Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật trong thiết bị cấp trung đến năng suất

feeding of small mechanical parts during part assembly processes.. They are used in high volume, high-speed production.. This work develops a mathematical model of a bowl feeder to evalu

Tp HCM, ngày….tháng….n m 2009

NHI M V LU N V N TH C S

I – TÊN ( TÀI:

II – NHI'M V) VÀ N&I DUNG:

Kh o sát nh h ng thông s k thu t trong thi t b c p rung n n ng su t:

- Thi t l p bài toán ng l c h c

- Thi t k ch t o mô hình và th nghi m

L I CAM OAN

Tôi xin cam oan ây là công trình nghiên c u c a riêng tôi

Các s li u, k t qu nêu trong lu n v n là trung th c và ch a t ng c ai công b trong b t k công trình nào khác

Ký tên

Phan Công Bình

3.5 th li dao ng giai o n bình n 64

3.9 th biên dao ng theo t n s giai o n ch a bình

5.3 T ng quan th n ng su t th nghi m và tính toán

feeding of small mechanical parts during part assembly processes They are used in high volume, high-speed production This work develops a mathematical model of a bowl feeder to evaluate productivity base on vibration amplitude and vibration frequency From the mathematical method, a computer simulation can predict the velocity of the parts in the bowl or productivity of VBF In addition, experiment’s results were compared with computer simulation to determine the technical parameters, which have a large influence on productivity of VBF The results of this research might be used to optimize the design of VBF or provide data for future work

TÓM T T

VBF là thi t b a n ng nh t c s d ng trong vi c cung c p nh ng chi ti t

kh i, s n xu t n ng su t cao Nghiên c u này phát tri n mô hình toán h c c a ph u

o n ng su t thi t b d a trên biên và t n s dao ng T mô hình toán h c,

ch ng trình mô ph ng máy tính có th d oán v n t c v n chuy n chi ti t trên

ph u hay n ng su t thi t b Ngoài ra, k t qu th c nghi m c so sánh v i v i

n ng su t VBF K t qu nghiên c u này có th c s d ng t i u thông s thi t k VBF ho c làm tài li u cho nh ng nghiên c u ti p theo

TRANG PH BÌA i

L I CAM OAN iv

I C M N v

TÓM T T LU N V N vi

M C L C vii

DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH VI T T T ix

DANH M C CÁC B NG xii

DANH M C CÁC HÌNH V , TH xiii

xv

VIBRATORY BOWL FEEDER 1

i thi u VBF

1.2 M c tiêu và ph m vi nghiên c u 16

17

! "#$ %&'(# %$ )*% +',- &/ $0#$ 1$ % )*% %2)/# '(#3 17

2.2 Thi t l p mô hình ng h c c a ph u 39

2.3 Lý thuy t quy ho ch th c nghi m (QHTN) b c 2 d ng B 44

4 5 56 4 7 6 5 8 54

9 :'(1 ;<#$ => ?&, 1'(1 %$&/#3 =&* @AB %$C',% 54

9 ! D )E# %$'A ;&F 1'(1 %$&/#3 =&* A,ω,α 60

9 9 "#$ %&'(# G'H &/ -$&I#3 J'& ;&,#3 1CI' 1> $), ?'K#3 D'%+'- 63

9 L ng su t thi t b VBF 73

THI T K -CH T O MÔ HÌNH TH! NGHI M 75

4.1 Thi t k mô hình 75

4.2 Ki"m tra mô hình thi t k 78

4.3 Ch t o mô hình 79

4.4 Ti n hành thí nghi m 80

K T QU VÀ TH O LU N 87

5.1 Tính toán n ng su t theo mô ph#ng 87

5.2 Tính toán n ng su t theo th$ nghi m 89

5.3 Nh%ng v n & th'o lu n 92

K T LU N VÀ KI N NGH D 7 ML N O O N$CP +CP1 : 96

$ )*% +',- 1$()ng trình tính toán k t qu' b*ng Maple N$CP CP1 Q 106 Ch()ng trình tính toán và mô ph#ng k t qu' b*ng Matlap

