NGHIÊN cứu, THIẾT kế và CHẾ tạo mô HÌNH máy nƣớc ép TRÁI cây tự ĐỘNG

Hệ thống cấp phôi tự động Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động là giải quyết từng giai đoạn một cách triệt để trong tổng thể toàn bộ hê thống cấp phôi và phải được đặt trong từng điều k

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO DỰ ÁN CUỐI KỲ MÔN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC – KHÍ NÉN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

MÔ HÌNH MÁY NƯỚC ÉP TRÁI CÂY TỰ ĐỘNG

GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương

SVTH: Nguyễn Quốc Thắng MSSV: 17143144 SVTH: Nguyễn Quang Phúc MSSV: 17143126

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Nguyên lý thực hiện thủ công/máy hiện nay

2.2 Các phương án đề xuất

2.3 Xác định nguyên lý được chọn

2.4 Phân tích nguyên lý được chọn

2.5 Phân tích các nguyên công thực hiện

2.5 Mô hình hóa hệ thống cơ khí

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN 3.1 Tính toán xylanh 1 (xylanh chính)

3.2 Tính toán xylanh 2 (xylanh chính)

3.3 Tính toán xylanh 3 (xylanh chính)

3.4 Tính toán van

3.5 Tính toán nguồn khí, máy nén khí, bình chứa, van điều áp

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

4.1 Sơ đồ hành trình bước

4.2 Thiết kế hệ thống điện điều khiển tự động

4.3 Thiết kế hệ thống điện điều khiển với panel

4.4 Kết quả mô phỏng trên Fluid-Sim

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM

5.1 Kết quả chế tạo phần cơ khí

5.2 Kết quả chế tạo phần khí nén

5.3 Kết quả thiết kế phần điện điều khiển

5.4 Sản phẩm/Kết quả được thực hiện bởi hệ thống

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 1.1 Giới thiệu về máy ép nước trái cây tự động

Việt Nam luôn là một trong các quốc gia có sản lượng trái cây xuất khẩu cao Nhu cầu về thức uống giải khát từ trái cây cũng tăng cao, đa dang về loại Vì vậy, vai trò của chiếc máy nước ép trái cây là cực kì phù hợp và thiết yếu Hiện nay trên thị trường đã có rất nhiều hệ thống tự động phục vụ cho nhu cầu ép nước trái cây của người tiêu dùng Với mỗi loại máy khác nhau người ta sử dụng các công cụ hỗ trợ khác nhau trong việc xử từng loại trái đó Trong đề tài khí nén này, nhóm em dùng cơ cấu pittong xylanh và hệ thống khí nén để tự động hóa quá trình ép nước và đóng ly

1.2 Mô tả đặc điểm

Với hệ thống này, máy sẽ tự động ép và cắt những loại có thể dùng để làm nước, đồng thời máy sẽ tự động đóng ly và hoàn thành 1 sản phẩn là ly nước éo Máy thích hợp sử dụng cho các loại trái cây, củ quả có hình dạng tròn như cà chua, cam, quýt

1.3 Ứng dụng

Trong đời sống, máy ép nước trái cây được sử dụng rộng rãi để phục vụ nhu cầu giải khát của con ngừoi một cách dễ dàng và nhanh chóng

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài góp phần vào nghiên cứu, giải quyết các vấn ñề về tự động Tạo mô hình mới để tham khảo, nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế, ñồng thời làm tài liệu học tập và mô hình giảng dạy cho sinh viên

1.5 Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích của đề tài này trước tiên là để chế tạo thành công hệ thống máy ép và cắt trái cây với nhiều hình dạng kích thước một cách tự động Ngoài ra, nhóm em t thực hiện đề tài này còn mong muốn tích lũy thêm kinh nghiệm thông qua việc sử dụng những kiến thức đã học để thiết kế và chế tạo một sản phẩm thực tế có tính ứng dụng cao

1.5.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Máy cắt ép trái cây là đối tượng để nghiên cứu và đề tài này tập trung nghiên cứu và trình bày các vấn đề chủ yếu sau: cơ cấu cắt ép, cơ cấu cấp phôi, cơ cấu hoàn

thiện một sản phẩm gồm rớt đá lạnh và khuấy đường

1.6 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

Quy trình máy phân loại trái cây theo kích thước

Trái cây được đưa vào

1.7 Tính cấp thiết của đề tài

Tình hình phát triển sản xuất và nhu cầu con ngừoi cho thấy tiềm năng phát triển rất lớn Quy quá trình hoàn thiện một ly nước ép bao gồm các công đoạn sơ chế, vệ sinh, so sánh kích thước…cần con người và bất tiện ở những nơi bán hàng công cộng Hiện nay nhu cầu giải trí và tiêu dùng rất lớn, dựa trên nhu cầu cũng như tình hình thiết bị phụ trợ cho những công đoạn, nhóm đã nghiên cứu chế tạo máy nước ép tự động

