của băng tải ra liệu cho cân tổ hợp

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Nghiên cứu kết cấu cân tổ hợp dùng trong chế biến thủy sản và xây dựng cấu hình chung của băng tải ra liệu

2.1.1 Cân tổ hợp 12 đầu cân dùng trong ngành thủy sản

Trên hình 2.1 là mô hình của cân tổ hợp 12 đầu cân dùng trong nghiên cứu này

Hình 2 1 Mô hình cân tổ hợp 12 đầu cân

1- Khung máy; 2- Xy lanh đẩy sản phẩm; 3- Đĩa cân; 4- Băng tải

Cân tổ hợp nói trên gồm các bộ phận cơ bản sau:

- Đầu cân: Sản phẩm được đặt lên đĩa cân của đầu cân Dựa vào khối lượng của 12 đĩa cân mà hệ thống chọn các vị trí khác nhau để tổ hợp thành khối lượng gần nhất với khối lượng thiết lập

- Xy lanh đẩy sản phẩm: Khi các đĩa cân được chọn, các xy lanh tại vị trí đó đẩy sản phẩm xuống băng tải, kết hợp với các vị trí khác để được khối lượng mong muốn

1

2

3

4

- Băng tải chuyển liệu: Băng tải được bố trí giữa hai dãy đĩa cân Sau khi sản phẩm

được chọn đưa xuống băng tải, băng tải sẽ đưa tổ hợp sản phẩm được ra ngoài

- Khung máy: Khung máy làm bằng thép không rỉ

Các tính năng cơ bản của cân tổ hợp là:

- Khối lượng cân một mẻ: 100 g ÷ 5000 g

2.1.2 Xác định các thông số kỹ thuật chính của băng tải ra liệu

Theo tìm hiểu những yêu cầu trong lĩnh vực thủy sản, ngoài các tính năng về tốc

độ cân, cân tổ hợp cần có các tính năng loại bỏ sản phẩm khối lượng không đạt, thời gian

ở trên đầu cân lâu

Từ kết cấu hiện tại của cân tổ hợp và các yêu cầu sơ bộ của khách hàng, băng tải cần thiết kế phải có các thông số kỹ thuật cơ bản sau:

- Chiều dài vận chuyển vật liệu tối thiểu: 2000 mm

- Bề rộng tối thiểu: 250 mm

- Khối lượng lớn nhất của một mẻ cân trên băng tải: 5 kg

- Tốc độ băng tải lớn nhất: v = 0,2 m/s

2.1.3 Các phương án kết cấu của băng tải

Theo các cân tổ hợp hiện nay trên thị trường, băng tải ra liệu kèm theo cân để ra liệu là dạng băng tải thẳng, tách rời cân tổ hợp Băng tải ra liệu được đặt ở đầu ra của băng tải sản phẩm Trên băng tải ra liệu có đặt các khay hứng liệu Chiều cao băng tải ra liệu và khay hứng liệu đặt trên nó phải thấp hơn chiều cao của băng tải sản phẩm Cấu hình băng tải ra liệu trong trường hợp này như trên hình 2.2

Băng tải với cấu hình như trên có các ưu điểm sau:

- Kết cấu tương đối đơn giản, dễ chế tạo

- Không có sự can thiệp vào kết cấu cơ khí của cân tổ hợp

Tuy nhiên cấu hình này có hai nhược điểm cơ bản sau:

- Không gian chiếm chổ lớn

- Không thể đáp ứng yêu cầu loại bỏ sản phẩm khối lượng không đạt, thời gian ở trên đầu cân lâu (do không đạt được khối lượng cần tổ hợp)

Hình 2 2 Cấu hình băng tải rời

Các nhược điểm trên có thể được khắc phục nếu dùng băng tải ra liệu tích hợp với băng tải chuyển liệu Cấu hình băng tải tích hợp này được trình bày trên hình 2.3

Hình 2 3 Cấu hình băng tải tích hợp

Ở phương án này, băng tải ra liệu đảm nhận luôn nhiệm của băng tải chuyển liệu Ngoài ngõ ra liệu ở đầu băng tải, phương án này còn có hai ngõ ra liệu ở hai bên để đưa các sản phẩm có khối lượng không đạt và các sản phẩm đợi lâu nhưng không tổ hợp được Như vậy, kết cấu của băng tải sẽ phức tạp hơn do có thêm 2 ngõ ra cùng với hệ thống tay gạt sản phẩm kèm theo Thêm vào đó, chương trình điều khiển cũng sẽ phức tạp hơn do phải thêm các chức năng tương ứng

Băng tải chuyển liệu

Băng tải ra liệu

Băng tải ra liệu

Các đầu cân

Các đầu cân

Ô chứa sản phẩm

có khối lượng không đạt

Ô chứa sản phẩm đợi lâu

Khi tích hợp băng tải ra liệu vào cân tổ hợp Các thông số chiều dài và chiều rộng của băng tải sẽ lớn hơn so với yêu cầu sơ bộ của khách hàng để phù hợp với kết cấu tổng thể của cân tổ hợp

Bảng 2 1 Bảng quyết định phương án thiết kế băng tải:

2.2 Thiết kế hệ thống cơ khí của băng tải

2.2.1 Các yêu cầu cơ bản và lựa chọn loại băng tải

Một số yêu cầu cơ bản của băng tải ra liệu như sau:

- Chiều dài vận chuyển vật liệu tối thiểu: 2000 mm

- Bề rộng tối thiểu: 250 mm

- Khối lượng lớn nhất của một mẻ cân trên băng tải: 5 kg

- Tốc độ băng tải lớn nhất: v = 0,2 m/s

Do yêu cầu sản xuất, hệ thống băng tải phải được thiết kế, chế tạo sao cho dễ vệ sinh, dễ bảo trì và phải dễ thay thế trong trường hợp hỏng hóc Do đó các chi tiết, thiết bị của hệ thống phải sẵn có ở thị trường trong nước Hiện nay, trong lĩnh vực băng tải ngành thủy sản, có nhiều công ty trong nước kinh doanh băng tải xích nhựa của một số hãng nổi tiếng trên thế giới Tấm băng tải xích nhựa của Intralox có một số ưu điểm sau:

- Có sẵn trong nước không cần nhập khẩu

- Kết cấu đa dạng, phù hợp cho nhiều ứng dụng

- Tốc độ mài mòn thấp

- Chi phí thấp

Do băng tải nạp liệu thuộc loại băng tải dài nên chọn cấu hình băng tải ra liệu như trên hình 2.4 Băng tải gồm tấm băng dạng xích của hãng Intralox được dẫn động nhờ 1 trục chủ động có lắp đĩa xích Trục bị động có kết cấu tương tự như trục chủ động Nhánh có tải của tấm băng được tựa trên một cơ cấu đỡ bằng thép gắn miếng lót nhựa PA6 để giảm

ma sát Nhánh không tải của tấm băng tựa trên 4 con lăn có đường kính D Khoảng cách

từ con lăn đến trục chủ động/bị động gần nhất là B, khoảng cách giữa hai con lăn là C Độ võng của tấm băng trên nhánh không tải là A

Hình 2 4 Cấu hình băng tải ra liệu

Hình 2 5 Tấm băng series 900 của của hãng Intralox [18]

Chọn sơ bộ khoảng cách giữa hai trục là 2500 mm

Các thông số cơ bản của đĩa xích là [18]:

- Số răng trên đĩa xích: 12

- Đường kính vòng chia: 104 mm

- Lỗ vuông có cạnh 40 mm

- Số đĩa xích trên mỗi trục: 4

Hình 2 6 Đĩa xích

1- Đường kính vòng chia; 2- Đường kính ngoài; 3- Bề rộng may-ơ

b Kiểm tra tấm băng

Kiểm tra tấm băng được thực hiện theo hướng dẫn của nhà sản xuất tấm băng theo trình tự sau:

- Tính lực căng tấm băng:

Lực căng tấm băng trên 1 mét chiều dài được tính theo công thức [3, tr 33]:

Trong đó:

M – khối lượng sản phẩm cân trên 1 m2 tấm băng, kg/m2

L – Chiều dài tấm băng (khoảng cách giữa hai đường tâm trục), m

H – Độ nâng băng tải, m

Với SF được tính theo bảng 2.2

Bảng 2 2 Hệ số phục vụ

Khởi động có tải (hơn 1 lần

Tốc độ băng tải lớn hơn 30

Vậy trong trường hợp này ABP = BP = 14,8 kg/m

- Tính sức bền băng tải cho phép:

Sức bền băng tải cho phép ABS được tính bởi công thức [3, tr 33]:

Trong đó:

BS – Sức bền băng tải

T – Hệ số nhiệt độ

S – Hệ số bền

số bền được tra bảng theo số răng đĩa xích, tỷ lệ giữa tốc độ băng tải trên khoảng cách trục Ở đây S = 1 [3, tr 241]

Vậy: ABS = 1040.1.1 = 1040 kg/m

- So sánh ABP và ABS

Do ABS lớn hơn ABP nên tấm băng đủ bền [3, tr 33]

c Tính độ giãn tấm băng do nhiệt

Các kích thước của tấm băng của có thể bị thay đổi do sự thay đổi nhiệt độ Giá trị thay đổi các kích thước của băng được tính [3, tr 441]:

Trong đó:

Theo khảo sát về môi trường làm việc nơi đặt hệ thống cân thì nhiệt độ dao động

∆L = 2,5 (35 - 20).0,12 = 4,5 mm

∆W = 0,254 (35 - 20).0,12 = 0,46 mm

Các giá trị thay đổi kích thước chiều dài và chiều rộng dùng tham khảo để thiết kế khung băng tải cũng như cơ cấu căng tấm băng

Hình 2 7 Kết cấu trục chủ động băng tải ra liệu

Trục dẫn động phải đảm bảo bền để chống võng dưới lực kéo của tấm băng và đủ bền để truyền mô men xoắn yêu cầu từ bộ truyền động Do đó cần phải xác định độ võng của trục và mô men xoắn để đảm bảo rằng đã lựa chọn trục thích hợp

Trục bị võng dưới tác dụng của lực kéo của băng và chính trọng lượng của nó Tải tổng tác dụng lên trục được tính bởi công thức [3, tr 33]:

w.L 5

E.I 384

Trong đó:

E – Mô đun đàn hồi

Khoảng cách giữa hai ổ bi trên trục là 375 mm

Tra bảng dữ liệu về trục vuông 40 mm, [3, tr 455], ứng với vật liệu là thép không

384 1 9700 330 21

f

= 0,002 mm

Giá trị độ võng tính được nhỏ hơn rất nhiều so với độ võng đề nghị lớn nhất cho băng tải tiêu chuẩn của Intralox (2,5 mm)

Với đường kính trục là 17 mm, chọn then theo tiêu chuẩn với các thông số cơ bản sau [29]:

- Bề rộng then: b = 5 mm

- Chiều sâu rãnh then trên đĩa xích: t2 = 2,3 mm

Với dạng sản xuất đơn chiếc, chọn kiểu lắp then như sau [9]:

- Then lắp với trục theo kiểu P9/h9

- Then lắp với bạc theo kiểu Js9/h9

Hình 2 8 Kích thước rãnh then

Trục chủ động với các kích thước và yêu cầu kỹ thuật được thể hiện trên hình 2.9

Hình 2 9 Trục chủ động

2.2.4 Trục bị động

Trục bị động tương tự như trục chủ động, có dạng trục trơn với kết cấu và một số kích

thước cơ bản như trên hình 2.10 Đây là một lắp ghép bao gồm một trục đặc dài 500 mm

có lắp hai ổ lăn hai đầu Hai ổ lăn được lắp trên hai tấm được hàn vào hai đầu của 2 thanh chính khung sườn

dụng bộ phận dẫn động này đảm bảo dễ bố trí, kết cấu hệ thống gọn nhẹ, dễ sử dụng và dễ bảo trì

