NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ PHẦN CƠ KHÍ CHO MÁY ÉP LỀ TỰ ĐỘNG
Nghiên cứu cơ chế hoạt động của máy ép lề tự động
2.1.1 Hình dáng và cấu tạo
Hình 2.1: Máy ép lề tự động
Máy có cấu trúc nằm ngang, có ống dẫn phoi vào buồng máy, bàn ép cùng hệ thống thủy lực, hệ thống buộc dây a) Hệ thống ép thủy lực
Thùng dầu và hệ thống bơm thủy lực
Hình 2.2: thùng dầu và hệ thống bơm thủy lực
Hệ thống bơm bao gồm 1 bơm lưu lượng và 1 bơm áp lực kèm theo các van điều khiển dầu lưu thông
- Bơm lưu lượng là bơm có nhiệm vụ bơm nhanh dầu vào piston trong quá trình ép
- Bơm áp lực được dùng trong trường hợp cần gia tăng áp lực để ép chặt quả giấy hoặc cắt đứt giấy tại cửa buồng ép
- Van an toàn có nhiệm vụ bảo vệ hệ thống khi quá áp khi bơm tránh sự cố
Bàn ép có khe rãnh ở phần đầu cho phép thanh xỏ đi qua để luồn dây buộc Trên góc trên có răng cưa để cắt giấy khi ép
Xilanh điều chỉnh độ chặt của giấy
Hình 2.4: Xi lanh điều chỉnh độ chặt của giấy và ngàm
- Xilanh tác động lên sàn trên và 2 cửa ép 2 bên tạo ra lực ma sát tăng lực ép chặt lên quả giấy
- Xilanh này chỉ có 1 đường dầu vào, phản lực từ quả giấy tác động lại sẽ đẩy dầu quay ngược về thùng b) Hệ thống buộc dây
Hình 2.5: Cuộn dây thép buộc
Cuộn dây được cấu tạo đơn giàn, dễ dàng thay thế khi hết dây bằng cách tháo chốt ở đầu trục
Thanh xỏ trong hộp xỏ dây được điều khiển bởi bơm thủy lực thông qua các nhau và xích Để đảm bảo an toàn, hai đầu của đoạn dịch chuyển được trang bị công tắc hành trình, cung cấp tín hiệu điều khiển cho PLC và ngăn ngừa va chạm của thanh xỏ vào thành hộp.
Hình 2.7: Cơ cấu truyền hộp buộc Hình 2.8: Dao cắt dây, móc buộc dây
Cơ cấu buộc dây được điều khiển hoàn toàn thông qua các van phân phối dầu từ bơm, trong đó cơ cấu buộc nhận truyền động từ bơm thủy lực, còn cơ cấu cắt được vận hành bởi piston thủy lực.
2.1.2 Cơ chế hoạt động của máy ép lề tự động a) Cơ chế hoạt động cơ khí
Máy hoạt động hoàn toàn dựa vào hệ thống thủy lực, bao gồm cả quá trình ép và buộc dây Trong đó, khâu buộc dây là phần phức tạp nhất, bắt đầu bằng việc cuộn dây thành cuộn và kéo dây theo chiều của con lăn.
Hình 2.9: Cách đi dây qua con lăn trong khâu buộc
Khi khối giấy đạt chiều dài tối ưu, máy sẽ tự động chuyển sang chế độ buộc, trong đó càng xỏ kéo dây từ một bên máy sang bên kia.
Hình 2.10: Hoạt động của càng xỏ dây
Dao sẽ cắt dây, trong khi các móc xoắn chặt hai đầu dây lại với nhau, tạo thành một nút buộc chắc chắn cho khối giấy ép Đồng thời, quá trình này cũng tạo ra một vòng dây mới cho khối giấy sắp được ép.
