Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động

Tự động hóa trong công nghiệp là việc sử dụng các hệ thống quản lý như máy tính, robot và công nghệ thông tin để điều khiển các loại máy móc và quy trình sản xuất khác nhau trong công ng

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 chiết rót

chai tự động

Người hướng dẫn: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH

Người duyệt: TS NGÔ THANH NGHỊ

Sinh viên thực hiện: HOÀNG VĂN DUY

HOÀNG ANH TUẤN

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động

- GV hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh

1 Nhu cầu thực tế đề tài:

- Xã hội ngày càng phát triển, đời sống người dân ngày càng được cải thiện Do đó nhu cầu ăn uống của người dân củng ngày càng được nâng cao Chính vì vậy mà những năm gần đây nhu cầu sử dụng các loại thực phẩm đóng gói, nước uống đóng chai (như cocacola, pepsi, trà xanh, nước ép trái cây, ) ngày càng tăng lên đáng kể, không chỉ vậy trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế,… cũng cần có những sản phẩm chứa trong bình, chai, lọ,… do đó sự ra đời và phát triển của ngành công nghiệp chiết rót chai tự động là điều tất yếu

- Hệ thống chiết rót chai tự động là chiết một thể tích nhất định chất lỏng và rót vào các chai, bình, lọ, Các hệ thống, máy chiết rót tự động được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm Ngành công nghiệp yêu cầu năng suất cao, nghiêm ngặt

về vệ sinh an toàn thực phẩm Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ có cấu tạo và cách hoạt động khác nhau

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động

- Nghiên cứu và ứng dụng lập trình PLC điều khiển tự động hệ thống

- Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm thiết kế cơ khí, điện và khí nén ứng dụng vào việc thiết kế và chế tạo mô hình có khả năng ứng dụng thực tế

- Xây dựng hệ thống có thể cho phép lựa chọn các thông số theo yêu cầu thực tiễn với

độ chính xác cho phép

- Ứng dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu bên ngoài vào việc thiết kế và chế tạo hệ thống

3 Nội dung đề tài đã được thực hiện:

- Số trang thuyết minh: 70 trang

- Số bản vẽ: 5 bản vẽ A0

- Mô hình: 1

4 Kết quả đạt được:

- Phần lý thuyết:

+ Thiết kế cơ khí hệ thống bằng phần mềm Solidwork

+ Lập trình điều khiển hệ thống bằng phần mềm STEP 7 MICRO/WIN

+ Lý thuyết về bộ điều khiển PLC, động cơ DC giảm tốc, xy lanh khí nén, rơ-le, van điện từ khí nén

+ Nghiên cứu, tìm hiểu và điều khiển các cơ cấu xy lanh khí nén

- Phần tính toán, thiết kế:

+ Thiết kế và chế tạo phần cơ khí

+ Thiết kế và thi công các mạch điền khiển

+ Đã chế tạo thành công mô hình hoạt động tương đối ổn định

1 Tên đề tài đồ án: Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự 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: Tham khảo tài liệu thực tế

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển

6 Họ tên người hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/08/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2019

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 08 năm 2019

TS Đặng Phước Vinh

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tự động hóa là một nhân tố đóng vai trò quan trọng Nhờ có tự động hóa trong công nghiệp, các nhà máy đã và đang trở nên hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lượng, nguyên vật liệu và nguồn nhân lực

Tự động hóa trong công nghiệp là việc sử dụng các hệ thống quản lý như máy tính, robot và công nghệ thông tin để điều khiển các loại máy móc và quy trình sản xuất khác nhau trong công nghiệp Sau cơ khí hóa, tự động hóa chính là bước thứ hai trong trong quá trình công nghiệp hóa

Ngày nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm đóng gói, đóng chai ngày càng phổ biến

Để đạt được hiểu quả cao trong việc sản xuất các sản phầm này thì không thể thiếu các dây chuyền, hệ thống sản xuất tự động Các hệ thống này thường được điều khiển bởi

bộ lập trình PLC, là bộ lập trình được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp bởi những tính năng ưu việt của nó Với các tiêu chuẩn công nghiệp cao

và khả năng lập trình logic mạnh, PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa Vì vậy trong phạm vi hiểu biết của mình nhóm đã lựa chọn đề tài

“ Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động”

Trong quá trình thực hiện đồ án cùng với sự nỗ lực của bản thân và áp dụng những kiến thức được trang bị ở trường, chúng em đã có nhiều cố gắng để hoàn thành tốt nhất

đồ án này Tuy nhiên do kiến thức và khả năng còn có hạn nên khó tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và giúp đỡ chân thành của các thầy cô khoa Cơ khí cũng như của các bạn sinh viên để đồ án được hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Đặng Phước Vinh đã tận tình hướng dẫn

và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 12 năm 2019

Nhóm sinh viên thực hiện

Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn

CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong đồ án này là do chúng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo TS Đặng Phước Vinh

Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Nhóm sinh viên thực hiện

Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn

MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

LỜI NÓI ĐẦU iv

CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 2

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa 2

1.1.1 Tổng quan 2

1.1.2 Đặc điểm và phân loại 3

1.1.3 Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa 4

1.2 Hệ thống chiết rót chai tự động 6

1.2.1 Giới thiệu chung 6

1.2.2 Đặc điểm 7

1.3 Tính cấp thiết của đề tài 8

1.4 Cấu trúc đồ án 9

Chương 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 11

2.1 Kết cấu của hệ thống 11

2.2 Băng tải 12

2.3 Cơ cấu bơm nước 18

2.3.1 Tính chọn động cơ bơm nước 18

2.3.2 Tính chọn xy lanh khí nén 19

2.4 Mâm xoay 21

2.5 Cơ cấu cấp nắp tự động 23

2.6 Cơ cấu đóng và vặn nắp chai 27

2.7 Cơ cấu đẩy và gắp chai 29

2.8 Cơ cấu đẩy thùng 31

2.9 Hệ thống cơ khí 32

Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 35

3.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống 35

3.2 Thiết bị đầu vào và ra 35

3.2.1 Tính toán và lựa chọn thiết bị 35

3.2.2 Cảm biến khoảng cách hồng ngoại E18-D80NK 39

3.2.3 Cảm biến KEYENCE LR – ZB100N 40

3.2.4 Van điện từ khí nén Airtac 4V210 – 08 41

3.2.5 Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân dẹt OMRON 43

3.3 Bộ điều khiển lập trình PLC 45

3.3.1 Giới thiệu 45

3.3.2 Điều khiển dùng PLC 46

3.3.3 Lựa chọn bộ điều khiển lập trình PLC 47

3.3.3 PLC Simens S7-200 CPU 224 DC/DC/DC 48

3.4 Sơ đồ điện hệ thống điều khiển 53

3.5 Lưu đồ thuật toán 54

Chương 4: KẾT LUẬN 58

4.1 Kết quả đạt được 58

4.2 Hạn chế 58

4.3 Hướng phát triển 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 61

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2 1: Góc mái một số dạng vật liệu di chuyển 14

Bảng 2 2: Hệ số dốc băng tải 15

Bảng 2 3: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc JGB 37 – 520 16

Bảng 2 4: Thông số động cơ bơm nước DC 385 19

Bảng 2 5: Thông số kỹ thuật xy lanh 1 và 2 21

Bảng 2 6: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc ZHENG ZS-RI179i 23

Bảng 2 7: Thông số kỹ thuật xy lanh chặn 23

Bảng 2 8: Thông số kỹ thuật của lò xo 25

Bảng 2 9: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc GM37 29

Bảng 2 10: Thông số kỹ thuật xy lanh 4 và 5 29

Bảng 2 11: Thông số kỹ thuật xy lanh 6, 7, 8, 9 31

Bảng 2 12: Thông số kỹ thuật xy lanh 10 32

Bảng 3 1: Thông số kỹ thuật cảm biến khoảng cách hồng ngoại E18-D80NK 40

Bảng 3 2: Thông số kỹ thuật cảm biến KEYENCE LR – ZB100N 41

Bảng 3 3: Thông số kỹ thuật van điện từ khí nén Airtac 4V210 -08 43

Bảng 3 4: Thông số kỹ thuật Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân OMRON 44

Bảng 3 5: So sánh phương pháp điều khiển PLC và Rơ-le 45

Bảng 3 6: So sánh PLC Mitsubishi và Siemen 47

Bảng 3 7: Thông số kỹ thuật của PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC 49

Hình 1 1: Tự động hóa trong sản xuất 2

Hình 1 2: Bộ điều khiển PID vòng lặp khép kín có dòng phản hồi 4

Hình 1 3: Hệ thống chiết rót đóng chai tự động công ty VERALL 7

Hình 1 4: Dây chuyền sản xuất hiện đại đạt tiêu chuẩn châu Âu của Satori 9

Hình 2 1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống 11

Hình 2 2: Sắt V lỗ 12

Hình 2 3: Băng tải PVC 13

Hình 2 4: Động cơ DC giảm tốc JGB37 – 520 16

Hình 2 5: Cấu tạo của băng tải 17

Hình 2 6: Động cơ bơm nước DC 385 19

Hình 2 7: Cấu tạo xy lanh loại 1 chiều 20

Hình 2 8: Xy lanh khí nén hãng Airtac 20

Hình 2 9: Cấu tạo cơ cấu bơm nước 21

Hình 2 10: Cấu tạo cơ cấu mâm xoay 22

Hình 2 11: Cấu tạo cơ cấu chặn mâm xoay 23

Hình 2 12: Cấu tạo cơ cấu cấp nắp 24

Hình 2 13: Thông số kỹ thuật của lò xo 25

Hình 2 14: Thanh gạt nắp chai 25

Hình 2 15: Cấu tạo cơ cấu cấp phôi (nắp) tự động 26

Hình 2 16: Cơ cấu đóng và vặn nắp chai 28

Hình 2 17: Đầu vặn nắp chai 28

Hình 2 18: Xy lanh đôi TN16X40 – S 29

Hình 2 19: Cơ cấu đẩy và gắp chai 30

Hình 2 20: Cấu tạo cơ cấu đẩy thùng 31

Hình 2 21: Hệ thống cơ khí 32

Hình 2 22: Mô hình thực tế 33

Hình 3 1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống 35

Hình 3 2: Cảm biến quang 36

Hình 3 3: Cơ chế hoạt động của Rơ-le trung gian (tiếp điểm) 38

Hình 3 4: Cảm biến khoảng cách hồng ngoại E18-D80NK 39

Hình 3 5: Cảm biến KEYENCE LR – ZB100N 40

Hình 3 6: Cấu tạo và ký hiệu của van điện từ khí nén 5/2 41

Hình 3 7: Van điện từ khí nén Airtac 4V210 – 08 43

Hình 3 8: Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân dẹt OMRON 43

Hình 3 9: Sơ đồ điều khiển PLC 46

Hình 3 10: Bộ lập trình PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC 48

Hình 3 11: Sơ đồ chân giao tiếp CPU 224 DC/DC/DC 49

Hình 3 12: Sơ đồ kết nối RS – 232/PPI 51

Hình 3 13: Sơ đồ chân cổng truyền thông 51

Hình 3 14: Giao diện phần mềm STEP 7-MICRO/WIN 52

Hình 3 15: Sơ đồ điện hệ thống điều khiển 53

Hình 3 16: Sơ đồ chân I/O 53

MỞ ĐẦU

Mục đích: Thiết kế chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động nhằm ứng dụng hệ thống

tự động hóa vào trong công nghiệp, nó sẽ làm tăng năng suất và tránh nhưng sai sót có thể xảy ra trong quá trình sản xuất

Mục tiêu đề tài: Thực hành các kiến thức về thiết kế cơ khí, gia công cơ khí, lập trình điều khiển PLC,… đã học trong thời gian qua vào thực tế, nhằm củng cố lại kiến thức hỗ trợ cho việc đi làm sau này

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

a) Phạm vi: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động

Hệ thống bao gồm những phần chính như: băng tải, cơ cấu bơm nước, mâm xoay, cơ cấu cấp nắp tự động, cơ cấu vặn nắp, cơ cấu gắp chai, cơ cấu đẩy thùng

b) Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống sản xuất tự động, bộ lập trình điều khiển PLC c) Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm sản xuất và lập trình điều khiển hệ thống

d) Nghiên cứu thiết kế: Tính toán, thiết kế cơ cấu cơ khí, lập trình điều khiển

e) Chế tạo: Dựa vào kết quả tính toán và thiết kế sau đó tiến hành thi công chế tạo

mô hình

Thuyết minh gồm có 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển

Chương 4: Kết luận

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa

1.1.1 Tổng quan

- Tự động hóa hoặc điều khiển tự động, là việc sử dụng nhiều hệ thống điều khiển

cho các thiết bị hoạt động như máy móc, xử lý tại các nhà máy, nồi hơi, lò xử lý nhiệt, chuyển mạch trong mạng điện thoại, chỉ đạo và ổn định của tàu, máy bay và các ứng dụng khác với sự can thiệp của con người là tối thiểu hoặc giảm Một số quy trình đã được hoàn toàn tự động

- Lợi ích lớn nhất của tự động hóa là nó tiết kiệm lao động, ngoài ra nó cũng được

sử dụng để tiết kiệm năng lượng, nguyên vật liệu và nâng cao chất lượng với độ chính xác cao

- Thuật ngữ "tự động hóa", lấy cảm hứng từ các máy tự động, chưa được sử dụng rộng rãi trước năm 1947, khi Ford thành lập một bộ phận tự động hóa Trong thời gian này ngành công nghiệp đã được áp dụng nhanh chóng điều khiển phản hồi, mà đã được giới thiệu trong những năm 1930

- Tự động hóa đã được thực hiện bằng những phương tiện khác nhau bao gồm cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính Các hệ thống phức tạp như các nhà máy hiện đại, máy bay và tàu thường kết hợp chúng với nhau

Hình 1 1: Tự động hóa trong sản xuất

- Hệ thống tự động hóa đang ngày càng thể hiện được vai trò quan trọng của mình trong các quá trình chế tạo, sản xuất, lắp ráp, đóng gói và kiểm tra sản phẩm trong các nhà máy hiện đại.

1.1.2 Đặc điểm và phân loại

a) Đặc điểm

- Các ưu điểm chính của tự động hóa là:

+ Tăng thông lượng, năng suất

+ Cải thiện chất lượng sản phẩm

+ Cải thiện thống nhất quy trình hay sản phẩm

+ Tăng tính nhất quán của đầu ra

+ Giảm chi phí nhân công

- Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để nâng cao năng suất, chất lượng:

+ Cài đặt tự động hóa trong các hoạt động để giảm thời gian chu kỳ

+ Cài đặt tự động với một mức độ chính xác cao là cần thiết

+ Thay thế công việc khai thác của con người trong các công việc có liên quan đến thể chất hay đơn điệu cứng

+ Thay thế con người trong công việc thực hiện trong môi trường nguy hiểm (nhiệt độ cao, hóa chất, núi lửa, cơ sở hạt nhân, dưới nước,…)

+ Thực hiện nhiệm vụ vượt quá khả năng của con người về kích thước, trọng lượng, tốc độ, sức chịu đựng,…

+ Cải thiện kinh tế: Tự động hóa có thể cải thiện kinh tế của các doanh nghiệp, xã hội Ví dụ, khi một doanh nghiệp đầu tư tự động hóa, công nghệ phục hồi đầu tư hay làm tăng thu nhập của mình do tự động hóa như Đức hay Nhật Bản trong thế kỷ 20 + Giảm thời gian hoạt động và thời gian xử lý công việc đáng kể

+ Giải phóng người lao động để đảm nhiệm vai trò khác

+ Cung cấp công việc ở cấp cao hơn trong việc phát triển, triển khai, bảo trì và hoạt động của các quá trình tự động

- Những khó khăn chính của tự động hóa là:

+ Các mối đe dọa an ninh, dễ bị tổn thương: Một hệ thống tự động có thể có một mức giới hạn của trí thông minh, và vì thế dễ bị mắc lỗi bên ngoài phạm vi trước mắt của mình về kiến thức

+ Không thể đoán trước, chi phí phát triển quá mức: Các nghiên cứu và phát triển chi phí của tự động hoá có thể vượt quá chi phí định mức của quá trình

+ Chi phí ban đầu cao: Việc tự động hóa của một sản phẩm mới thường đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi phí đơn vị sản phẩm, mặc dù chi phí tự động

hóa có thể được lan truyền trong nhiều sản phẩm và thời gian

b) Phân loại

- Các dây chuyền tự động với sự xuất hiện của robot, xe tự hành AGV, băng tải công nghiệp, hệ thống cấp phôi tự động tạo ra nhiều phương án linh hoạt với nhiều lựa chọn cho các nhà máy Từ đó ứng dụng vào nhiều công đoạn khác nhau trong quá trình tạo ra sản phẩm Có thể tạm thời phân ra các loại dây chuyền theo từng mục đích

sử dụng như sau:

+ Dây chuyền sản xuất tự động (sản xuất bánh kẹo, linh kiện điện tử,…)

+ Dây chuyền lắp ráp tự động (lắp ráp ô tô, lắp ráp điện thoại,…)

+ Dây chuyền đóng gói tự động (đóng gói sản phẩm, đóng gói thùng carton, ) + Dây chuyền kiểm tra tự động (kiểm tra chất lượng sản phẩm, QC, )

1.1.3 Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa

a) Bộ điều khiển gián đoạn (on/off)

- Một trong những bộ điều khiển đơn giản nhất là điều khiển on/off Ví dụ để điều khiển các thiết bị nhiệt trong gia đình chẳng hạn như nồi cơm điện, nó cần một cái rơ-

le nhiệt để đóng và ngắt điện Trong Rơ-le nhiệt có một lò xo đàn hồi, khi nhiệt độ tăng lên lò xo sẽ bị giãn nở ra, dựa vào đặc tính trên người ta có thể tạo ra chức năng đóng ngắt dòng điện khi nhiệt độ tăng đến một mức mong muốn Loại điều khiển này

có thể thuộc một trong hai kiểu điều khiển vòng lặp mở và điều khiển vòng lặp kín

- Điều khiển trình tự, trong đó một chuỗi lập trình của riêng rẽ các hoạt động được thực hiện, thường dựa trên logic hệ thống có liên quan đến trạng thái của hệ thống

- Các loại tiên tiến của tự động hóa, cách mạng hóa sản xuất, máy bay, thông tin liên lạc và các ngành công nghiệp khác, là điều khiển phản hồi, mà thường liên tục và liên quan đến việc lấy số đo bằng cách sử dụng một cảm biến và điều chỉnh tính toán

để giữ cho các biến đo lường trong phạm vi bộ điều khiển

b) Bộ điều khiển PID

Hình 1 2: Bộ điều khiển PID vòng lặp khép kín có dòng phản hồi

Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát được sử

dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô hình toán học) về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID sẽ là bộ điều khiển tốt nhất Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống, trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông

số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống

c) Bộ điều khiển tự động tuần tự và điều khiển tuần tự logic

- Điều khiển tuần tự có thể là một chuỗi cố định hay logic sẽ thực hiện các hành động khác nhau tùy thuộc vào trạng thái hệ thống khác nhau Một ví dụ về một chuỗi điều chỉnh nhưng nếu không cố định là một bộ đếm thời gian trên một máy tưới cỏ

- Một sự phát triển sớm của điều khiển liên tục là chuyển tiếp, do đó rơle điện tham gia tiếp xúc điện có thể bắt đầu hoặc ngắt điện đến một thiết bị Rơ-le đầu tiên được sử dụng trong các mạng điện, khi được phát triển để kiểm soát các thiết bị khác, chẳng hạn như khi khởi động và dừng động cơ điện công nghiệp lớn hoặc đóng mở van solenoid Sử dụng rơ-le cho mục đích kiểm soát cho phép kiểm soát hướng hành động, nơi các hành động có thể được kích hoạt theo trật tự nào đó, để đáp ứng với các sự kiện bên ngoài.Ví dụ liên quan đến việc duy trì chuỗi an toàn cho các thiết bị như điều khiển cầu swing, nơi một tia khóa cần thiết để được tự do trước khi cầu có thể được di chuyển, và các tia khóa có thể không được phát hành cho đến khi cửa an toàn đã bị đóng cửa

- Thường khoá liên động được thêm vào một mạch điều khiển Giả sử rằng các động cơ trong ví dụ này là cung cấp năng lượng, máy móc mà có một nhu cầu quan trọng để bôi trơn Trong trường hợp này một khóa liên động có thể được thêm vào để đảm bảo rằng các máy bơm dầu đang chạy trước khi động cơ bắt đầu Timers, công tắc giới hạn và mắt điện là những yếu tố phổ biến khác trong mạch điều khiển

- Van điện từ được sử dụng rộng rãi trong khí nén hoặc chất lỏng thủy lực để cấp nguồn cho thiết bị truyền động vào các thành phần cơ khí Trong khi động cơ được sử dụng để cung cấp chuyển động quay liên tục, cơ cấu truyền động thường là một lựa chọn tốt hơn, không liên tục tạo ra một phạm vi giới hạn của chuyển động cho một thành phần cơ khí, chẳng hạn như di chuyển cánh tay cơ khí khác nhau, mở hoặc đóng các van

d) Bộ điều khiển dùng máy tính

- Máy tính có thể thực hiện cả hai điều khiển liên tục và kiểm soát thông tin phản hồi, và thường là một máy tính duy nhất sẽ làm cả hai trong một ứng dụng công nghiệp Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) là một loại vi xử lý có mục đích đặc biệt thay thế nhiều các thành phần như giờ và trình tự trống được sử dụng trong hệ thống Máy tính điều khiển quá trình nhằm mục đích chung đã ngày càng thay thế điều khiển riêng lẻ, với một máy tính duy nhất có thể thực hiện các hoạt động của hàng trăm bộ điều khiển Máy tính điều khiển quá trình có thể xử lý dữ liệu từ một mạng lưới các PLC, dụng cụ và các bộ điều khiển để thực hiện các điển hình (như PID) kiểm soát của nhiều biến số cá nhân hoặc trong một số trường hợp, để thực hiện điều khiển phức tạp thuật toán sử dụng nhiều đầu vào và các thao tác toán học Họ cũng có thể phân tích

dữ liệu và tạo ra thời gian thực, hiển thị biểu đồ cho các nhà khai thác thực hiện các báo cáo cho các nhà khai thác, các kỹ sư và quản lý

- Kiểm soát của một máy rút tiền tự động (ATM) là một ví dụ về một quá trình tương tác, trong đó một máy tính sẽ thực hiện một chuỗi logic đáp ứng với các lựa chọn người sử dụng dựa trên thông tin lấy từ một cơ sở dữ liệu trên hệ thống Quá trình ATM có điểm tương đồng với các quy trình giao dịch trực tuyến khác Các câu trả lời hợp lý khác nhau được gọi là kịch bản Quá trình như vậy thường được thiết kế với việc sử dụng các sơ đồ, trong đó có văn bản hướng dẫn của các mã phần mềm

1.2 Hệ thống chiết rót chai tự động

1.2.1 Giới thiệu chung

- Hiện nay, với công nghệ hiện đại, rất nhiều quy trình công nghiệp được tự động hóa Trong đó dây chuyền chiết rót chai tự động là một trong những hệ thống được sử dụng rất phổ biến và rộng rãi Một hệ thống sản xuất các chất lỏng đóng chai thường được phân chia thành nhiều khâu nối tiếp nhau Một quy trình khép kín có thể được

mô tả như sau:

- Sau khi được rửa sạch, các chai được băng tải đưa đến hệ thống rót liệu , tới vị trí khâu cấp chai, các chai được đưa vào hệ thống băng tải, trước tiên được cho qua hệ thống rửa Chai dùng trong hệ thống đóng chai thường là chai thành phẩm, nên thường tại khâu này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi rót, để đảm bảo có thể bố trí các cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai Tại đây, chất lỏng được chiết vào chai theo các phương pháp khác nhau như: chiết đẳng áp, chiết đẳng tích, chiết định lượng,… Khi chiết xong, chai được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nắp chai Khâu đóng nắp bao gồm cơ cấu cấp nắp và đóng nắp Cơ cấu đóng có thể là xylanh (với nút dập) hoặc motor (với nút vặn)

Hình 1 3: Hệ thống chiết rót đóng chai tự động công ty VERALL

- Sau khi đóng xong nắp, là khâu dán nhãn, đây có thể được coi là khâu đơn giản nhất trong hệ thống đóng chai Cơ cấu keo bôi dính được gắn ngay trên băng tải và bố trí tiếp tuyến sao cho tì vào mặt chai, ngoài chuyển động thẳng trên băng tải, chai còn chuyển động quay tròn do lực tì của cơ cấu bôi keo Tương tự với cơ cấu cấp nhãn, chai sau khi bôi keo, quay tròn, cuốn băng giấy nhãn 1 vòng quanh chai

- Khâu cuối cùng là khâu kiểm tra và đóng gói sản phẩm Khâu kiểm tra bao gồm một loạt các cảm biến để kiểm tra chất lượng sản phẩm (đủ định mức, đóng nắp, dán nhãn đạt yêu cầu…) Sau khi kiểm tra sẽ qua cơ cấu phân loại, 1 tay gạt sẽ loại bỏ chai sang 1 băng tải khác Các chai đạt tiêu chuẩn sẽ qua khâu đóng gói, chai được xếp thành khối nhờ các tay máy gạt và nâng hạ

Như vậy toàn bộ quy trình công nghệ chiết chai được tự động hóa hoàn toàn

- Giảm số lượng và chi phí nhân công: Hệ chống chiết rót đã hoạt động một cách tự động dẫn đến công việc ít hơn và đơn giản hơn cho phép cần ít công nhân hơn, tùy theo dung tích của chai

- Sự an toàn: Bằng việc tự động hóa các hoạt động và chuyển người vận hành máy

từ vị trí tham gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn

- Nâng cao chất lượng sản phẩm: Hệ thống chiết rót không những sản xuất với tốc

độ nhanh hơn thủ công, mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các yêu cầu khắt khe của sản phẩm đóng chai

Tuy nhiên hệ thống chiết rót có chi phí đầu tư cao: việc chuyển từ sử dụng nhân công con người sang dây chuyền sản xuất tự động đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất cao Ngoài ra, củng cần có chi phí cho việc đào tạo nhân công vận hành các loại thiết

bị, máy móc hiện đại và phức tạp

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

- Xã hội ngày càng phát triển, đời sống người dân ngày càng được nâng cao Do đó nhu cầu ăn uống của người dân củng được nâng cao Chính vì vậy mà những năm gần đây nhu cầu về các loại thực phẩm đóng gói, nước uống đóng chai (như cocacola, pepsi, trà xanh, nước ép trái cây, ) ngày càng tăng lên đáng kể, không chỉ vậy trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế,… củng cần có những sản phẩm chứa trong chai, bình lọ,… do đó sự ra đời và phát triển của ngành công nghiệp chiết rót nước và đóng nắp chai tự động là điều tất yếu

- Hệ thống chiết rót tự động là chiết một thể tích nhất định chất lỏng và rót vào các chai, bình, lọ, Các hệ thống, máy chiết rót tự động được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm Ngành công nghiệp yêu cầu năng suất cao, nghiêm ngặt về vệ sinh an toàn thực phẩm Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ có cấu tạo và cách hoạt động khác nhau

- Theo đánh giá của nhiều hệ thống bán lẻ, thực phẩm và đồ uống là 2 ngành có sự

ổn định tăng trưởng hàng đầu tại siêu thị Đây đều là những ngành cung cấp nhu yếu phẩm hàng ngày và trực tiếp cho người tiêu dùng

- Cứ 10 giỏ hàng ở siêu thị sẽ có 4-5 giỏ hàng xuất hiện các sản phẩm nước đóng chai, đánh giá của giám đốc marketing của một hệ thống bán lẻ tại TP.HCM cho thấy sức nóng tăng trưởng của lĩnh vực này

- Bên cạnh các sản phẩm cung cấp năng lượng như nước trái cây, sản phẩm đóng chai hỗn hợp thì nước tinh khiết bắt đầu có sự chuyển dịch mạnh do nhu cầu sử dụng nước có chất lượng tốt tăng lên Trước đây người dân quan niệm, nước tinh khiết đóng chai cũng là nước, mua ở đâu cũng như nhau Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ, khả năng sản xuất ra các sản phẩm giữ được khoáng chất tốt cho sức khoẻ đã khiến người tiêu dùng bắt đầu thay đổi quan điểm

- Khảo sát vào năm 2015 cho thấy, thị trường đồ uống đóng chai đã đạt ngưỡng gần

170 tỉ USD, dự kiến sẽ tăng gần 10% tới thời điểm 2020 Trong phân khúc ngành hàng này, nước chiếm ưu thế với hơn 35% trong tổng thị phần thị trường, còn đồ uống có ga đạt khoảng 22% Nước uống đóng chai sẽ tăng nhanh nhất do người tiêu dùng có xu

hướng thích dùng nước uống cung cấp nguồn năng lượng Dự báo cũng chỉ ra rằng, thị trường Châu Á - Thái Bình Dương sẽ tiếp tục dẫn đầu thế giới về tăng trưởng trong đó

có Việt Nam

- Sức hấp dẫn tăng trưởng của ngành nước đóng chai đã thúc đẩy thêm nhiều doanh nghiệp tham gia vào lĩnh vực này Mới đây nhất, nhà máy nước thương hiệu Satori với quy mô 30.000m2 (tại Khu công nghiệp Long Hậu, Long An) Với công suất dây chuyền sản xuất nước tinh khiết đạt 10,000 chai/ 1 giờ cho dòng sản phẩm nước đóng chai, 450 bình/ 1 giờ cho dòng sản phẩm nước đóng bình 20L, đáp ứng được khoảng

20 – 30% nhu cầu thị trường nước hiện tại Với 4 dung tích là 350 ml, 500 ml, 1,5 lít

và 20 lít

Hình 1 4: Dây chuyền sản xuất hiện đại đạt tiêu chuẩn châu Âu của Satori

1.4 Cấu trúc đồ án

Đồ án gồm có 4 chương, bao gồm:

Chương 1: Giới thiệu đề tài

- Giới thiệu tổng quan đề tài

- Tính cấp thiết của đề tài

Chương 2: Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí

- Thiết kế cơ khí cho từng cơ cấu của hệ thống như:

