Đồ án môn học Tự động hóa sản xuất

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Lời mở đầu

Trong thời đại ngày nay , các loại máy móc ít nhiều đều có tính chất tự động hoặc

bán tự động . Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng và sản xuất thực phẩm ,

các hệ thống máy tự động đang ngày càng chiếm vai trò then chốt trong việc làm giảm

giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động . Đối với khâu đóng gói sản phẩm , việc

sử dụng các loại máy tự động để thay thế cho công việc đóng gói thủ công là một đều tất

yếu vì đây là khâu tốn rất nhiều sức lao động cho những công việc lặp đi lặp lại một

cách không cần thiết .

Do đó , trong hoàn cảnh nước ta hiện nay , nhu cầu đối với các loại máy đóng gói

là rất lớn và rất đa dạng . Tuy nhiên , lâu nay thị trường này vốn thuộc về các nhà sản

xuất thiết bị nước ngoài với rất nhiều ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm , việc sản

xuất máy móc trong nước thường không đáp ứng tốt về mặt chất lượng và năng suất mặc

dù vẫn có ưu thế về giá thành . Vì vậy , đòi hỏi bức bách đối với lớp kỹ sư trẻ hiện nay

là phải thiết kế những loại máy ngày càng tốt hơn trên cơ sở kế thừa những thành tựu đã

đạt được của những đàn anh đi trước và mạnh dạn áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới nhất

của thế giới vào việc thiết kế và tiến tới chế tạo các loại máy móc đa dạng đáp ứng nhu

cầu của sản xuất và đời sống .

Mặc dù việc thiết kế các loại máy công nghiệp rất phức tạp và chắc chắn không

tránh khỏi sai xót do trình độ và kinh nghiệm thực tế của sinh viên nước ta vẫn còn thấp

so với các nước, nhưng hy vọng rằng với sự dìu dắt của các thầy cô và sự nổ lực tự thân

của các sinh viên trẻ , trong tương lai gần chúng ta sẽ tự sản xuất được những loại máy

đáp ứng được đòi hỏi của thị trường . Một ngày nào đó , chúng ta sẽ bắt kịp trình độ

công nghệ của thế giới . Ngày đó sẽ đến !

- 1 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Chương I

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA MÁY ĐÓNG GÓI

Trong xã hội hiện nay , mọi sản phẩm sau khi sản xuất ra đều phải được bao

gói dưới nhiều dạng khác nhau nhằm mục đích bảo quản sản phẩm lâu dài , giữ vệ sinh ,

tiện lợi trong vận chuyển , tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm . Mặt khác , đóng gói

cũng là một cách để định lượng nhất là đối với những mặt hàng tiêu dùng và thực

phẩm . Tùy theo hình dạng và kết cấu của sản phẩm mà có những cách đóng gói khác

nhau . Các loại máy đóng gói có thể được phân loại như sau :

- Máy đóng gói vật liệu dạng khối : máy đóng gói mì ăn liền , bánh kẹo , xà

bông …

- Máy đóng gói vật liệu dạng lỏng : máy đóng gói sữa , dầu sa-tế , dầu gội đầu

…

- Máy đóng gói vật liệu dạng rời : máy đóng gói đường , bột ngọt , cà phê , bột

giặt ...

Đối với máy đóng gói , khâu định lượng là khâu quan trọng nhất . Ứng với sai số

cho phép , sẽ có những cách định lượng khác nhau nhưng căn bản được chia làm hai

dạng : định lượng theo thể tích và định lượng theo trọng lượng .

Cơ cấu định lượng theo thể tích thường được dùng với vật liệu dạng rời , có ưu

điểm là đơn giản và dễ chế tạo nhưng không thể mang lại độ chính xác cao khi so sánh

với cơ cấu định lượng theo trọng lượng . Định lượng theo thể tích có thể dùng kiểu tang

quay , kiểu đĩa , kiểu vít xoắn , kiểu rung …

Vật liệu để chế tạo cơ cấu định lượng dùng trong các máy đóng gói thực phẩm

thường là inox để đảm bảo tính thẩm mỹ cũng như chất lượng và vệ sinh thực phẩm .

Ngoài ra cũng có thể sử dụng nhựa hay các loại vật liệu khác nhưng không phổ biến .

Máy đóng gói thường gặp phải sai số ở bộ phận cắt bao (cắt không đúng vị trí vạch

đánh dấu) do đó phải có một cơ cấu làm nhiệm vụ bù trừ sai số này (có thể dùng hệ

thống bánh răng vi sai hoặc bù trong quá trình điều khiển) .

Máy đóng gói cà phê được thiết kế trong đồ án này thuộc dạng máy đóng gói vật

liệu rời với kiểu định lượng bằng thể tích , có khả năng thay đổi trọng lượng cần định

lượng và thay đổi kích thuớc bao .

- 2 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Chương II

THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ

I . Yêu cầu kỹ thuật của máy

Máy dùng để đóng gói sản phẩm là gói cà phê ( ví dụ như cà phê Trung

Nguyên) có trọng lượng 100 ÷ 500 g / gói , năng suất từ 30 đến 45 gói trong 1 phút với

dạng bao có nếp gấp hai bên hông và ba đường hàn ( hai đầu bao và dọc theo chiều

dài bao) với mặt cắt ngang có hình dạng như sau

Hình 1

Chất liệu bao gói là màng OPP dạng cuộn có đường kính từ 250 ÷ 450 mm bề

rộng bao là 230 mm

Kích thước của gói 100 g :

Hình 2

- 3 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Mặt cắt ngang của bao 100 g (khi được căng theo hai chiều) :

Hình 3

Bề rộng các mép hàn là 10 mm , độ sai lệch cho phép là 0,5 mm .

Yêu cầu quan trọng của máy là phải cắt bao đúng vị trí những đường vạch trên mép

bao (vạch màu trắng trên nền nâu) do đó cần có các cảm biến nhận diện vị trí cắt và phải

tiến hành bù trừ đi sai số phát sinh do việc chế tạo máy không chính xác , sai số do in sai

vị trí vạch , sai số do biến dạng nhiệt của bao và của máy .

Nhiệt độ cần thiết để hàn bao là khoảng 160ºC

Khung máy làm bằng thép ống vuông 40×40 mm gắn với nhau bằng mối hàn và

được bọc bên ngoài bằng tole inox 1.5 mm .

Tấm đỡ các trục là thép tấm dày 8 mm được hàn vào khung máy . Đế của

khung máy cũng được làm bằng thép tấm 10 mm .

Do yêu cầu về mặt chất lượng cà phê và đảm bảo vệ sinh thực phẩm nên các cơ cấu

tiếp xúc trực tiếp với bao gói và cà phê như các con lăn căng bao , bộ phận tạo hình ,

phễu cấp liệu , trục con lăn ép , mâm gạt bột , cơ cấu định lượng đều được làm bằng

inox .

Dưới chân máy có thể lắp các bánh xe để di chuyển tiện lợi .

Máy không được quá cao gây khó khăn cho quá trình cấp liệu .

Ngoài ra , còn có các yêu cầu về mặt thẩm mỹ và kết cấu hợp lý để khi vận hành

người công nhân không bị vướng víu gây khó khăn , yêu cầu về việc vận hành phải đơn

giản , bảo quản và bảo dưỡng máy dễ dàng .

- 4 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

II. Các phương án thiết kế máy

1) Phương án 1 – Máy đóng gói hoạt động theo nhịp

Ở phương án này máy hoạt động theo nhịp sản xuất được tạo bởi ly hợp hay cơ cấu

Man . Vì làm việc theo nhịp , lực căng của cuộn bao gói sẽ thay đổi liên tục do đó cần

có cơ cấu điều hòa lực căng để máy hoạt động chính xác . Ưu điểm của dạng thiết kế

này là hệ thống điều khiển đơn giản , mỗi khi cảm biến quang phát hiện thấy vạch định

vị thì bộ phận điều khiển phát lệnh cấp liệu và hàn (hàn dọc bao và hàn hai đầu bao đều

bằng thanh kẹp , không dùng con lăn) do đó không cần hệ thống bù vi sai , hoạt động

chính xác hơn . Nhược điểm lớn nhất của loại này là năng suất không cao do có những

khoảng thời gian chờ giữa các động tác của các cơ cấu do ảnh hưởng của quán tính .

2) Phương án 2 – Máy đóng gói hoạt động liên tục

Đây là phương án được dùng phổ biến vì cho năng suất cao . Đặc điểm của hệ

thống loại này là luôn luôn xuất hiện sai số ở vị trí cắt giữa các gói , sai số này xuất hiện

do nhiều nguyên nhân , trong đó hai nguyên nhân chủ yếu là sai số hệ thống của máy và

sai số ngẫu nhiên ở khoảng cách của hai vạch liên tiếp trên bao gói (do sự biến dạng

nhiệt hoặc do in sai vị trí) . Do đó hệ thống này đòi hỏi phải có cơ cấu bù trừ sai số này,

cơ cấu này sẽ hoạt động liên tục làm cho sai số dao động trong một phạm vi cho phép .

Ngoài ra ta cũng có thể bù trừ sai số này bằng giải thuật điều khiển .

Qua phân tích ở trên , ta thấy phương án hai đáng lựa chọn hơn vì trong hoạt động

sản xuất ngày nay , yếu tố năng suất luôn được đặt lên hàng đầu và việc chế tạo hệ thống

bù trừ sai số vị trí cắt cũng không quá phức tạp . Như vậy phương án hai sẽ được sử

dụng trong khuôn khổ đồ án này với việc bù trừ sai số bằng giải thuật điều khiển .

III . Nguyên lý làm việc của máy

Sơ đồ nguyên lý của máy :

- 5 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Hình 4

Bao cuộn được đưa vào trục đỡ có gắn bạc chặn hai đầu 1, đầu bao được kéo qua

các con lăn căng bao 2 và con lăn đều hòa lực căng bao bằng trọng lượng trục đến bộ

phận tạo hình ban đầu 4 rồi đến bộ phận tạo hình chính 5 . Tại đây bao được uốn theo

hình dáng yêu cầu rồi đưa qua cặp con lăn ép 6 tạo nếp để đến phễu cấp liệu 7 . Sau đó

bao được kéo cuốn qua cảm biến quang 8 để xác định chiều dài bao , tiếp tục đến cặp

con lăn hàn 9 ( hàn dọc chiều dài bao) , rồi đến cặp con lăn cuốn bao 10 (là nguồn động

lực kéo bao) . Cuối cùng bao đi đến bộ phận hàn đáy bao 11 (đồng thời hàn đầu bao của

bao trước đó) và cắt . Kết hợp với chuyển động cuốn bao và cắt bao là chuyển động theo

- 6 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

nhịp của cửa cấp liệu và chuyển động quay để trộn và cấp liệu của mâm gạt bột 13 đặt

bên dưới thùng chứa liệu 12 .

Bao được định hình bởi bộ phận tạo hình có hình dạng như sau :

Hình 5

Bộ phận tạo hình được lắp trên các rãnh trượt để có thể điều chỉnh ra vào , lên

xuống để phù hợp với sự chuyển động của bao .

Nhiệt độ để hàn loại bao này khoảng 160°C . Bao được hàn mí (dọc bao) thông

qua cặp con lăn hàn bao được gia nhiệt bằng điện trở gắn ở lòng trục con lăn (điện trở

không quay theo con lăn) , bề mặt con lăn có khía nhám để bao không trượt và để truyền

nhiệt tốt hơn . Hai đầu bao được hàn bằng cặp má hàn làm bằng đồng (Cu) được gia

nhiệt bằng điện trở đặt bên trong và trượt (nhờ lực của cặp xylanh khí nén) trên cùng

một đường ray là hai thanh ray hình trụ gắn theo phương ngang và song song với nhau

như hình vẽ sau

- 7 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Hình 6

Bộ phận định lượng là một hộp vuông có thể tích chứa đủ lượng vật liệu cần cấp

cho mỗi gói . Hộp định lượng (hình 7) được đẩy bởi một xylanh khí nén làm hộp

di chuyển qua lại giữa cửa cấp và cửa xả . Để cho cà phê không đóng thành vòm trên

cửa cấp (hiện tượng rất thường gặp đối với vật liệu rời) và để trộn di chuyển vật liệu từ

những nơi khác đến cửa cấp liệu ta dùng một cơ cấu tay gạt quay quanh tâm của thùng

chứa liệu với tốc độ được điều chỉnh bằng biến tần sao cho phù hợp với tốc độ đóng mở

của cửa cấp liệu (chỉ cần phù hợp một cách tương đối) .

Hình 8

- 8 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Hình dáng trục con lăn ép mí bao như sau :

OÅ tröôït

OÁng chöùa cuoän ñieän t

Hình 9

Vì trục con lăn hàn mí bao hoạt động ở nhiệt độ cao (khoảng 160°C) nên ta không

dùng ổ lăn mà dùng ổ trượt (bạc thau) tự chế tạo và được chỉnh sửa kỹ trong quá trình

chạy thử máy để đảm bảo máy hoạt động tốt ở nhiệt độ yêu cầu .

Do sự sai lệch ngẫu nhiên của khoảng cách giữa hai vạch chia liên tiếp trên chiều

dài bao và sai số trong việc chế tạo các chi tiết cơ khí của máy nên sau một thời gian

vận hành máy sẽ xuất hiện sai lệch cắt bao do đó đòi hỏi phải có một cơ cấu bù sai

số. Thông thường có hai dạng bù sai số là bù bằng cơ khí và bù bằng điều khiển . Trong

khuôn khổ đồ án này tôi xin chọn phương pháp bù bằng cách thay đổi thời gian đóng mở

cửa cấp liệu và đóng mở hệ thống hàn và cắt đáy bao thông qua một encoder đo góc

quay của trục cuốn kết hợp với cảm biến quang nhận diện chiều dài bao và cảm biến từ

gắn ở bộ phận hàn và cắt bao .

Động cơ cần nhiều tốc độ hoạt động (để tiện cho việc cân chỉnh máy và lắp đặt bao

gói và hệ thống lúc đầu mỗi chu kỳ hoạt động) nên ta cần dùng bộ phận thay đổi tốc độ

động cơ , trong trường hợp này ta dùng biến tần . Biến tần hoạt động theo nguyên lý

thay đổi tần số cung cấp cho động cơ dẫn đến làm thay đổi vận tốc động cơ .

- 9 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Chương III

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

I. Tính động học máy

Năng suất của máy : khoảng 40 gói/phút .

Động cơ được sử dụng là loại động cơ ba pha không đồng bộ . Do yêu cầu cần có

những tốc độ khác nhau khi vận hành và điều chỉnh máy nên động cơ được điều chỉnh

tốc độ bằng biến tần .

Chọn sơ bộ vận tốc động cơ là 1420 vòng/phút .

Để thuận lợi trong tính toán và thiết kế ta chọn chu vi con lăn cuốn bằng chiều

dài bao tức là bằng 195 mm . Vì vậy đường kính con lăn cuốn bao sẽ là :

d_cc= 0,195/π = 62,07 mm

Lấy d_cc= 62 mm . Sai số sẽ được bù trừ bằng hệ thống bù sai số hoạt động theo

một encoder đo góc .

Đường kính con lăn hàn bao :

d_ch= 76 mm .

Tỷ số truyền từ động cơ chính đến trục cuốn :

u_t= 1420/40= 35,5

Để phù hợp với thực tế chọn tỷ số truyền là 35 .

Chọn tỷ số truyền của bộ truyền xích chính là u_x= 2,5 .

Suy ra tỷ số truyền của hộp giảm tốc u_h= 35/2,5 = 14 .

Ở đây ta sử dụng loại động cơ có gắn sẵn hộp giảm tốc với u_h= 14

Vậy số vòng quay trục cuốn ứng với tỷ số truyền được chọn như sau

n_cc= 1420/35 = 40,57 gói/phút .

Năng suất thực tế ứng với số vòng quay trục cuốn :

- 10 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

N = 40,57×π×0,062/0,195 = 40,52 gói/phút .

Thời gian đóng gói một bao cà phê

T = 60/40,52 = 1,48 s

Tốc độ quay của mâm gạt bột (4 tay gạt bột) bằng 1/4 tốc độ quay của trục cuốn

bao , được tạo bởi một động cơ tích hợp hộp giảm tốc thứ hai hoạt động độc lập với hệ

thống cuốn bao nhưng tốc độ cũng được điều chỉnh tăng giảm theo tốc độ cuốn bao

bằng biến tần .

Vận tốc dài của bao là :

v = 40,52×0,195 = 7,901 m/ph = 0,132 m/s

Vận tốc quay nhỏ nhất của cuộn bao (ứng với đường kính lớn nhất là d_c= 450

mm):

7,901

n

c

=

= 5,59 vòng/phút .

π×d^{c max}

Vận tốc quay lớn nhất của cuộn bao (ứng với đường kính nhỏ nhất khi hết bao là

d_c= 125 mm):

7,901

nc

=

= 20,12 vòng/phút .

π×d^{c min}

Vận tốc quay của các trục căng bao và trục cán nếp (có đường kính giống nhau d_t

= 28 mm)

7,901

n

t

=

= 89,82 vòng/phút

t

π×d

Vận tốc quay của con lăn hàn bao (đường kính d_ch= 76 mm)

7,901

nt

=

= 33,09 vòng/phút

π×d^ch

Trục của encoder không gắn trực tiếp vào trục của con lăn cuốn bao mà đuợc

truyền qua một bộ truyền bánh lăn với tỷ số truyền u_e= 5 . Vậy vận tốc của trục

encoder là

n_e= 40,57×5 = 202,85 vòng/phút .

- 11 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

II. Động lực học

Các lực tạo ra tải trọng trong quá trình vận hành máy bao gồm :

1. Lực quán tính của cuộn bao .

2. Lực ma sát tại các ổ lăn của : trục đỡ cuộn bao , các trục căng bao , cặp trục

cán mép bao , hai cặp ổ lăn của cặp con lăn cuốn bao .

3. Lực ma sát sinh ra trên các cặp ổ trượt : cặp ổ trượt của cặp con lăn dẫn bao ,

hai cặp ổ trượt của cặp con lăn hàn bao .

4. Trọng lượng của một trục căng bao .

5. Lực ma sát sinh ra giữa bao và bộ phận tạo hình (gồm bộ phận tạo hình ban

đầu và bộ phận tạo hình chính) .

6. Lực ma sát sinh ra giữa phễu cấp liệu và bao .

7. Trọng lượng của gói cà phê chưa cắt (lực này biến đổi theo chu kỳ) .

8. Hao phí trên bộ truyền xích .

9. Hao phí trên hộp giảm tốc .

1. Tính lực quán tính của cuộn bao

Khi máy khởi động , động cơ cần sinh ra lực kéo đủ lớn để thắng quán tính của

cuộn bao , đây cũng là lúc tải trọng đặt lên động cơ là lớn nhất .

Khối lượng của cuộn bao đường kính 450 mm là m = 5 kg .

Suy ra trọng lượng của cuộn bao gói khoảng 50N

Trọng lượng của các bộ phận chặn hai đầu trục đỡ và ống lót là 59 N

Vậy tổng trọng lượng cần tải là

Q₁= 50 + 59 = 109N

Mô hình tính toán như sau :

- 12 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

M_qt

R

r

m

F₁

F₁– lực kéo của động cơ tác động lên cuộn bao .

M_qt– mômen quán tính của cuộn bao đối với tâm trục quay .

m – khối lượng của cuộn bao .

Từ phương trình cân bằng mômen quanh trục quay ta xác định được F :

M

qt

J

z

×ε

J

z

×a m×a × R²

F1

=

= 0,72N

R

R²

2×R²

Trong công thức trên a là gia tốc dài của bao , vì thời gian mở máy đối với động

cơ công suất nhỏ là rất nhanh nên ta lấy a = v = 0,132 m/s .

2. Lực ma sát tại các cặp ổ lăn trên trục đỡ cuộn bao , các trục trung gian (7

trục), trục cán mép (2 trục) và trục hàn bao

Các lực này ta không cần tính mà chỉ cần dựa vào hiệu suất của các cặp ổ lăn

(η_ol= 0,99) để tăng thêm lực kéo của động cơ .

Ở đây ta thấy có 11 cặp ổ lăn như lực kéo sẽ tăng thêm 1/0,99¹¹= 1,117 lần .

3. Lực ma sát tại cặp ổ trượt trên trục cuốn

Tương tự như trên ta cũng không tính lực này mà chỉ dựa vào hiệu suất của ổ

trượt (η_ot= 0,98) để tăng tương ứng lực kéo của động cơ .

- 13 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Như vậy lực kéo sẽ phải tăng thêm 1/0,98 = 1,02 lần .

4. Trọng lượng của trục căng bao bằng trọng lượng

Trọng lượng của trục đều hòa lực căng tính được như sau :

Q₂= 70,4 N

Kích thước trục như sau :

5. Lực ma sát sinh ra giữa bao và các bộ phận tạo hình

a) Đối với bộ phận tạo hình ban đầu

Lực căng bao tác dụng lên bao tại bộ phận tạo hình ban đầu cũng là lực kéo của

động cơ lên các bộ phận trước bộ phận tạo hình (gồm có 7 cặp ổ lăn):

F₂= (F₁+ Q)/(0,99⁷) = 76,3 N .

- 14 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Lực ma sát sinh ra trên bộ phận tạo hình ban đầu :

F

_ms1= k×F₂×cos71,3 = 9,8N

Trong công thức trên k = 0,4 là hệ số ma sát giữa bao và inox được xác định qua

thí nghiệm .

Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình ban đầu là

F₃= F₂+ F_ms1= 76,3 + 9,8 = 86,1N

b) Đối với bộ phận tạo hình chính

Boä phaän taïo hình

chính

Boä phaän taïo hình

ban ñaàu

- 15 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Lực ma sát sinh ra trên bộ phận tạo hình ban đầu :

F

_ms2= k×F₃×cos85,75 = 2,6N

Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình chính là :

F₄= F₃+ F_ms2= 86,1 + 2,6 = 88,7N

6. Lực ma sát sinh ra giữa bao và phễu cấp liệu

Pheãu caáp lieäu

Lực kéo cần có của động cơ sau cặp trục tạo nếp :

2

F₅= F₄/η_ol= 90,5N

Lực ma sát sinh ra trên phễu cấp liệu :

F_ms3= k×F₅×cos84,92 = 3,2N

Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình chính là :

F₆= F₅+ F_ms3= 90,5 + 3,2 = 93,7N

Lực kéo cần thiết của động cơ sau trục cuốn (trừ đi hao phí trên cặp ổ trượt của

cặp con lăn dẫn bao trước encoder , cặp ổ trượt trên trục hàn bao , cặp ổ lăn trên trục

cuốn bao)

- 16 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

2

F₇= F₆/(η_ol×η_ot) = 98,6N

7. Trọng lượng của bao cà phê chưa cắt

Trọng lượng này cùng chiều với lực kéo của động cơ , do đó nó có tác dụng giảm

tải trọng nhưng lại biến đổi theo chu kỳ (khi có khi không) nên ta không tính đến khi

xác định tải trọng .

8. Hao phí trên bộ truyền xích

Hiệu suất của bộ truyền xích η_x= 0,96

Lực kéo cần có của động cơ sau bộ truyền xích là

F₈= F₇/η_x= 102,7N

9. Hao phí trên hộp giảm tốc

Ta chọn động cơ tích hợp hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp .

Như vậy , tổn thất trên hộp giảm tốc bao gồm tổn thất trên hai bộ truyền bánh

răng (hiệu suất η_br= 0,97 và tổn thất trên hai cặp ổ lăn η_ol=0,99) .

Từ các lực trên suy ra công suất trục công tác (công suất trên trục cuốn) :

P_lv= F₇×v/1000 = 0,013 kW

P_lv– Công suất làm việc .

Công suất trên trục ra của hộp giảm tốc

P₁= P_lv/η_x= 0,0136 kW

Công suất trên trục động cơ

2

P₂= P₁/( η_br×η_ol) = 0,0148 kW

Với công suất trên ta chọn động cơ (hoặc loại khác tương đương)

- 17 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

Ngoài ra còn có lực cần thiết để quay mâm gạt bột , lực này phải đủ lớn để chống

lại lực cản của khối lượng cà phê chứa trong thùng cấp liệu .

III. Hệ thống thiết bị sử dụng khí nén của máy

Máy được trang bị ba xylanh khí nén :

- Xylanh đóng mở cửa cấp liệu .

- Hai xylanh đóng mở bộ phận hàn-cắt .

Các xylanh này đều là xylanh tác động kép , có thể tích nhỏ, hành trình ngắn và

thời gian tác động nhanh được điều khiển bằng solenoid .

Các xylanh và hệ thống dẫn khí phải ở trong tình trạng tốt để có thể hoạt động

đúng nhịp sản xuất .

Lực tác động của xylanh cấp liệu được tính dựa vào trọng lượng cà phê được cấp ,

trọng lượng hộp cấp liệu và lực ma sát giữa phần chuyển động và phần cố định của cơ

cấu cấp liệu . Lực tác động của cặp xylanh hàn-cắt không lớn , do đó chỉ cần chọn bất kỳ

xylanh nào có hành trình phù hợp .

IV. Hệ thống nhiệt của máy

Hệ thống nhiệt của máy bao gồm :

- Cặp con lăn ép mí bao với khoảng trống bên trong mỗi trục dùng để gắn điện

trở sinh nhiệt (điện trở không tiếp xúc với thành trong của trục con lăn nên không quay

theo trục)

- Cặp thanh nhiệt hàn đầu bao (cũng là bộ phận cắt bao) có lỗ dọc theo chiều dài

thân để gắn điện trở sinh nhiệt .

Nhiệt cung cấp cho cả hai bộ phận hàn này được tính làm sao để duy trì nhiệt độ

của chúng ở nhiệt độ cần thiết để hàn bao (khoảng 160°C) tức là phải trừ đi lượng nhiệt

mất mát do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh (gồm truyền vào không khí và truyền

vào hộp chứa con lăn) . Ở đây do lượng nhiệt cung cấp cho bao gói không lớn nên ta có

thể bỏ qua lượng nhiệt này hoặc chỉ cần nhân thêm hệ số khi tính toán .

- 18 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

V. Hệ thống điều khiển

Máy được điều khiển bằng PLC loại nhỏ (khoảng 8 ngõ vào và 4 ngõ ra)

Hệ thống cảm biến bao gồm :

- Cảm biến quang học loại phản xạ được đặt lên mí bao (gần trục con lăn cuốn)

có nhiệm vụ xác định vị trí vạch định vị trên bề mặt bao . Phải đảm bảo khoảng cách của

cảm biến đến bề mặt bao phù hợp để phát huy tốt khả năng của cảm biến , đồng thời

phải che chắn để chống nhiễu .

- Cảm biến từ (là một công tắc từ) đặt song song với đường tâm của bộ phận hàn-

cắt có nhiệm cụ tiếp nhận tín hiệu từ của nam châm vĩnh cửu đặt trên bộ phận này để

xác định thời điểm hai thanh nhiệt gặp nhau (thời điểm cắt) .

- Encoder đo góc lấy tín hiệu từ trục con lăn ép có nhiệm vụ xác định khoảng sai

lệch giữa hai bao liên tiếp (với 3 vạch định vị) từ đó cung cấp số liệu cho hệ thống

tiến hành bù trừ sai số . Encoder dùng loại có độ phân giải từ 50 đến 100

* Mạch động lực : máy gồm hai động cơ ba pha không đồng bộ được điều khiển

vận tốc bằng biến tần và đóng cắt bằng khởi động từ . Sơ đồ mạch động lực như sau

- 19 -

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất

1RN

2RN

3RN

T1

T2

Bieán

taàn

M1

M2

1RN

2RN

3RN

Hình 10

M1 – Động cơ cuốn bao .

M2 – Động cơ quay mâm gạt bột .

T1 và T2 – Các tiếp điểm của khởi động từ .

- 20 -