l chi u dài chi ti t di chuy n trên máng

Lct Chi u dài chi ti t

L I NÓI U

L p ráp ã tr thành m t ph n c t y u c a n n s n xu t t ý t ng Eli Whitney v s n xu t hàng lo t và chi ti t l p l n c b t u th c hi n t n m

xu t xe h i thành t ng b c, t o ra dây chuy n l p ráp u tiên Sau ó, l p ráp

hi n c Vi c ch t o các thi t b máy móc ph c v cho vi c l p ráp t ng

M c dù VBF ã xu t hi n t r t lâu trên th gi i, nh ng v n ch a có m t tài

Nam " c bi t, là s nh h ng c a các thông s k# thu$t nh th nào n n ng

su t c a thi t b

" tài này ã góp ph n xây d ng c s nghiên c!u ph n nào các v n trên,

cho vi c s n xu t VBF trong n c

CH NG 1

GI I THI U T NG QUAN V VIBRATORY BOWL FEEDER

G m ph u ch a (1) dùng d tr chi ti t c n phân lo i ho c nh h ng và cung c p cho VBF nh thi t b c p phôi rung hay c c u i u ti t l ng chi ti t c p

ra Thi t b VBF (2) nh n chi ti t t ph u ch a phôi s nh h ng, phân lo i chi

ti t theo nh các hình d ng yêu c u Sau ó, c p chi ti t n h th ng chuy n t i (3),

h th ng này s chuy n chi ti t n b ph n l p ráp ho c óng gói Do th i gian có

xo (leaf spring), c g n vào t m (base) có chân (support foot) trên ó có mang nam châm i n (electromagnet) Bên trong ph u có máng d!n phôi xo n c

d i ph u c cung c p b"i ngu n AC gây cho ph u dao ng (tùy vào thi t k , s nam châm i n có th m t ho c nhi u h n) B"i vì c t trên các lò xo lá, nên s dao ng c#a ph u s t o ra thành ph n chuy n ng: chuy n ng theo ph ng

trên và n c&a ra V n t c c p chi ti t c#a ph u ph thu c vào :

ph u và b c xo n (góc nâng β), chi u dày, b r ng c#a máng d!n …

• ' c tính chi ti t (kích th c, kh i l ng, s l ng, th t v trí trên máng và lo i thi t b nh h ng c#a chi ti t)

Hình 1.2 Thi t b c p rung

foot), 3 Lò xo lá (leaf springs), 4 Nam châm i n (electromagnet), 5 Ph u (bowl),

6 Máng d!n (track), 7 C&a ra (outlet)

ta có th thi t k c c u d!n h ng cho phù h p hình 1.3

Trên hình 1.3 [14] m t s c c u nh h ng và phân lo i Trong ó H.1.3a, 1.3.b và H1.3.c phân lo i và nh h ng b(ng c khí d a vào hình dáng chi ti t (c&

ch n, thanh g t, t l a, m t tr%ng tâm làm chi ti t b r i l i vào ph u), H.1.3.d phân

lo i và nh h ng chi ti t b(ng khí nén, thay các thanh ch n b(ng l) th*i dòng khí nén, +y chi ti t xu ng l i ph u khi nh n c tính hi u t sensor báo v trong

Ngoài các chi ti t trên, m t s chi ti t c bi t c,ng c nghiên c u và thi t

k VBF cho phù h p

B ng 1.1 Các chi ti t c c p b i VBF

a)

b)

c)

d)

Hình 1.3 C c u phân lo i và nh h ng chi ti t

1.1.1 Tình hình nghiên c u n c ngoài

Theo nhi u ngu n tài li u trên Internet, ã có nhi u công trình nghiên c u v

c#a m t s chi ti t n gi n, mô hình ng x& c#a chi ti t di chuy n trên ph u, c i

ti n c c u d!n h ng chi ti t

Hi n nay, trên th gi i có nhi u doanh nghi p s n xu t và cung c p VBF

c n cung c p trong công nghi p nh linh ki n i n t&, c khí, d c ph+m, m

- Sanki Co., Ltd

- Ronghe Mining & Construction Machinery Co., Ltd

- Ferret

- Ebay

- Elscint automation Co., Ltd

- Vibra-flight System Inc

M)i lo i ph u phù h p cho nh ng chi ti t có nh ng c tính khác nhau và

c li t kê vào trong b ng 1.1[17]