+ Băng tải

+ Mâm xoay

+ Cơ cấu cấp nắp tự động

+ Cơ cấu đóng và vặn nắp

+ Cơ cấu đẩy và gắp chai

+ Cơ cấu đẩy thùng

+ Bố trí các cơ cấu để được một hệ thống hoàn chỉnh

- Tính toán, thiết kế hệ thống truyền động cho từng cơ cấu

+ Lựa chọn phương án truyền động cho từng cơ cấu

+ Tính chọn động cơ

+ Tính chọn xy lanh

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển

- Tính toán, thiết kế sơ đồ mạch điều khiển

- Lựa chọn bộ điều khiển

- Lựa chọn các loại cảm biến

- Lựa chọn các loại van khí nén, rơ-le

- Xây dựng lưu đồ thuật toán

- Lập trình điều khiển hệ thống

Chương 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Kết cấu của hệ thống

- Yêu cầu thiết kế:

+ Độ bền cao, kết cấu vững chắc

+ Thiết kế đảm bảo an toàn, thân thiện

+ Băng tải có kích thước hợp lí, gọn gàng, phù hợp với không gian

+ Thực hiện việc chiết rót chai nước lọc đúng thể tích V = 297 ml

+ Nắp chai được vặn chặt

+ Các chai được gắp đúng vào vị trí hộp

+ Hệ thống đạt năng suất 6 chai/phút

- Với những yêu cầu đặt ra, nhóm đã đưa ra sơ đồ khối chức năng như sau:

Hình 2 1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống

- Hệ thống sẽ bao gồm:

+ Băng tải đầu vào: Đưa chai rỗng đến vị trí bơm nước và mâm xoay

+ Cơ cấu bơm nước: Bơm nước vào chai theo đúng thể tích quy định

+ Mâm xoay: Đưa chai đến các vị trí để thực hiện các chức năng cấp nắp, đóng nắp và vặn nắp

+ Băng tải đầu ra: Đưa chai đã được vặn nắp đến vị trí để gắp chai

+ Cơ cấu gắp chai: Gắp chai đến vị trí thùng chứa

+ Cơ cấu đẩy thùng: Đẩy thùng đã chứa 6 chai ra ngoài

- Tiến hành thiết kế lần lượt các cơ cấu cơ khí của hệ thống

2.2 Băng tải

- Băng tải là thiết bị truyền tải sản phẩm, nguyên vật liệu từ vị trí này sang vị trí khác với tốc độ nhanh, hiệu quả và chính xác Mục đích đưa băng tải vào các quy trình sản xuất giúp tăng tính tự động hóa, tăng năng suất, tiết kiệm thời gian và nhân công

- Các loại băng tải:

+ Động cơ DC kết hợp bộ truyền đai

* Với quy mô đồ án, nhóm đã lựa chọn phương án thiết kế như sau:

- Băng tải PVC

- Khung băng tải sử dụng sắt V lỗ

- Truyền động bởi động cơ DC giảm tốc

+ Giá thành rẻ hơn nhôm định hình và thép hộp vuông

- Sản phẩm vận chuyển là chai nước có tải trọng nhỏ và yêu cầu độ đồng phẳng của

bề mặt làm việc nên chọn loại băng tải PVC:

+ Băng tải PVC là băng tải được làm từ chất liệu dẻo tổng hợp Poly vinyl clorua + Có khả năng đàn hồi cao, chịu được nhiệt

+ Khả năng kháng dầu và chịu lực kéo tốt

+ Dễ dàng tháo lắp

+ Vì đường kính chai nước d = 60 mm nên lựa chọn băng tải có bề rộng B = 100

mm Chiều dài làm việc của băng tải L = 800 mm

+ Vận tốc băng tải thường được tính toán nhằm đạt được lưu lượng vận chuyển theo yêu cầu cho trước Lưu lượng vận chuyển của một băng tải có thể được xác định qua công thức: Qt = 60A.V.γ.s

Trong đó: - Qt: Lưu lượng vận chuyển (tấn/ giờ)

- A: Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển (m2)

- γ: Khối lượng riêng tính toán của khối vật liệu (tấn/ m3)

- V: Vận tốc băng tải (m/phút)

- s: Hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng (độ dốc) của băng tải

Từ đó, có thể tính được vận tốc băng tải theo công thức sau:

𝑉 = 𝑄𝑡

60.𝐴.𝛾.𝑠 (m/phút)Các đại lượng trong công thức tính vận tốc được xác định như sau:

* Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển

Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển có thể được xác định như sau:

Góc mái của sản phẩm là góc hình thành giữa đường nằm ngang và mái dốc của sản

phẩm Các giá trị thông thường như bảng 2.1

Bảng 2 1: Góc mái một số dạng vật liệu di chuyển

các dụng cụ thông thường

đặc biệt, đảm bảo tính đồng nhất của khối

Từ các yếu tố trên ta chọn giá trị góc mái là 300

* Hệ số ảnh hưởng của độ dốc băng tải

Băng tải càng dốc thì lưu lượng vận chuyển vật liệu được càng thấp Hệ số giảm lưu lượng do độ dốc s được cho trong bảng 2.2

- Từ các giá trị trên ta tính được vận tốc băng tải V= 1,8 m/phút ≈ 3 cm/s.

* Tính toán công suất truyền dẫn băng tải

- Công suất làm quay trục con lăn kéo băng tải được tính theo công thức sau:

P = P1 + P2

Trong đó:

- P1 là công suất cần thiết để dịch chuyển sản phẩm

- P2 là công suất cần thiết để khắc phục tổn thất do ma sát tồn tại trong các ổ

đỡ, ma sát giữa băng tải và con lăn khi băng tải không chạy

- Lực cần thiết để vận chuyển vât liệu:

F1 = L 𝜎.K1.g.cos𝛽 ( với 𝛽 = 0 do băng tải là băng tải ngang ) Trong đó:

𝛽 : Góc nghiêng của băng tải

L : Chiều dài của băng tải

𝜎 : Khối lượng sản phẩm trên 1 m chiều dài băng tải

Trong đó: K2 : Hệ số tính đến lực cản khi không tải (K2 = 0,01)