Tóm lược các nội dung tập trung nghiên cứu để hoàn thành mục tiêu đề tài như sau: Đầu tiên, thiết kế mô phỏng và phân tích các yêu cầu cho các cơ cấu Nghiên cứu khảo sát và phân tích phần cơ khí của các máy từ đó xây dựng mô hình máy mẫu để chế tạo thử nghiệm Nghiên cứu chọn các thiết bị để vận hành máy Thực nghiệm, đánh giá hiệu chỉnh máy và ứng dụng

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Hệ thống cấp phôi tự động

Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động là giải quyết từng giai đoạn một cách triệt để trong tổng thể toàn bộ hê thống cấp phôi và phải được đặt trong từng điều kiện làm việc cụ thể của từng máy móc, thiết bị và công đoạn sản xuất Trong quá trình nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động thì mục tiêu chính cần phải đạt được đó

là hệ thống cấp phôi cần phải được hoạt động một cách ổn định và tin cậy, có nghĩa

là phải cung cấp một cách kịp thời, chính xác về vị trí trong không gian, đủ số lượng theo năng suất yêu cầu có tính đến lượng dự trữ và thu nhận sản phẩm sau khi sản xuất xong một cách an toàn và chính xác

Trong thực tế hiện nay của các ngành sản xuất nói chung, người ta đang sử dụng khá rộng rãi các cơ cấu cấp phôi bằng cơ khí, hoặc phối hợp cơ khí – điện, cơ khí – khí nén Với sự phát triển của lĩnh vực điều khiển tự động và Robot đã cho phép đưa vào các tay máy, người máy làm việc theo chương trình và dễ dàng thay đổi chương trình một cách linh hoạt thích ứng với các kiểu phôi liệu khác nhau khi cần thay đổi các sản phẩm Đây là một trong những tính chất rất quan trọng mà nhờ

nó có thể áp dụng công nghệ tiên tiến vào trong quá trình sản xuất dạng loạt nhỏ và loạt vừa mà vẫn có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao

Đảm bảo độ chính xác gá đặt cao vì trước khi phôi đến vị trí để cấp cho máy gia công thì nó đã được định hướng chính xác trong không gian và đúng tọa độ theo yêu cầu, đồng thời tốc độ di chuyển của phôi đã được điều chỉnh để phù hợp với cơ cấu gá đặt

Cải thiện được điều kiện làm việc cho công nhân: Giải phóng cho con người trong các công việc lao động phổ thông nhàm chán (như lặp dii lặp lại một động tác đơn giản): Trong các công việc nặng nhọc (như di chuyển và gá phôi có kích thước

và khối lượng lớn): Các công việc có thể gây ra nguy hại cho sức khỏe của người công nhân như các phôi liệu có thể có các cạnh sắc, ví dụ như các bivia, rìa mép của các phôi dập, rèn, đúc…; Các công việc gây sự mỏi mệt cho công nhân như phải tập trung chú ý để tìm, chọn, phân loại và định hướng (nhất là các chi tiết có hình dạng gần giống nhau hoặc khó phân biệt về hướng)

Đảm bảo an toàn cho người sử dụng và các máy móc thiết bị như: Có thể loại khỏi dây chuyền sản xuất các phôi có nhiều sai số và khuyết tật để đảm bảo sự làm việc ổn định cho thiết bị; Tránh tình trạng máy bị quá tải do lượng dư quá lớn hoặc không đều; Tránh được sự rung động và các tải trọng động có biên độ lớn trong quá trình gia công do các khuyết tật trên phôi Hệ thống cấp phôi tự động trước hết phải nằm trong các hệ thống sản xuất mang tính tự động từng phần hay toàn phần và không thể có hệ thống sản xuất tự động mà không có quá trình cấp phôi tự động

2.1.2 Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu nhất cho hệ thống

Tùy theo hình dạng phôi cũng như kích thước của từng loại phôi cần cung cấp cho từng hệ thống mà ta chia ra làm ba loại hệ thống cấp phôi chính là: hệ thống cấp phôi cuộn, hệ thống cấp phôi thanh, hệ thống cấp phôi rời

Hệ thống nước ép tự động có phôi cần cung cấp là các loại trái cho nước dạng tròn nên ta xem là phôi rời vì thế phương án cần chọn cho hệ thống máy nước ép tự động là hệ thống cấp phôi rời