Hình 2.11: Dây được buộc hoàn chỉnh b) Cơ chế hoạt động của bộ điều khiển
Máy ép lề được thiết kế với công suất ép tối ưu và tích hợp hộp buộc tự động, sử dụng hệ thống thủy lực cho toàn bộ quá trình PLC điều khiển vị trí van phân phối để đưa giấy vào, thực hiện ép và chuyển sang buộc dây khi đạt đủ độ dài Các cảm biến cung cấp tín hiệu đầu vào cho PLC, giúp thực hiện thuật toán điều khiển chính xác Độ dài và số lượng quả giấy được đếm và hiển thị trên màn hình, cho phép người dùng dễ dàng cài đặt các thông số cần thiết thông qua các ô chọn.
Thiết kế sơ bộ phần cơ khí máy ép lề tự động
2.2.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế
Trong quá trình thiết kế, phần mềm được sử dụng chủ yếu là Auto Cad để thiết kế gia công cơ khí các chi tiết máy
Phần mềm Inventor cho phép người dùng vẽ mô phỏng 3D máy ép lề, cung cấp cái nhìn trực quan và chính xác về hình dáng cũng như cơ chế hoạt động của thiết bị này.
Hình 2.12: Giao diện phần mềm inventer 2013
2.2.2 Bản vẽ máy ép lề trên AutoCAD
6 5 2 8 T hi et ke Duy et Vat li eu so luo ng
Thi et ke D u yet BA N VE BA N EP C HI NH V at lieu so l u on g
Hình 2.14 Bản vẽ bàn ép và xilanh bi 6905
1600 Thie t k e Du yet B AN V E H OP C A NG X O Va t lieu so luon g
Ng uy en Ta D un g DH Lam Ng hiep
Hình 2.16 Bản vẽ hộp buộc dây bi 60 07 bi 60 04 bi 60 07 bi 60 07 475
Thiet ke Nguyen Ta D u n g Du ye t DH Lam N g h ie p
BAN VE HOP B U OC D A Y Vat l ie u so l uon g
2.2.3 Hình ảnh 3D mô phỏng máy
Bảng 2.1: Các chi tiết mô phỏng 3D
Tên chi tiết Hình ảnh
Mặt bên, lô cuốn dây
Mặt trên, thùng dầu,tủ điện, silo
Sàn máy Ép trên Ép bên
Hình 2.17: Hinh ảnh mô phỏng 3D máy ép lề tự động
Thiết kế mặt bằng cho máy ép lề tự động
Hình 2.18: Mặt bằng máy ép lề tự động
Mặt bằng máy được xây thấp hơn nền xưởng 1m, độ dốc là 10ᵒ Các khối
THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN
Thiết kế tủ điện điều khiển
3.1.1 Sơ đồ mạch điện a) Sơ đồ mạch lực
Hình 3.1: Sơ đồ mạch lực của máy ép lề
Mạch lực sử dụng 4 khởi động từ, bao gồm 3 khởi động từ cho động cơ dầu lớn và 1 cho động cơ dầu nhỏ Động cơ dầu lớn điều khiển 2 bơm thủy lực, bao gồm bơm dung lượng và bơm áp suất, thực hiện chu trình ép giấy với sự hỗ trợ của 3 khởi động từ Trong khi đó, động cơ bơm dầu nhỏ đảm nhiệm khâu buộc và được điều khiển bởi 1 khởi động từ Ngoài ra, relay nhiệt OLR được lắp vào khởi tam giác của bơm để bảo vệ hệ thống.
Biến áp 220V/110 VAC được dùng để cấp nguồn cho các van điều khiển thủy lực loại 110V
Biến áp 220VAC/24VDC cung cấp nguồn một chiều cho PLC và các relay điều khiển Bài viết cũng trình bày sơ đồ điện cho các van điều khiển và sơ đồ mạch điều khiển vào ra của PLC.
Hình 3.3: Sơ đồ đầu vào/ ra của PLC
3.1.2 Thiết bị cho tủ điện điều khiển a) Các thiết bị được sử dụng trong đấu lắp tủ điện
Bảng 3.1 Thiết bị được sử dụng trong lắp đặt tủ điện
Khối Tên thiết bị Mã hiệu Hình ảnh
DVP-14SS2 Điều khiển bằng tay
36 b) Bản vẽ lắp ráp và bố trí thiết bị trong tủ điện
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí thiết bị trong tủ điện
Tủ điện được thiết kế theo cấu trúc lớp ngang, bao gồm PLC điều khiển ở trên cùng, tiếp theo là lớp relay đóng ngắt và hệ thống mạch lực điều khiển động cơ Hệ thống cầu đấu kết nối các đầu vào và ra của tủ điện, với các đầu dây được bóp cốt và đánh số rõ ràng, giúp dễ dàng xác định chức năng và sửa chữa khi cần thiết.
Hình 3.5: Tủ điện điều khiển máy ép lề tự động
Biến áp 220VAC/24VDC Relay điều khiển
Cầu đấu dây tín hiệu vào ra
Cầu đấu mạch lực động cơ
Khởi động từ cho bơm dầu bé c) Sơ đồ nút ấn trên bảng điều khiển
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí nút ấn trên bảng điều khiển
Hình 3.7: Sơ đồ đi dây bảng điều khiển
Bàn ép Càng xỏ Buộc dây Cửa ép
Tự động bằng tay tắt/ mở cảm biến và o ra và o ra bu ộc m ở m ở th u
3.1.3 Các cảm biến được sử dụng
Bảng 3.2: Các cảm biến sử dụng cho máy
Tên Mã hiệu Hình ảnh
Omron HL5030 Limit Switch, 125 VAC, 5 A,1 NC -
Phần mềm cho PLC của máy ép lề tự động
3.2.1 Giới thiệu về phần mềm lập trình Để lập trình cho PLC Delta PVP- 14SS2, phần mềm WPLsoft được Công ty Delta electronic tạo ra giúp cho lập trình viên giao tiếp với PLC Delta một cách thuận tiện nhất Ngôn ngữ được hỗ trợ bao gồm Code và Lader, trong đó Lader được sử dụng phổ biến vì tính tiện dụng cũng như biểu diễn chương trình một cách trực quan nhất
Hình 3.8: Giao diện của phần mềm WPLSoft 3.2.2 Lưu đồ thuật toán
Máy hoạt động với hai chế độ: bằng tay và tự động Chế độ bằng tay cho phép người công nhân điều khiển thông qua các nút nhấn trên bảng điều khiển, trong khi chế độ tự động mang lại sự tiện lợi chỉ với một nút nhấn để mở máy Lưu đồ thuật toán cho chế độ tự động của máy ép lề được xây dựng và thiết kế trên phần mềm Visio Microsoft.
Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán điều khiển máy ép lề tự động
Khi ấn nút START trên bảng điều khiển, chương trình khởi động và động cơ bơm dầu hoạt động, trong khi PLC thực hiện các chu trình đã được cài đặt Đầu tiên, chu trình ép diễn ra với độ dài được thiết lập sẵn, cảm biến sẽ đếm bằng hàm Counter và so sánh với giá trị ngưỡng cho đến khi giá trị thực đạt hoặc vượt ngưỡng, sau đó chuyển sang bước xỏ dây Hàm Limit được sử dụng để giới hạn vị trí biên của bàn ép trong quá trình thực hiện chu trình ép.
Khi thực hiện bước xỏ dây, máy bơm thứ hai sẽ được khởi động để bơm dầu tới động cơ, qua van phân phối, đẩy càng xỏ đến biên Tín hiệu từ cảm biến ở biên sẽ được gửi đến PLC, từ đó chương trình sẽ chuyển tiếp đến khâu cắt dây.
Cắt dây là quy trình bao gồm hai thao tác của van phân phối piston, trong đó piston đẩy dao cắt để cắt đứt dây thép buộc trong 2 giây và sau đó thu lại vị trí ban đầu Tiếp theo là khâu buộc, với móc xoắn được cài đặt mặc định là 6 vòng xoắn và 2 vòng tháo xoắn Cảm biến đếm vòng xoắn dây được lắp trong hộp buộc, gửi tín hiệu đến hàm đếm Counter Khi số vòng xoắn và tháo xoắn thực tế đạt giá trị đã được đặt trước, quá trình buộc sẽ hoàn tất.
Khi hoàn tất quá trình buộc, chương trình điều khiển van dầu sẽ đưa càng xỏ trở về vị trí ban đầu Khi càng xỏ đạt đến vị trí biên ngoài, bàn ép cũng được thu về vị trí ban đầu của nó Quá trình kết thúc tại đây.
3.2.3 Giải thích kí hiệu trong chương trình điều khiển máy ép lề tự động
Bảng 3.3: Chú thích kí hiệu Lader trên phần mềm WPLsoft
Tên Kí hiệu Chú thích
Tiếp điểm thường mở NO
Khi có dòng điện tiếp điểm đóng lại
Tiếp điểm thường đóng NC
Mở ra khi có dòng điện chạy qua Đầu ra tín hiệu
Thanh ghi D Nơi ghi dữ liệu vào bộ nhớ tạm (D0~D999)
Bộ đếm lên Đếm tăng các giá trị trong ô nhớ
Bộ đếm xuống Đếm giảm cá giá trị trong ô nhớ
Quay lại bước ban đầu
Hàm đếm tăng đầu ra giá trị được ghi tại thanh ghi
Bộ so sánh So sánh giá trị giữa các thanh ghi và xuất ra tín hiệu đúng /sai Kết thúc chương trình
3.2.4 Chương trình Lader trên phần mềm WPLsoft
KẾT LUẬN Kết luận về đề tài
1.1 Ưu điểm Để tài đã hoàn thành phần thiết kế cơ khí và điện điều khiển cho máy ép lề tự động Những kiến thức của các môn học như : Thiết kế chi tiết máy, thủy lực khí nén, kĩ thuật điều khiển tự động và lập trình PLC được áp dụng triệt để trong quá trình làm đồ án
Máy ép lề tự động đã trở thành lựa chọn ưu việt hơn so với máy ép lề đứng nhờ vào tính tiện dụng và năng suất vượt trội Sự chuyển đổi này không chỉ giúp giảm chi phí nhân công mà còn tiết kiệm thời gian lao động, mang lại hiệu quả cao hơn.
Trong quá trình làm việc, công nhân gặp khó khăn khi phải bỏ lề vào khoang ép Hơn nữa, việc bốc dỡ hàng lên xe vận chuyển yêu cầu sử dụng cẩu trục hoặc xe nâng để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Thiết kế máy còn hạn chế về mặt thẩm mỹ Một số cơ cấu còn cồng kềnh và chưa hợp lí
2 Nhận xét và kiến nghị
2.1 Nhận xét về tính kinh tế mà đề tài đem lại
Theo thống kê, nhà máy bao bì Tân Hưng đã tiết kiệm hơn 30 triệu đồng trong tháng 3 năm 2017 so với tháng 2 năm 2017 nhờ vào việc tăng khối lượng vận chuyển giấy lề từ máy ép lề tự động Chi phí vận chuyển này bao gồm các khoản chi cho dầu, nhân công, xe tải, phí đường bộ và bảo trì máy móc.
Máy ép lề tự động là giải pháp tối ưu cho nhà máy, giúp tăng doanh thu, giảm hao phí và mang lại sự tiện lợi trong quá trình tái chế.
Máy ép lề tự động không chỉ hữu ích cho nhà máy bao bì mà còn có thể được áp dụng trong các nhà máy tái chế vỏ lon kim loại, vỏ nhựa và trong quy trình đóng gói sản phẩm.
Để cải thiện quy trình sản xuất, máy ép lề cần được trang bị thêm quạt hút chân không, có nhiệm vụ hút lề từ các máy sản xuất và có cơ cấu dao cắt để nghiền nhỏ giấy trước khi đưa vào ống dẫn tới khoang ép Để dễ dàng bốc dỡ khối lề lên xe, việc lắp đặt hệ thống cẩu trục hoặc bàn nâng sẽ mang lại sự thuận tiện hơn.