B ng 1.1 Cataloges v các ki u VBF

Lo i 1: Ph u hình tr

Lo i 2: Ph u hình côn

Lo i 3: Ph u hình tr b c

Lo i 4: Ph u nh a

T i u khi n

Giá c#a m)i VBF t $500 n h n $4000 [18], tùy theo ki u m!u và v t li u

1.1.2 Tình hình nghiên c u trong n c

Các nghiên c u tr c ây ã t o c s" lý thuy t cho vi c tính toán các thông

s hình h%c c#a VBF s& d ng các gi thi t ban u v n ng su t, c tính hình d ng

và kh i l ng chi ti t c n c p c#a m t s th y cô trong b môn 'i u khi n t ng, s& d ng cho vi c tính toán án môn h%c Bên c nh ó, có vài nghiên c u cho vi c tính toán cho v n t c c#a v t li u trên máng rung l c th$ng c#a B môn K thu t

Vi c s n xu t và s& d ng VBF t i Vi t Nam hi n nay còn r t h n ch t i m t

1.1.3 Tính c p thi t c a tài

Trong c s" tính toán cho c c p rung, có m t s thông s c ch%n theo kinh nghi m thu n l i cho vi c tính toán và thi công nh : vi c ch%n góc nghiêng máng 2÷30, góc h p b"i lò xo lá và ph ng th$ng ng 20÷450, thông th ng t n s dao ng cho ph u là c nh và có th l y 50hz hay 100hz tu- thu c vào có n n

tính Trong khi ó, vi c tính toán trong rung ng liên quan n r t nhi u y u t nên

ch a có m t nghiên c u c th nào cho vi c thi t l p s nh h "ng c#a các thông s

' tài này nghiên c u chi ti t là cái mu)ng b t gi t, m t trong s các chi ti t

có hình d ng ph c t p (hình 1.4) Vì th , vi c thi t l p m i quan h gi a các thông

s có s nh h "ng r t l n n n ng su t mu)ng b t gi t trên c s" lý thuy t k t

h p v i th c nghi m là i u c n thi t Nghiên c u này, m" ra vi c tính toán ng

d ng VBF cho các chi ti t có hình d ng ph c t p khác nói riêng và ngành công

B t u t vi c nghiên c u s nh h "ng các thông s k thu t c#a VBF n

n ng su t trong vi c c p mu)ng b t gi t, t ó tìm giá tr c#a các thông s cho n ng

su t cao nh t V i hình dáng ph c t p c#a mu)ng b t gi t (hình 1.4) s r t d dàng

b móc dính vào nhau, vì th mà hi n nay t i các nhà máy hoá m ph+m, mu)ng b t

gi t v!n còn c cung c p b(ng tay b"i công nhân Trong khi không gian s n xu t

ch t o mô hình thí nghi m Phân tích lý thuy t a ra s ph thu c n ng su t vào biên và t n s dao ng

CH NG 2

C S LÝ THUY T TÍNH TOÁN CHO THI T B

S

tA

V

Trong ó:

S: li

V: v n t c

ϖ : t n s góc Trong quá trình rung ng c#a máng, chi ti t ch u tác d ng c#a các l c sau:

- Tr%ng l c:

g m

ng i lên và chuy n ng i xu ng là khác nhau

Có hai tr ng h p, nh ng trong lu n v n này ch nghiên c u chi ti t v n chuy n t d i lên Quá trình di chuy n chi ti t trên máng chia làm 2 hành trình:

a Hành trình thu n: L c quán tính tác d ng lên chi ti t h ng lên trên (nh

l c àn h i c#a lò xo lá) Trong n&a u hành trình này, chi ti t c gi l i trên máng nh l c ma sát và n&a hành trình sau chi ti t c ném lên phía trên nh l c quán tính

b Hành trình ng c: L c quán tính tác d ng lên chi ti t theo chi u ng c

l i (nh l c kích rung bên ngoài: tr c ng c mang kh i l ch tâm, d ng tr c khu2u, l c kích i n t …) Trong n&a u hành trình này, chi ti t r i kh0i máng và n&a sau hành trình này chi ti t b tr t trên máng

m)i ph n c#a hành trình khác nhau trong m)i chu k- làm vi c v c s

Hình 2.1 S chuy n ng chi ti t trên máng

2.1.1.1 Phân tích chi ti t di chuy n t d i lên trên (t trái sang ph i) trong hành trình thu n (hình 2.2)

Hình 2.2 S phân tích l c hành trình thu n

- Tr%ng l c tác d ng theo ph ng x là:

β

sin mg

- Tr%ng l c tác d ng theo ph ng y là:

β

cos mg

- L c quán tính tác d ng lên ph ng x là:

) cos(α−β

= mj

- L c quán tính tác d ng lên ph ng y là:

) sin(α−β

ms P F

F + ≤ (2.13) Thay (2.7), (2.9) và (2.12) vào (2.13) gi i ra c:

) sin(

) cos(

) sin cos (

βαµβα

ββµ

− +

) cos(

) sin cos (

1

βαµβα

ββ

µ

− +

−

+

Khi gia t c ph u t n J1 thì chi ti t b t u di chuy n

ch%n µ = 0 3 ,β = 3 0 kh o sát và v th quan h gia t c và góc nghiêng α

k t qu hình 2.3

Hình 2.3 th gia t c t i h n J1 Khi máng rung t n gia t c J1 thì chi ti t b t u tr t trên máng

Trên th , t i v trí α = 0.35rad thì giá tr c#a J1 là nh0 nh t, càng i v 2 phía thì gia t c t i h n càng t ng 'i u này k t lu n nh sau:

3 , 3

góc nghiêng máng so v i ph ng ngang thì giá tr t t nh t nên ch%n

α=0.35rad s ti t ki m c công su t thi t b

- Hai thông s này có s nh h "ng l n n vi c ch%n thông s góc nghiêng c#a lò xo

2.1.1.2 Phân tích chi ti t di chuy n t d i lên trên (t trái sang ph i) trong

- Tr%ng l c tác d ng theo ph ng y là:

β

cos mg

- L c quán tính tác d ng lên ph ng x là:

) cos(α−β

= mj

- L c quán tính tác d ng lên ph ng y là:

) sin(α−β

ms P F

- Thay (2.16), (2.18) và (2.20) vào (2.21) gi i ra c:

) sin(

) cos(

) sin cos (

βαµβα

ββµ

− +

) cos(

) sin cos (

2

βαµβα

ββµ

− +

Hình 2.5 th gia t c t i h n J2

Trên th , t i v trí α = 0.35rad thì giá tr c#a J2 là nh0 nh t, càng i v 2 phía thì gia t c t i h n càng t ng 'i u này k t lu n nh sau:

- V i các thông s µ= 0 3 ,β = 3 0 là h s ma sát gi a chi ti t v i máng và góc nghiêng máng so v i ph ng ngang thì giá tr t t nh t nên ch%n

α = 0.35rad s ti t làm gi m kh n ng chi ti t i xu ng

- Hai thông s này có s nh h "ng l n n vi c ch%n thông s góc

nghiêng c#a lò xo

2.1.1.3 Phân tích chi ti t di chuy n bay lên kh i m t máng

Khi chi ti t d ch chuy n t d i lên thì l c quán tính tác d ng lên chi ti t có

xu h ng h ng lên trên Khi J t n giá tr nào ó, thành ph n l c quán tính theo

và thành ph n l c tr%ng tr ng Py = mg cosβ s cân b(ng nhau:

) sin(

cos

cos )

sin(

βαβ

ββ

mg mj

(2.25)

