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 :  
dcc = 0,195/π = 62,07 mm  
Lấy dcc = 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 :  
dch = 76 mm .  
Tỷ số truyền từ động cơ chính đến trục cuốn :  
ut = 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 ux = 2,5 .  
Suy ra tỷ số truyền của hộp giảm tốc uh = 35/2,5 = 14 .  
Ở đây ta sử dụng loại động cơ có gắn sẵn hộp giảm tốc với uh = 14  
Vậy số vòng quay trục cuốn ứng với tỷ số truyền được chọn như sau  
ncc = 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 dc = 450  
mm):  
7,901  
n
c
=
= 5,59 vòng/phút .  
π×dc max  
Vận tốc quay lớn nhất của cuộn bao (ứng với đường kính nhỏ nhất khi hết bao là  
dc = 125 mm):  
7,901  
nc  
=
= 20,12 vòng/phút .  
π×dc min  
Vận tốc quay của các trục căng bao và trục cán nếp (có đường kính giống nhau dt  
= 28 mm)  
7,901  
n
t
=
= 89,82 vòng/phút  
t
π×d  
Vận tốc quay của con lăn hàn bao (đường kính dch = 76 mm)  
7,901  
nt  
=
= 33,09 vòng/phút  
π×dch  
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 ue = 5 . Vậy vận tốc của trục  
encoder là  
ne = 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  
Mqt  
R
r
m
F1  
F1 – lực kéo của động cơ tác động lên cuộn bao .  
Mqt – 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
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  
(ηol= 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 (ηot = 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 + Fms1 = 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 + Fms2 = 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/ηol = 90,5N  
Lực ma sát sinh ra trên phễu cấp liệu :  
Fms3 = k×F5×cos84,92 = 3,2N  
Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình chính là :  
F6 = F5 + Fms3 = 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/(ηol×ηot ) = 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 ηx = 0,96  
Lực kéo cần có của động cơ sau bộ truyền xích là  
F8 = F7/ηx = 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 ηbr = 0,97 và tổn thất trên hai cặp ổ lăn ηol =0,99) .  
Từ các lực trên suy ra công suất trục công tác (công suất trên trục cuốn) :  
Plv = F7×v/1000 = 0,013 kW  
Plv – Công suất làm việc .  
Công suất trên trục ra của hộp giảm tốc  
P1 = Plv/ηx = 0,0136 kW  
Công suất trên trục động cơ  
2
2
P2 = P1/( ηbr ×ηol ) = 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 -  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 25 trang yennguyen 25980 Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án môn học Tự động hóa sản xuất", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfdo_an_mon_hoc_tu_dong_hoa_san_xuat.pdf