𝜎𝑏 : Khối lượng băng tải trên 1 m chiều dài băng tải

𝑃đ𝑐 = 𝑘3.𝑃

𝜂

=> 𝑃đ𝑐 = 1,5.2,07

0,8 = 3,88 W

Trong đó: k3: hệ số dự trữ về công suất

𝜂 : hiệu suất truyền động

=> Từ số liệu tính toán, nhóm đã lựa chọn động cơ JGB37 – 520 DC với các thông số như bảng 2.3

Bảng 2 3: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc JGB 37 – 520

Điện áp

hoạt động

Điện áp định mức

Tốc độ không tải

Dòng điện không tải

Momen xoắn

Tỷ số truyền

Trọng lượng

Cấu tạo của băng tải (như hình 2.5) bao gồm:

1 Khung băng tải

Hình 2 5: Cấu tạo của băng tải

* Mô tả:

- Khung băng tải (1) được lắp ráp bởi các thanh sắt V lỗ thông qua các e-ke, bu-lông

và đai ốc Có chức năng cố định băng tải

- Động cơ DC giảm tốc (2) truyền động cho băng tải

- Nối trục (3) thực hiện việc nối trục động cơ với trục của con lăn

- Ổ bi (4) thực hiện việc truyền chuyển động, làm giảm ma sát, mang lại sự hoạt động liên tiếp, ổn định

- Dây đai băng tải PVC (5), bề mặt làm việc chính của băng tải

- Thành bảo vệ (6) giữ chai, không để chai bị đổ hay nghiêng

- Con lăn (7) thực hiện việc truyền chuyển động cho băng tải

2.3 Cơ cấu bơm nước

- Các phương án thiết kế cơ khí:

+ Sử dụng 1 bơm, bơm tại vị trí trên băng tải

+ Sử dụng 1 bơm, bơm tại vị trí của mâm xoay

+ Sử dụng 2 bơm, bơm tại vị trí băng tải

+ Sử dụng 2 bơm, bơm tại vị trí của mâm xoay

- Với quy mô đồ án, nhóm đã lựa chọn phương án sử dụng 2 bơm, bơm tại vị trí trên băng tải

+ Tận dụng tối đa chiều dài của băng tải

+ Bơm 1 lúc được 2 chai, cải thiện năng suất

- Cơ cấu bơm nước sẽ bao gồm:

+ Động cơ bơm nước

+ Xy lanh (chặn chai)

+ Cảm biến tiệm cận (đếm chai)

2.3.1 Tính chọn động cơ bơm nước

- Máy bơm là một loại máy thủy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài ( cơ năng, điện năng, thủy năng,…) và truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống

- Một máy bơm nước có cấu tạo gồm 4 phần chính:

+ Bánh công tác: được lắp trên trục của bơm để cố định với trục tạo nên phần quay gọi là Roto

+ Trục bơm: thường được chế tạo bằng thép hợp kim và được lắp với bánh công tác thông qua mối ghép then

+ Bộ phận dẫn hướng vào: thuộc thân máy bơm thường

+ Bộ phận dẫn hướng ra: được đúc bằng gang và có hình dạng tương đối phức tạp

- Dựa vào những đặc điểm như: nguyên lý tác động của cánh bơm vào dòng nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bơm, loại chất lỏng cần bơm để phân chia ra chủng loại máy bơm

- Trong đó thường dùng đặc điểm thứ nhất để phân loại máy bơm; theo đặc điểm này máy bơm được chia làm hai nhóm: bơm động học và bơm thể tích Ngoài ra còn

- Với quy mô của đồ án, nhóm đã lựa chọn động cơ bơm nước như sau:

+ Yêu cầu: Bơm đầy chai thể tích 297 ml trong vòng 9s

+ Lựa chọn động cơ bơm nước: với yêu cầu đặt ra, nhóm đã lựa chọn loại động cơ bơm nước DC 385 Với kích thước nhỏ gọn, giá tiền không quá cao.

Bảng 2 4: Thông số động cơ bơm nước DC 385

Hình 2 6: Động cơ bơm nước DC 385

2.3.2 Tính chọn xy lanh khí nén

- Xy lanh khí nén là một thiết bị cơ học được vận hành bằng khí nén dựa vào hoạt

động chuyển đổi năng lượng tiềm năng của khí nén thành động năng Điều này có được là do sự chênh áp được thiết lập bởi khí nén được ở áp suất lớn hơn áp suất của

khí quyển Từ đó làm cho các piston của xy lanh chuyển động theo hướng mong

muốn qua đó làm cho thiết bị bên ngoài hoạt động

- Trên thị trường có rất nhiều loại xy lanh, nhưng hầu hết sẽ đều được cấu tạo bởi

+ Thân trụ và piston (Barrel and Piston)

+ Trục piston (Piston Rod)

+ Các lỗ cấp và thoát khí (Cap - end port and Rod - end port)

Hình 2 7: Cấu tạo xy lanh loại 1 chiều

- Phân loại xy lanh khí nén:

Có rất nhiều loại xy lanh khí nén khác nhau về cấu tạo, kích cỡ, chức năng Có 2 loại xy lanh khí nén chính: xy lanh tác dụng đơn và xy lanh tác dụng kép

Hình 2 8: Xy lanh khí nén hãng Airtac

+ Xy lanh tác dụng đơn (SAC): là loại xy lanh sử dụng khí nén để làm cho piston

di chuyển theo 1 hướng nhất định (thường sử dụng van điện từ 3/2)

+ Xy lanh tác dụng kép (DAC): là loại xy lanh hoạt động theo hành trình 2 chiều đẩy ra và rút lại (thường sử dụng van điện từ 4/2,5/2,5/3)

Hiện nay các công ty sản xuất xy lanh khí nén nổi tiếng với chất lượng tốt và được ứng dụng rộng rãi với giá trị sản phẩm tương ứng với chất lượng như: STNC, SMC, ARITAC, TPC…

- Tính chọn xy lanh khí nén:

+ Yêu cầu: Xy lanh 1 có chức năng chặn chai để chai đứng ở vị trí chính xác khi bơm Xy lanh 2 thực hiện việc chặn các chai rỗng phía sau

+ Lựa chọn xy lanh: Vì xy lanh chỉ thực hiện việc chặn chai có khối lượng nhẹ nên chỉ cần chọn xy lanh có hành trình đáp ứng được khoảng cách yêu cầu