' t

) sin(

cos

0

βα

β

−

V i J0 là gia t c t i h n bay Khi gia t c ph u rung t n giá tr này chi ti t

3 , 3

' th hình 2.6 ch ra khi góc nghiêng càng l n thì gia t c gi i h n bay càng nh0 (chi ti t d dàng bay lên kh0i m t máng) và ng c l i Góc nghiêng l n quá s gây t*n hao n ng l ng v n chuy n vì h u h t n ng l ng tiêu hao vào vi c tung

Nên vi c ch%n l a góc nghiêng h p lý là hoàn toàn d a vào t ng tr ng h p c th Trong lu n v n này ch%n góc nghiêng α t 0,3 0,4rad là h p lý d a vào hai th

J1 và J2

Biên t i h n

) (

cos

2 0

βαω

β

−

= tg

g

G%i t là th i i m mà t i ó gia t c c#a máng có giá tr là J0

) sin(

cos cos

) sin(

cos cos

2 0

0 2

βαω

βω

βα

βω

g t A

) sin(

cos

0 0

g

A t

Tu- theo tính ch t v t li u và n ng su t c n thi t mà ch%n ch làm vi c R0cho phù h p:

+ ' i v i v t li u giòn nh : sành s , thu2 tinh ch%n: R0≤1 + ' i v i v t li u nh : s t, thép ch%n: 1,16≤R0≤1,7 + ' i v i v t li u nh3, m m nh : lúa g o, ng, c c ch%n: R0>1,7

T các tr ng thái chuy n ng c#a chi ti t, có th m i quan h chung gi a gia t c t i h n và góc nghiên α hình 2.7

Trên th hình 2.7 mô t 4 vùng riêng bi t:

Vùng 1: chi ti t không di chuy n

Vùng 2: chi ti t chuy n ng i lên phía trên

Vùng 3: chi ti t bay lên kh0i máng

Hình 2.7 th tr ng thái chuy n ng chi ti t

2.1.2 Tính toán s b c c u c p phôi rung

Vi c tính toán c c u c p phôi rung bao g m vi c gi i quy t các v n liên

+ N ng su t yêu c u c#a máy Qm

π

β

πtg t

Góc nghiêng c#a máng 0 0

3

2

=

β

c Chi u cao c#a ph u H

Công th c tính chi u cao H c#a ph u theo [9]

Có th xác nh chi u cao c#a ph u thông qua th tích ph u:

4

.

4

4

2 2

D

P T Q V D

2

d d

T i u ki n t l kh i l ng trên nhíp và d i nhíp m2, m1 theo [9]

3 , 0

15 , 0

1

2 = m

m

m2 : kh i l ng tính c t k t c u ã bi t

3 , 0

15 , 0

2 1

m

Xác nh th tích :

1

2 1

D m

D V

3 2

1

K K

K l Q

l K +

=

s : khe h" trung bình gi a các chi ti t

K3: H s nh h ng chi ti t, ph thu c vào s tr ng thái chi ti t

V n t c trung bình c#a chi ti t trên máng có th tính [2]:

R f

tg R

R

R f

tg K

K = − , KB : h s h i ph c là t s c#a hình chi u v n t c chi

ti t lên tr c y sau và tr c khi va p và ph thuôc vào v t li u các chi ti t va p

K f

1

2 m m

m m

l

J E n

K 12 3 0τ

Trong ó:

n: s nhíp có trong h E: module àn h i c#a nhíp V i thép có th l y 2.105N/mm2

J0: moment quán tính c#a ti t di n nhíp

N u là nhíp d3p:

12

3 0

bh

N u là nhíp tròn:

64

4 0

Eb n

l K h

2.1.2.5 Xác nhgóc nghiêng c a nhíp lò xo

Công th c tính h s ch làm viêc (2.29):

β

βαω

) sin(

cos

0 0

g

A t

v = max cos(α−β) = ω cos(α−β).

Rút g%n l i:

) cos(

.

.

βα

cos

) (

0

g K

tg v R

α

.

cos )

0 ct

v

v

K g

R