2.1.3 Hệ thống cấp phôi rời bằng vít tải

Hình 3.2: Cấu tạo cơ cấu cấp phôi bằng vít tải

Hệ thống cấp phôi rời bằng vít tải: Vít tải là máy vận chuyển vật liệu rời chủ yếu theo phương nằm ngang Ngoài ra vít tải có thể dùng để vận chuyển lên cao với góc nghiêng có thể lên tới 90o, tuy nhiên góc nghiêng càng lớn hiệu suất vận chuyển càng thấp Vít tải gồm có một trục vít xoắn ốc quay được trong lòng một máng hình nửa trụ Trường hợp góc nghiêng lớn, vít tải quay trong ống trụ thay cho máng Máng của vít tải gồm nhiều đoạn dài từ 2 m đến 4 m, đuờng kính trong lớn hơn đường kính cánh vít khoảng vài mm, được ghép với nhau bằng bích và bulông Trục vít làm bằng thép ống trên có cánh vít Cánh vít làm từ thép tấm được hàn lên trục theo đường xoắn ốc tạo thành một đường xoắn vô tận Trục vít và cánh quay được nhờ các ổ đỡ ở hai đầu máng Nếu vít quá dài thì phải lắp những ổ trục trung gian, thường là ổ treo, cách nhau khoảng 3-4 m Khi trục vít quay sẽ đẩy vật liệu chuyển động tịnh tiến trong máng nhờ cánh vít, tương tự như chuyển động của bulông và đai ốc Vật liệu trượt dọc theo đáy máng và trượt theo cánh vít đang quay Vít tải

chỉ có thể đẩy vật liệu di chuyển khi vật liệu rời, khô Nếu vật liệu ẩm, bám dính vào trục sẽ quay theo trục, nên không có chuyển động tương đối giữa trục và vật liệu, quá trình vận chuyển không xảy ra Để có thể chuyển được các nguyên liệu dạng cục hoặc có tính dính bám, cần chọn loại cánh vít có dạng băng xoắn hoặc dạng bơi chèo, tuy nhiên năng suất vận chuyển bị giảm đáng kể

Ưu điểm của hệ thống cấp phôi bằng vít tải: Chúng chiếm chỗ rất ít, với cùng năng suất thì diện tích tiết diện ngang của vít tải nhỏ hơn rất nhiều so với tiết diện ngang của các máy vận chuyển khác Bộ phận công tác của vít nằm trong máng kín, nên có thể hạn chế được bụi khi làm việc với nguyên liệu sinh nhiều bụi Giá thành thấp hơn so với nhiều loại máy vận chuyển khác

Nhược điểm của hệ thống cấp phôi bằng vít tải: Chiều dài cũng như năng suất

bị giới hạn, thông thường không dài quá 30 m với năng suất tối đa khoảng 100 tấn/giờ Chỉ vận chuyển được vật liệu rời, không vận chuyển được các vật liệu có tính dính bám lớn hoặc dạng sợi do bị bám vào trục Trong quá trình vận chuyển vật liệu bị đảo trộn mạnh và một phần bị nghiền nát ở khe hở giữa cánh vít và máng Ngoài ra nếu quãng đường vận chuyển dài, vật liệu có thể bị phân lớp theo khối lượng riêng Năng lượng tiêu tốn trên đơn vị nguyên liệu vận chuyển lớn hơn so với các máy khác

2.1.4 Hệ thống cấp phôi rời bằng băng tải

Hình 3.3: Cấu tạo cơ cấu cấp phôi bằng băng tải

Băng tải là một máy vận chuyển vật liệu rời theo phương ngang bằng cách cho vật liệu nằm trên một mặt băng chuyển động Vật liệu sẽ được mang từ đầu nầy tới đầu kia của băng và được tháo ra ở cuối băng

Băng tải gồm một băng bằng cao su hoặc vải hoặc bằng kim loại được mắc vào hai puli ở hai đầu Bên dưới băng là các con lăn đỡ giúp cho băng không bị chùng khi mang tải Một trong hai puli được nối với động cơ điện con puli kia là puli căng băng Tất cả được đặt trên một khung bằng thép vững chắc Khi puli dẫn động quay kéo băng di chuyển theo

Vật liệu cần chuyển được đặt lên một đầu băng và sẽ được băng tải mang đến đầu kia Trong nhiều trường hợp cần phải tháo liệu giữa chừng có thể dùng các tấm gạt hoặc xe tháo di động Thông thường puli căng là puly ở vị trí nạp liệu, còn puli dẫn động ở phía tháo liệu vì với cách bố trí như vậy nhánh băng phía trên sẽ là nhánh thẳng giúp mang vật liệu đi dễ dàng hơn Để tránh hiện tượng trượt, giữa puli

và băng cần có một lực ma sát đủ lớn, do đó băng cần phải được căng thẳng nhờ puli căng được đặt trên mỗi khung riêng có thể kéo ra phía sau được

Ưu điểm của phương pháp cấp phôi rời bằng băng tải: Hệ thống băng tải được cấu tạo đơn giản, linh hoạt dễ dàng sử dụng mang lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất, hhả năng vận chuyển hàng hóa theo nhiều hướng khác nhau một cách dễ dàng và thuận tiện, băng tải có thể điều chỉnh độ nghiêng với khoảng cách lớn Các linh kiện, phụ kiện đều được đảm bảo chất lượng Năng suất vận hành cao, không gây tiếng ồn khi làm việc Số lượng vận chuyển lớn tùy thuộc vào loại băng tải Không tiêu hao nhiều điện năng trong quá trình vận hành Dễ dàng sửa chữa, bảo trì khi gặp sự cố Giá thành hợp lý

Nhược điểm của phương pháp cấp phôi rời bằng băng tải: Vốn đầu tư ban đầu lớn Một số hệ thống băng tải khó di chuyển, không vận chuyển được các sản phẩm quá kích cỡ Đối với các sản phẩm hạt, vụn… có thể bị hoa hụt, rơi vật liệu trong quá trình vận chuyển Khi vận chuyển xa và địa hình không thẳng đòi hỏi phải có nhiều hệ thống kết hợp lại với nhau

Các đặc điểm của hệ thống cấp phôi rời bằng băng tải: Không làm hư hỏng vật liệu

do vật liệu không có chuyển động tương đối với mặt băng Có thể áp dụng cho nhiều loại sản phẩm khác nhau như các loại vật liệu rời, vật liệu đơn chiếc hoặc các loại vật liệu không đồng nhất, có khả năng vận chuyển tương đối xa Chiếm nhiều diện tích và không gian lắp đặt và tiêu tốn năng lượng trên một đơn vị khối lượng vận chuyển tương đối cao

2.1.5 Hệ thống cấp phôi rời bằng gàu tải

Gàu tải là thiết bị vận chuyển vật liệu rời theo phương thẳng đứng Cấu tạo của gàu tải gồm có hai puli đặt trong một thân làm bằng thép mỏng Một đai dẹt trên đó

có bắt các gàu múc được mắc vào giữa hai puli Puli trên cao được truyền động quay nhờ động cơ điện thông qua hộp giảm tốc, còn puli dưới được nối với bộ phận căng đai có nhiệm vụ giữ cho đai có đủ độ căng cần thiết bảo đảm đủ lực ma sát giữa đai và puli

Vật liệu được mang lên cao nhờ các gàu múc di chuyển từ dưới lên Gàu múc vật liệu từ phía chân gàu đi lên phía trên và đổ ra ngoài theo hai phương pháp chủ yếu là đổ nhờ lực ly tâm và nhờ trọng lực Ở phương pháp ly tâm, gàu chứa đầy vật liệu khi đi vào phần bán kính cong của puli trên sẽ xuất hiện lực ly tâm, có phương thay đổi liên tục theo vị trí của gàu Hợp lực của trong lực và lực ly tâm làm cho vật liệu văng ra khỏi gàu và rơi xuống đúng vào miệng ống dẫn vật liệu ra Lực ly tâm sinh ra phụ thuộc vào vân tốc quay của puli, nếu số vòng quay của puli lớn, lực ly tâm lớn làm vật liệu văng ra ngoài sớm hơn, rơi trở lại chân gàu Nếu quay chậm, lực ly tâm nhỏ vật liệu ra khỏi gàu chậm và không văng xa được, do đó vật liệu không rơi đúng vào miệng ống dẫn vật liệu Số vòng quay của puli phải phù hợp mới có thể đổ vật liệu đúng vào ống dẫn vật liệu ra

Ưu điểm của phương pháp cấp phôi rời bằng gầu tải: Khả năng vận chuyển lớn,

có khả năng vận chuyển được vật liệu ở nhiệt độ cao, có khả năng vận chuyển vật liệu lên rất cao

Nhược điểm của phương pháp cấp phôi rời bằng gầu tải: Chi phí lắp đặt cao và kết cấu, trọng lượng gầu tải lớn

Hình 3.4: Cấu tạo cơ cấu cấp phôi bằng gàu tải

2.1.6 Hệ thống cấp phôi rời bằng phễu rung

Cấu tạo của ống quay: Ống quay có thể được gắn thêm phễu phụ nhỏ 2 như hình b, c và bên trên có gắn thêm một chốt 3 để đảo phôi tránh cho phôi bị kẹt trog quá trình định hướng

1: Phễu cố định 2: Phễu quay 3: Chốt gạt

Hình 3.5: Cấu tạo cơ cấu bằng phễu rung

Nguyên lý làm việc của phễu cấp phôi làm việc như sau: Phôi được chứa lộn xộn trong phễu cố định 1 Khi hoạt động thì ống quay 2 sẽ quay làm xáo trộn phôi

và làm cho phôi rơi theo đường ống của phễu quay theo trục tâm thẳng đứng theo đúng hướng ta mong muốn Có thể dùng hệ thống bánh răng côn hộp giảm tốc và động cơ để truyền động cho ống quay 2

Ưu điểm: Định hướng chính xác và không gây kẹt phôi

Nhược điểm: Năng suất không cao, kết cấu phức tạp, khó thi công, giá thành cao

3.1.7 Hệ thống cấp phôi rời kiểu giá nâng

Nguyên lý làm việc và năng suất của phễu cấp phôi kiểu giá nâng là khi phôi chứa trong phễu giá nâng tịnh tiến xuống vị trí thấp nhất (đáy phễu), phôi lên mặt nghiêng của giá, giá sẽ tịnh tiến lên vị trí cao, lúc đó phôi lăn vào máng và được đưa tới vị trí gia công nhờ băng tải hoặc cơ cấu đẩy cơ khí

Hệ thống cấp phôi kiểu giá nâng phù hợp với kiểu phôi có dạng trục dài, tròn v.v… đối với cơ cấu cấp phôi kiểu giá nâng thì năng suất cung cấp phôi sẽ không cao nhưng lại đảm bảo được tính chính xác và nhịp độ hoạt động của máy, để năng cao năng suất của máy có thể lắp hai giá nâng trong cùng một phễu

Dung tích của phễu phải phù hợp với năng suất máy Để truyền động cho các chuyển động trong phễu, có thể dùng khí nén, thủy lực, động cơ và bộ truyền cơ khí, nhiều khi cũng có thể lấy từ một xích truyền động từ máy cắt Khi thiết kế cần lựa chọn giá nâng phù hợp với từng loại phôi cần cung cấp

Ưu điểm của cơ cấu cấp phôi rời bằng giá nâng: Dễ thiết kế gọn nhẹ, kết cấu đơn giản, giá thành chế tạo rẻ

Nhược điểm của cơ cấu cấp phôi rời bằng giá nâng: Năng suất không cao, dễ kẹt phôi

1: Phễu chứa phôi

2: Cơ cấu cam đẩy

3: Cơ cấu định hướng đứng 4: Phôi 5: Máng dẫn 6: Cơ cấu gạt

Hình 3.6: Cấu tạo cơ cấu cấp phôi giá nâng bằng cơ cấu cam

Kết luận chọn ra phương án phù hợp cho hệ thống rút ruột chanh dây tự động:

Qua tất cả các phương pháp cấp phôi rời: Vít tải, băng tải, gầu tải, giá nâng mỗi phương án đều có ưu điểm và nhược điểm cho từng loại nhưng cơ cấu giá nâng là phù hợp nhất đối với hệ thống rút ruột chanh dây tự động vì phôi cần cung cấp đúng theo nhịp đảm bảo độ chính xác và nhất là ít làm ảnh hưởng đến chất lượng của phôi, dễ thiết kế chế tạo ít cơ cấu chuyển động tiết kiệm được thời gian chế tạo, hạ giá thành hệ thống nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả của cơ cấu mang lại cũng như kích thước cơ cấu gọn nhẹ làm giảm kích thước hệ thống cũng như khối lượng nên dễ vận chuyển hệ thống

2.2 Thiết kế hệ thống cơ cấp phôi tự động

Như vậy sau khi phân tích và chọn được phương án cấp phôi cho hệ thống phân loại trái cây tự động là cơ cấu cấp phôi bằng lực đẩy của xylanh Trong cơ cấu này

ta sẽ cần tính toán và thiết kế kích thước bệ đỡ cũng như lực đẩy của xylanh Trong phần này ta phải thiết kế cơ cấu cấp phôi sao cho phù hợp

- Phôi ở đây là các loại trái cây có kích thước vừa và nhỏ dạng tròn: chọn đường dẫn phôi có bề rộng từ 12 đến 15 cm