+ Lưa chọn loại xy lanh Airtac

Bảng 2 5: Thông số kỹ thuật xy lanh 1 và 2

xy lanh 1, 2 lùi lại Quá trình cứ thế tiếp tục

2.4 Mâm xoay

- Các phương án thiết kế:

+ Mâm xoay có 4 lỗ đựng chai

+ Mâm xoay có 8 lỗ đựng chai

+ Mâm xoay có 10 lỗ đựng chai

- Ở phạm vi đồ án, nhóm lựa chọn mâm xoay có 4 lỗ đựng chai:

+ Phù hợp với các cơ cấu cơ khí trước và sau của hệ thống

Hình 2 9: Cấu tạo cơ cấu bơm nước

+ Điều khiển đơn giản và chính xác

Hình 2 10: Cấu tạo cơ cấu mâm xoay

- Nguyên lý hoạt động:

Mâm xoay có chức năng đưa chai đến chính xác các vị trí để lần lượt thực hiện các chức năng Mâm xoay nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ tiến hành xoay 1/4 vòng đến 4 vị trí I, II, III, IV

+ Vị trí I: là nơi chai được băng tải đưa đến sau khi rót nước đầy

+ Từ vị trí I sang vị trí II: chai sẽ lấy nắp từ cơ cấu cấp nắp

+ Vị trí II: chai được đóng nắp

+ Vị trí III: chai được vặn nắp

+ Từ vị trí III sang vị trí IV: chai được đưa đến băng tải đầu ra

Vì momen quán tính xuất hiện khi dừng động cơ làm mâm xoay không thể dừng đúng vị trí chính xác Để khắc phục, nhóm đã đưa ra phương án sử dụng xy lanh làm

- Tính chọn động cơ: tương tự động cơ của băng tải, tuy nhiên tốc độ chậm hơn và momen động cơ lớn hơn Từ đó, nhóm đã lựa chọn động cơ ZHENG ZS-RI179i

Bảng 2 6: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc ZHENG ZS-RI179i

+ Nắp ăn khớp chính xác với đầu chai

Hình 2 12: Cấu tạo cơ cấu cấp nắp

- Cấu tạo bao gồm:

để giữ lấy nắp Khi chai đến vị trí cấp nắp sẽ tác dụng lực lên thanh giữ nắp làm lò xo

bị nén lại Vì vậy, điểm quan trọng nhất của cơ cấu cấp nắp chính là lực lò xo Sau nhiều lần thực nghiệm, nhóm đã đạt được kích thước lò xo có lực như mong muốn

Bảng 2 8: Thông số kỹ thuật của lò xo

Hình 2 13: Thông số kỹ thuật của lò xo

+ Quá trình cấp nắp có thể xảy ra tình trạng nắp bị lệch so với miệng chai ảnh hưởng đến việc vặn nắp chai Thanh gạt nắp (3) có chức năng gạt phẳng nắp để tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình vặn nắp được chặt và chính xác

Hình 2 14: Thanh gạt nắp chai

- Để việc cấp nắp được tự động hóa hoàn toàn, nhóm đã thiết kế thêm bộ phận cấp phôi (nắp) tự động cho rãnh chứa nắp thay vì phải cấp thủ công

- Ý tưởng thiết kế: Nắp sẽ được đổ đầy vào hộp, cơ cấu cấp phôi (nắp) tự động sẽ đưa nắp đến rãnh chứa nắp

+ Tiếp theo, khi nắp được đưa lên cao đến vị trí có ống thổi hơi sẽ làm nắp rẽ hướng và đi ra phía rãnh, vì rãnh dẫn hướng được thiết kế xoắn ốc 90 độ nên nắp sau khi thổi ra được lật đúng hướng và nắp sẽ được đưa xuống rãnh chứa nắp

2.6 Cơ cấu đóng và vặn nắp chai

* Yêu cầu thiết kế:

- Chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng

- Lực đóng nắp chai đủ mạnh để nắp chai có thể ăn khớp với đầu chai

- Momen tạo ra vặn chặt được nắp chai

* Với yêu cầu thiết kế, cơ cấu sẽ bao gồm:

+ Xy lanh khí nén: xy lanh đơn, xy lanh đôi

+ Động cơ kết hợp bộ truyền vít me đai ốc

- Đầu vặn

+ Vật liệu nhựa, in nhựa 3D

+ Vật liệu nhôm, gia công CNC

=> Nhóm đã lựa chọn phương án sử dụng xy lanh đơn và đôi để truyền động cho

cơ cấu đóng và vặn nắp chai, đầu vặn nắp chai được làm bằng vật liệu nhựa với phương pháp in 3D, tấm gá động cơ được làm bằng sắt và khung của cơ cấu được làm bằng thép hộp

- Điều khiển chính xác hành trình và thay đổi tốc độ truyền động dễ dàng bằng việc điều chỉnh van tiết lưu

- Việc chế tạo đơn giản, chi phí thấp

- Dễ dàng tháo lắp và thay thế

* Từ việc lựa chọn phương án thiết kế, nhóm đã tiến hành chế tạo cơ cấu đóng và vặn chai có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như sau:

- Cấu tạo bao gồm:

1 Giá đỡ cơ cấu vặn

Hình 2 16: Cơ cấu đóng và vặn nắp chai

- Nguyên lý hoạt động: chai sau khi đã cấp nắp được mâm xoay đưa đến vị trí đóng nắp Tại đây, xy lanh đi xuống có gắn đầu đóng nắp nhằm làm nắp ăn khớp với miệng nắp Chai tiếp tục được đưa đến vị trí vặn nắp Xy lanh 4 có chức năng đưa động cơ xuống vị trí vặn nắp với yêu cầu quá trình di chuyển không bị lệch hướng Sau khi vặn xong, xy lanh 4 đưa động cơ về vị trí ban đầu

- Đầu vặn nắp chai: Được thiết kế phù hợp với kích thước của nắp chai và được gắn với động cơ thông qua nối trục Yêu cầu có kích thước phù hợp với kích thước của nắp chai Bề mặt trong có độ nhám tiếp xúc tốt với nắp chai để quá trình vặn nắp không bị trượt

Hình 2 17: Đầu vặn nắp chai