Ở đây, trục dẫn động tấm băng được truyền động từ động cơ giảm tốc Trục dẫn động tấm băng được lắp trên hai ổ lăn với hiệu suất 0,99 [3, tr 423] Vậy hiệu suất truyền động được tính:

Dựa vào kết cấu băng tải, lực tác dụng lên trục chỉ gồm có lực pháp tuyến nên có thể dùng loại ổ bi đỡ 1 dãy Theo kinh nghiệm, chọn ổ bi đỡ 1 dãy SNR có ký hiệu SUC203 [9] với các thông số cơ bản như trên hình 2.11

2.2.7 Hệ thống gạt những sản phẩm không đạt yêu cầu

Các sản phẩm có khối lượng không nằm trong khoảng giá trị đã thiết lập khi cân và các sản phẩm đợi lâu nhưng không thể tổ hợp thành khối lượng mong muốn sẽ được gạt

ra ngoài theo hai ngõ ra liệu hai bên, được bố trí ở phần đầu băng tải Cơ cấu gạt có dạng mái chèo, được làm bằng nhựa POM Kết cấu của tay gạt bên phải được thể hiện trên hình 2.12 Tay gạt bên trái có hình dáng ngược lại

Hình 2 12 Kết cấu tay gạt

Các tay gạt được điều khiển nhờ píttông-xy lanh khí nén Nhận được tín hiệu từ hệ thống điều khiển trung tâm, bộ phận điều khiển píttông – xy lanh khí nén sẽ ra lệnh mở van khí để ép píttông di chuyển Thông qua cần đẩy gắn với trục píttông, làm xoay trục của cơ cấu gạt, mở cần gạt để hướng sản phẩm vào ngõ ra

Theo kinh nghiệm, chọn píttông- xy lanh C85 Series (SMC, Nhật) với các thông số

kỹ thuật cơ bản như trên hình 2.13

Hình 2 13 Thông số píttông- xy lanh [2]

Việc kiểm tra píttông- xy lanh đã chọn như sau:

Lực đẩy vật nằm ngang được tính theo công thức [2, tr.41]:

Phương án 2:

Hình 2 15 Khung sườn băng tải phương án 2

số của các tiêu chí chế tạo và làm việc ta đưa ra thứ tự ưu tiên chế tạo cho các phương án

Bảng 2 3 bảng quyết định phương án thực hiện

Căn cứ vào điểm số của hai phương án trên ta lựa chọn phương án 2 để thiết kế chế tạo băng tải ra liệu hệ thống cân tự động sản phẩm thủy sản của đồ án

2.2.8.2 Thiết kế kết cấu khung sau khi lựa chọn phương án tối ưu hơn:

Phần khung của băng tải được thiết kế với kết cấu như trên hình 2.16 Thân khung

8 gồm những thanh thép vuông ghép với nhau tạo thành một khối vững chắc Tấm 1 ở phía trước băng tải dùng để lắp gối đỡ của trục chủ động Xà ngang 2 dùng để lắp cụm píttông – xylanh khí nén để gạt các sản phẩm không tổ hợp được Các thanh 3 có vai trò như tấm đỡ cho băng tải xích nhựa, bao gồm phần thân bằng thép và phần nhựa PA6 phía bên trên để giảm ma sát Hai tấm 4 dùng để che hai dãy đầu cân ở hai bên cân tổ hợp Băng tải có hai chân 7 ở giữa, chân có vít điều chỉnh độ cao Tai 5 phía sau băng tải có lỗ

để bắt vít, cố định băng tải trên khung cân tổ hợp Hai giá 7 hai bên dùng để lắp bộ phận dẫn hướng ra liệu ứng với các trường hợp sản phẩm không tổ hợp được Phía dưới khung

có các giá để tra cơ cấu đỡ nhánh không tải của băng tải Toàn bộ vật liệu của các bộ phận của khung làm bằng thép SUS304 Các hình 2.16 đến 2.19 thể hiện rõ hơn các cụm đối tượng cơ bản của khung băng tải

Hình 2 16 Kết cấu khung băng tải nạp liệu

Hình 2 17 Phần đầu băng tải

Hình 2 18 Phần lắp cụm píttông – xylanh khí nén

Hình 2 19 Phần cuối khung băng tải

Để đỡ nhánh không tải của băng tải, thay vì dùng con lăn bằng thép, ở đây sử dụng cặp con đỡ bằng vật liệu POM với kết cấu như trên hình 2.20

Hình 2 20 Kết cấu con đỡ

Ở bộ phận hướng liệu của ngõ ra sản phẩm không tổ hợp, các chi tiết chủ yếu ở dạng tấm, làm bằng nhựa lắp lên khung thép Kết cấu của bộ phận hướng liệu này được trình bày trên hình 2.21 Tấm hướng liệu 1 có thể xoay quanh trục 3 lắp trên thân 2 Tấm

1 xoay để tạo hai trạng thái lật tấm nhằm đổ liệu vào hai khay riêng biệt Một khay dành cho sản phẩm khối lượng bé hơn giá trị cài đặt thấp nhất và một khay dành cho sản phẩm

có khối lượng lớn hơn giá trị cài đặt lớn nhất Việc xoay tấm 1 được thực hiện nhờ píttông-xylanh khí nén (không thể hiện trên hình)

Hình 2 21 Bộ phận hướng liệu của ngõ ra sản phẩm không tổ hợp

Bố trí tay gạt và bộ phận hướng liệu của ngõ ra sản phẩm không tổ hợp được thể hiện trên hình 2.22

Hình 2 22 Bố trí tay gạt và bộ phận hướng liệu của ngõ ra sản phẩm không tổ hợp

2.2.9 Mô hình lắp ráp của băng tải

Mô hình lắp ráp của băng tải được thể hiện trên hình 2.23 Các hình 2.24 và 2.25

thể hiện rõ hơn các cụm chi tiết cơ bản của băng tải

Hình 2 23 Mô hình lắp ráp của băng tải

Hình 2 24 Cụm chi tiết phần đầu băng tải

1- Gối đỡ ổ lăn; 2- Máng chuyển liệu; 3- Trục đĩa xích;

4- Đầu ra trục đĩa xích (lắp với lỗ của trục động cơ giảm tốc)

Hình 2 25 Cụm chi tiết phía sau băng tải

1- Gối đỡ; 2- Trục đĩa xích; 3- Tai lắp

2.2.10 Tính bền khi chịu tải trọng làm việc:

Sử dụng modun Simulate của phần mềm Creo 3.0 để thực hiện tính toán lực bền cho kêt cấu khung băng tải ra liệu Các bước thực hiện và kết quả được thể hiện ở phần sau

2.2.10.1 Các bước thực hiện:

Bước 1: Mở chi tiết

Bước 2: chọn tap Applications => Simulate để vào môi trường simulate

Môi trường simulate của Creo là môi trường tính bền, tính lực, biến dạng

Hình 2 26 Truy cập vào giao diện Simulate

Bước 3: chọn Materials để thêm vật liệu

Chọn vật liệu SUS304, nhấn vào mũi trên để thêm vào phần vật liệu được chọn

Bước 4: chọn vật liệu cho khung

Chọn Material Assignment để vào phần chọn vật liệu cho từng chi tiết

Sau khi hiện ra hộp thoại Material Assignment, ta chọn vật liệu cho từng chi tiết, ở đây tính bền cho khung sườn nên chỉ có vật liệu SUS304 nên ta bấm chọn toàn bộ khung

ở Model tree sau đó nhấn OK để hoàn tất chọn vật liệu cho khung