TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Giới thiệu chung về tự động hóa
Trong bối cảnh hội nhập toàn cầu, Việt Nam đang tiến tới công nghiệp hóa hiện đại hóa, trong đó tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong mọi ngành nghề kỹ thuật Hệ thống tự động hóa hiện diện rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất của tất cả các lĩnh vực kinh tế Vậy tự động hóa thực chất là gì?
Tự động hóa, hay điều khiển tự động, là việc áp dụng hệ thống điều khiển để vận hành các thiết bị như máy móc, nhà máy, nồi hơi, và lò xử lý nhiệt với sự can thiệp tối thiểu từ con người Công nghệ này cũng được sử dụng trong chuyển mạch mạng điện thoại, điều khiển tàu và máy bay, cùng nhiều ứng dụng khác, giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu suất Một số quy trình đã hoàn toàn được tự động hóa.
Tự động hóa mang lại lợi ích lớn nhất là tiết kiệm lao động, đồng thời còn giúp tiết kiệm năng lượng và nguyên vật liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm với độ chính xác cao.
Hình 1.1: Cánh tay Robot trong Công nghiệp
Hình 1.2: Dây chuyền sản xuất sữa trong công nghiệp
Giới thiệu về hệ thống gấp-đóng gói áo thun tự động
Ngày nay, sự phát triển kinh tế - xã hội nhanh chóng của Việt Nam và thế giới đã nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của con người Trong đó, thời trang không chỉ là nhu cầu thiết yếu mà còn phản ánh đời sống tinh thần của con người Với dân số toàn cầu ngày càng tăng và kinh tế phát triển, nhu cầu về thời trang cũng gia tăng, dẫn đến việc cần một lượng lao động lớn trong ngành này.
Con người luôn tìm kiếm sự tiện lợi và giảm chi phí sản xuất, đặc biệt trong ngành may mặc Quá trình gấp và đóng gói áo thun thủ công tốn nhiều thời gian và lao động, gây ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất và chi phí của doanh nghiệp Để khắc phục vấn đề này, nhiều công ty dệt may hiện nay đã áp dụng mô hình gấp áo thun tự động, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động sản xuất.
Tính cấp thiết của đề tài
Ngành công nghiệp dệt may của Việt Nam là một trong những lĩnh vực xuất khẩu chủ lực, đóng góp đáng kể vào cơ cấu tăng trưởng kinh tế của đất nước trên thị trường toàn cầu.
Ngành dệt may tại Việt Nam hiện nay là một trong những lĩnh vực có mức sử dụng lao động cao nhất trong sản xuất, đóng góp quan trọng vào nền kinh tế quốc gia.
Hình 1.3: Một xưởng may tại Việt Nam
Dây chuyền tự động đang giảm số lượng lao động trong sản xuất, rút ngắn thời gian sản xuất và tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp Ngoài ngành dệt may, công nghệ này còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác như công nghiệp ô tô, xây dựng và đóng tàu.
Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất đang thu hút sự quan tâm lớn từ doanh nghiệp và quốc gia Để sở hữu máy móc và dây chuyền sản xuất tự động, nhiều doanh nghiệp đã đầu tư số tiền khổng lồ Nhóm chúng tôi đề xuất giải pháp "Thiết kế và chế tạo hệ thống gấp – đóng gói áo thun tự động" nhằm cải tiến giá thành sản xuất, thẩm mỹ và linh hoạt của cơ cấu trong tương lai gần.
Hình 1.4: Máy gấp áo thun được trưng bày
Nguyên lý hoạt động
Máy gấp áo thun sử dụng mô hình 3D để hiển thị quy trình gấp áo hiệu quả Khi người sử dụng đặt áo thun lên các tấm lật và nhấn nút, động cơ servo sẽ truyền momen cho cơ cấu, giúp các tấm lật xoay theo thứ tự từ 1 đến 5 Quá trình này đảm bảo áo thun được gấp gọn gàng và nhanh chóng.
5 sẽ trượt xuống băng tải đặt ở phía dưới Trên băng tải sẽ có các cảm biến tiệm cận để thực hiện chức năng đếm sản phẩm và đóng gói
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu thực hiện chức năng gấp
Động cơ servo được sử dụng để thực hiện chức năng gấp, khi quay sẽ kéo theo cơ cấu lật quay Tấm lật gắn với khung qua cơ cấu bản lề, do đó khi điều khiển động cơ servo quay theo một góc nhất định, tấm gấp sẽ thực hiện chức năng của nó một cách hiệu quả.
- Có độ chính xác cao
- Nhỏ gọn, đơn giản và không quá đắt
- Làm việc êm, điều khiển đơn giản và dễ sử dụng
- Động cơ servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển
- Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng gây rung lắc
Xi lanh khí nén hoạt động bằng cách đưa khí nén vào bên trong, tạo ra lực tịnh tiến cho piston Cấu trúc lật được gắn trên cần piston, và quá trình tịnh tiến này sẽ kích hoạt các tấm lật thực hiện chức năng gấp áo.
Hình 2.2: Xy lanh khí nén
- Xi lanh khí có khả năng tác động với vận tốc 10m/s, nhanh hơn hẳn so với các thiết bị khác
- Việc lắp đặt cũng khá đơn giản và linh hoạt, không có sự giới hạn về khoảng cách
- Độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kỹ thuật
- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử
- Khả năng lập trình kém vi cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo chương trình có sẵn, khả năng điều khiển phức tạp kém
- Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp cồng kềnh
- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn
- Chi phí lắp đặt hệ thống khí nén khá cao
Hình 2.3: Mô phỏng 3d cơ cấu lật
Nhóm đã quyết định chọn phương án 1 cho cụm cơ cấu thực hiện chức năng gấp nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, chi phí thấp, đáp ứng nhanh và vận hành êm ái.
Cụm băng tải và đóng gói
Thiết kế một động cơ truyền mô men cho con lăn băng tải không thông qua bộ truyền ngoài (được thể hiện trên hình 2.4)
Phương án này sử dụng một động cơ giảm tốc điều khiển làm quay một con lăn không thông qua bộ truyền ngoài
Hình 2.4: Sơ đồ Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho con lăn băng tải không thông qua bộ truyền ngoài
- Bố trí đơn giản, dễ lắp đặt
- Không cần sử dụng bộ truyền ngoài, động cơ được tích hợp bộ truyền trục vít bánh vít nên ít tốn kém hơn
- Nhiệt sinh nhiều do vận tốc trượt lớn nên tuổi thọ của bộ truyền thấp
- Bánh vít sử dụng vật liệu bằng nhựa nên tuổi thọ thấp hơn dễ bị hỏng hơn so với sử dụng vật liệu đồng thanh
Thiết kế một động cơ truyền mô men cho con lăn qua một bộ truyền ngoài (được thể hiện trên hình 2.5)
Phương án này áp dụng một động cơ điều khiển để quay con lăn băng tải thông qua bộ truyền ngoài, cụ thể là bộ truyền bánh răng, tạo ra sơ đồ động hiệu quả.
Hình 2.5: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một bánh xe thông qua một bộ truyền bánh răng
- Bô truyền bánh răng có kích thước nhỏ gọn hơn các bộ truyền khác, khi làm việc với - công suất, số vòng quay và tỷ số truyền như nhau
- Bộ truyền bánh răng có khả năng tải cao hơn so với các bộ truyền khác, khi có cùng kích thước
- Tỷ số truyền không thay đổi, số vòng quay ổn định
- Hiệu suất truyền động cao hơn các bộ truyền khác
- Làm việc chắc chắn, tin cậy có tuổi bền cao
- Bộ truyền bánh răng yêu cầu gia công chính xác cao, cần phải có dao chuyên dụng giá thành tương đối đắt
- Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn, nhất là khi vận tốc làm việc cao
- Khi sử dụng cần phải bôi trơn đầy đủ
Thiết kế động cơ truyền momen cho con lăn băng tải qua bộ truyền xích
Hình 2.6: Sơ đồ động học của bộ truyền xích
- Không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột
- Không đồi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn bộ truyền đai
- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và số vòng quay
Bộ truyền xích truyền công suất thông qua sự ăn khớp giữa xích và bánh xích, do đó góc ôm không quan trọng như trong bộ truyền đai Điều này cho phép bộ truyền xích có khả năng truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích bị dẫn một cách hiệu quả.
Khi hoạt động, hệ thống sẽ phát sinh tải trọng động phụ và tiếng ồn, đồng thời tỷ số truyền và vận tốc tức thời của xích cùng bánh dẫn sẽ thay đổi Do đó, cần thực hiện bôi trơn thường xuyên và trang bị bộ phận chỉnh xích để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
- Ít sử dụng cho vận tốc nhỏ
Thiết kế động cơ truyền momen cho con lăn băng tải qua bộ truyền đai:
Hình 2.7: Sơ đồ động học của bộ truyền đai
- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (