Tính toán thiết kể hệ thống phân loại sản phẩm

Nhiệm vụ thiết kế: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM II. Số liệu cho trước : 1.Hệ thống cấp phôi tự động 2.Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi 3. Nguồn lực băn tải : Động cơ điện 4. Chiều dài băng tải : L=52cm 5. Thông số hình học phôi : Hình trụ h1=10cm , h2=5cm , h3=3cm ; d1=6cm ,d2=6cm ,d3=6cm Hình lập phương : h1=5cm ,h2=5cm ,h3=10cm 6. Trọng lượng phôi : Pmin=0,3Kg, Pmax=5,5Kg 7. Năng suất làm việc : N=18 sp/ph III. Nội dung thực hiện : 1.Tổng quan về hệ thống tự động hóa phân loại sản phẩm 2. Tính toán thiết kể hệ thống phân loại sản phẩm 3. Tính toán hệ thống dẫn động và truyền động điện 4. Tính toán điều khiển và sơ đồ thuật toán 5. Bản vẽ sơ đồ điện 6. Bản vẽ sơ đồ điều khiển và sơ đồ thuật toán

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ HỌC KỲ :20191

Đơn vị chuyên môn: Nhóm Cơ điện tử NĂM HỌC:2019-2020

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ MÃ HỌC PHẦN: ME4336

Thời gian thực hiện: 15 tuần: Mã đề :VCK06-02

Họ và tên : Phạm Văn Nhân MSSV:20163024 Mã lớp:687725 Chữ ký sv

Ngày giao nhiệm vụ: …/…/2019; Ngày hoàn thành: …/…/2019

Ngày …/…/20… Ngày …/…/20… Ngày …/…/20…

ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN NGƯỜI RA ĐỀ CB HƯỚNG DẪN

(ký,ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên)

_

I Nhiệm vụ thiết kế: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

II Số liệu cho trước :

1.Hệ thống cấp phôi tự động

2.Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi

3 Nguồn lực băn tải : Động cơ điện

4 Chiều dài băng tải : L=52cm

5 Thông số hình học phôi :

Hình trụ h1=10cm , h2=5cm , h3=3cm ;

d1=6cm ,d2=6cm ,d3=6cm

Hình lập phương : h1=5cm ,h2=5cm ,h3=10cm

6 Trọng lượng phôi : Pmin=0,3Kg, Pmax=5,5Kg

7 Năng suất làm việc : N=18 sp/ph

III Nội dung thực hiện :

1.Tổng quan về hệ thống tự động hóa phân loại sản phẩm

2 Tính toán thiết kể hệ thống phân loại sản phẩm

3 Tính toán hệ thống dẫn động và truyền động điện

4 Tính toán điều khiển và sơ đồ thuật toán

5 Bản vẽ sơ đồ điện

6 Bản vẽ sơ đồ điều khiển và sơ đồ thuật toán

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2 1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm 2

1.2.1 Khái niệm hệ thống phân loiaj sản phẩm 2

1.2.2 Ý nghĩa hệ thống phân loại sản phẩm với thực tế 3

1.3 Các phần tử cơ bản của hệ thống 4

1.3.1Hệ thống cấp phôi 4

1.3.2 Băng tải 5

1.3.3 Thiết bị dẫn động 6

1.3.4 Cảm biến 8

1.3.5 Cơ cấu chấp hành 10

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 11

2.1 Tính toán băng tải và chọn động cơ 11

2.2 Tính toán bộ truyền đai 16

2.2.1 Công suất thiết kế 16

2.2.2 Đường kính bánh đai 16

2.2.3 Chiều dày đai và khoảng cách tâm 16

2.3 Tính toán chọn xy lanh khý nén 17

2.3.1 Khái niệm 17

2.3.2 Tính toán chọn xy lanh 17

CHƯƠNG III TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đang đổi mới và bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vừa xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật, vừa phát triển nền kinh tế đất nước Điều đó đòi hỏi phải nghiên cứu và

áp dụng những dây chuyền, máy móc và thiết bị tiên tiến hiện đại, có khả năng tự động hóa cao để đưa công nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống Trong đó ngành cơ khí đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển của đất nước Để đáp ứng nhu cầu

to lớn của việc phát triển ngành Cơ khí nói chung ngành Cơ điện tử riêng, đòi hỏi phải

có đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ năng lực và trình độ chuyên môn

để kịp thời giải quyết mọi vấn đề liên quan đến kỹ thuật cơ khí, điện-điện tử và kỹ thuật phần mềm

Từ những thực tế trên, là sinh viên của ngành Cơ điện tử, từ những kiến thức đã

được học, em đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” Việc tạo ra

một hệ thống như vậy để thay thế con người trong công việc là vấn đề hết sức cần thiết Với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần em chưa nắm vững,

dù đã tham khảo nhiều tài liệu Khi thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản

phẩm”, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót hạn chế Kính mong

được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của các quý thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ Môn Gia công áp lực

và đặc biệt thầy TS Lê Trung Kiên đã hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi và

cho em nhiều kiến thức quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Nhân

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, việc tập trung hóa- tự động hóa công tác quản lí, giám sát và điều khiển các hệ thống tự động nhằm năng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tránh rủi ro tiết kiệm được chi phí Và hạn chế là một hướng tất yếu của quả trình sản xuất nào cũng không thể tránh khỏi, do thời gian cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ như hiện nay Cùng với sự phát triển vượt bậc của kĩ thuật vi điện tử , kĩ thuật truyền thông

và công nghệ phần mềm trong thời gian qua Và lĩnh vực điều khiển tự động đã ra đời, phát triển càng ngày đa đạng đáp ứng được các yêu cầu trong cuộc sống, đòi hỏi quá trình tự động trong các lĩnh vực công nghiệp Chính vì vậy phải lựa chọn quá trình điều khiển nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra cho ngành Đảm bảo điều kiện cơ sở vật chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất, dễ dàng bảo trì và sửa chữa hệ thống khi có sự cố

Thực tiễn đó đã đặt ra làm sao để quản lí các nhà máy sản xuất một cách linh hoạt

ổn định và phù hợp nhất, tiết kiệm nhất và phải an toàn Trước thời cơ và thách thức của thời đại, do đó sự nhận biết nắm bắt và vận dụng các thành tựu một cách có hiệu quả nền khoa học kĩ thuật thế giới nói chung và kĩ thuật điều khiển tự động nói riêng Sự áp dụng kĩ thuật điều khiển tự động đã được ứng dụng rộng rãi ở các nghành sản xuất lớn, doanh nghiệp lớn một cách nhanh chóng bên cạnh đó những doanh nghiệp vừa và nhỏ quy mô sản xuất thì ngược lại hoàn toàn chưa được áp dụng đặc biệt ở khâu cân sản phẩm và đóng gói bao bì, vẫn còn sử dụng sức người, chính vì vậy cho năng suất chưa hiệu quả Trên cơ sở thực tế khách quan, yêu cầu của xã hội của thế giới cũng như trong nước, đề tài này có nhiều tiềm năng nghiên cứu ứng dụng và khai thác một cách khả thi nhất tốt nhất có thể Việc ứng dụng kĩ thuật điều khiển vào “quá trình phân loại sản phẩm” là một trong những thành tựu đáng kể làm thay đổi một nền sản xuất cũ mang nhiều hạn chế Làm thay đổi cục diện của nền công nghiệp mạnh mẽ Chính vì vậy nó trở thành một vấn đề hứng thú đầy tiềm năng cho chúng em tìm hiểu xây dụng thiết kế cải tiến góp phần vào sự hoàn thiện và phát triển sâu, rộng của nó hơn nữa trong đời sống sản xuất của con người

1.2 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm

1 2.1 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự động nhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay

loại bỏ sản phẩm hỏng

- Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm

- Ví dụ :

sự tham gia của con người hay không mức độ đến đâu, điều khiển bằng PLC, vi xử lí

điện rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí

Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của phôi với nhau

1.2.2 Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người

Hệ thống phân loại sản ra đời hình thành và phát triển trong giai đoạn kinh tế của thế giới nói chung và của đất nước như hiện nay đã đánh dấu thêm những bước ngoặt quan trọng cho sự tiến bộ của khoa học- công nghệ kĩ thuật thực tế đã ứng dụng một cách tốt nhất cho những mục đích cao, khó của con người Có một tầm quan trọng ảnh hưởng lớn đến nền công nghiệp đặc biệt là đối với tình hình nước Việt Nam ta hiện nay làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho lại đáng kể cho cuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của con người hứa hẹn một sự phát triển vững mạnh và ổn định lâu dài Đồng thời cũng là nền tảng cho sự phát triển các tập đoàn kinh tế trên thế giới Một lần nữa khẳng định nó có vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triển cung cấp phân phối sản phẩm tới con người một cách tốt nhất, giúp đời sống con người được nâng cao hơn Vấn

đề số lượng và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thể nhận thấy rõ sự phân hóa

và đa dạng về mẫu mã chủng loại của sản phẩm và cũng thấy rõ chất lượng ngày càng được nâng cao và đáp ứng nhu cầu sức khỏe con người một cách hoàn hảo nhất Từ đây

sự thay thế của máy móc của các thiết bị hiện đại, đã giảm thiểu lớn thời gian lao động sức tiếp cho quá trình sản xuất cũng như trong các qua trình khác để tạo ra sản phẩm Nhận thấy một thế mạnh nữa rằng những công việc khó khăn phức tạp đã được thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi đó con người chỉ cần điều khiển hệ thống, máy móc, thiết bị… tại một buồng điều khiển riêng biệt Nhờ vậy mà sức khỏe và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cải thiện một cách rõ rệt

Không những vậy kể từ khi ra đời thì các vấn đề về sinh thái, sự ô nhiễm môi trường sống đang ở mức báo động, hay những biến đổi khí hậu của thiên nhiên đã có sự hình thành nhanh chóng gây ra những hậu quả vô cùng nguy hiểm Lâu dài nó sẽ làm cho sự tồn tại của con người không được bền lâu Bởi vậy, hệ thống phân loại sản phẩm

Vì vậy, quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết cần phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm Hệ thống cấp phôi tự động phải cung cấp phôi một cách kịp thời, chính xác, số lượng

Là một cơ cấu cấp phôi, sản phẩm vào cho băng tải, sản phẩm xuất ra được chia đều,từng sản phẩm 1 và các sản phẩm đi ra cách nhau 1 khoảng thời gian nhất định sao cho phù hợp với năng suất và vận tốc băng tải Đóng vài trò quan trọng cho quá trình bắt đầu của hệ thống

Căn cứ vào hình dạng phôi người ta chia làm các loại:

- Loại cấp phôi dạng cuộn

- Loại cấp phôi dạng thanh hoặc dạng tấm

- Loại cấp phôi dạng rời từng chiếc

Nhận xét: Mỗi kiểu cấp phôi trên mang tính đặc thù riêng và bản thân trong mỗi kiểu

cũng đã bao hàm nhiều dạng khác nhau Tùy theo công nghệ sản xuất mà người ta bố trí cấp phôi liên tục hay dán đoạn theo chu kì hoặc cấp phôi theo lệnh

Đây là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại sản phẩm Nó có nhiệm

vụ vận chuyển phôi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn Nguồn động lực chính của băng tải chính là đông cơ điện: động cơ một chiều, động cơ 3 pha lồng sóc hay servo… tùy vào yêu cầu hệ thống Để tạo ra momen đủ lớn cho băng tải cần nối trục động cơ với hộp giảm tốc rồi mới ra tải Hai đầu băng tải có puli băng tải là vòng kín quấn quanh puli này Băng tải làm từ vật liệu nhiều lớp, thường là hai có thể là caosu Lớp dưới là thành phần chịu kéo và tạo hình cho băng tải, lớp trên là lớp phủ

Ưu điểm của băng tải

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng

- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng

dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm

Các loại băng tải trên thị trường hiện nay

Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải sau:

Bảng 1.1 Danh sách các loại băng tải

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn Năng suất của băng tải loại này

có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn

Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn

phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ

vận chuyển sản phẩm nên trong đề tài em đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những

lý do sau đây:

- Tải trọng băng tải không quá lớn

- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

- Dễ dàng thiết kế chế tạo

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như: độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua

1.3.3 Thiết bị dẫn động

Là động cơ:

Động cơ chọn trong hệ thống: Động cơ điện một chiều Vì: kết cấu đơn giản, giá thành

tương đối hạ, dễ bảo quản

a) Khái niệm máy điện một chiều

Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn làm cuộn dây chuyển động Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng

b) Nguyên lý làm việc

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều,

1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ

là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường

bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Pha 1: Từ trường của Pha 2: Rotor tiếp tục Pha 3: Bộ phận chỉnh rotor cùng cực với stator, quay điện sẽ đổi cực sao cho sẽ

chuyển động quay của rotor cùng dấu, trở lại rotor pha 1

Hình 1.2 Động cơ

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt

động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng,

vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:

Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:

E= K.Ω (1)

V= E+Rư.Iư (2)

M= K Φ Iư (3)

Với:

- Φ: Từ thông trên mỗi cực (Wb)

- Iư: dòng điện phản ứng (A)

- Cảm biến hóa điện

- Cảm biến nhiệt điện

- Cảm biến điện tử và ion

- …

Theo tính chất nguồn điện:

- Cảm biến phát điện

- Cảm biến thông số

Theo phương pháp đo:

- Cảm biến biến đổi trực tiếp

- Cảm biến bù

Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng trong đồ án này em dùng cảm biến quang để phân loại sản phẩm Sản phẩm chạy trên băng truyền, kích hoạt cảm biến quang thứ nhất được phân loại là vật cao, kích hoạt cảm biến quang thứ hai là vật được phân loại là vật trung bình, còn sản phẩm không kích hoạt cảm biến nào thì là vật thấp Cảm biến quang sử dụng ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy bằng mắt thường

Nó gồm một nguồn phát quang và một bộ thu quang Nguồn quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo bước sóng Ở đồ án này ta sử dụng nguồn LASER Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện Ánh sáng do LASER phát ra tác động đến transitor thu quang Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến bộ thu được Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển Do cảm biến kết nối với mạch điều khiển nên điện áp của cảm biến là 24 VDC

Hình 1.3 Cảm biến quang

1.3.5 Cơ cấu chấp hành

Có thể sử dụng cơ cấu sinh lực bằng khí nén, bằng dầu ép, bằng lực ly tâm,

Trong đồ án này ta chọn cơ cấu sinh lực bằng khí nén để tạo ra lực đẩy phôi

Ta chọn cơ cấu xilanh khí nén vì nó có ưu điểm:

- Giá thành rẻ

- Lực kẹp đủ lớn, đều có thể kiểm tra, điều chỉnh dễ dàng trong quá trình làm việc

- Sử dụng đơn giản với sinh viên

- Dễ tìm mua trên thị trường

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

2.1 Tính toán băng tải và chọn động cơ

2.1.1 Thông số đầu vào:

- Hệ thống cấp phôi tự động

- Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi: khí nén

- Nguồn lực quay băng tải: động cơ điện

- Chiều dài băng tải: L= 52 cm

-Thông số hình học phôi:

h1 = 10 cm, h2 = 5 cm, h3 = 3 cm

d1 = 6 cm, d2 = 6 cm, d3 = 6 cm

- Trọng lượng phôi: P min = 0,3 Kg; Pmax= 5,5 Kg

- Năng suất làm việc: N = 18 sp/phút

 t là thời gian 1 sản phẩm chạy trên băng tải

 x là khoảng cách giữa các phôi

Thì x phụ thuộc vào n theo phương trình sau: