111Equation Chapter 1 Section 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
-----    -----

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Đề tài:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO

Giáo viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:

Trần Khắc Đức

MSSV :

20187423


Hà Nội, tháng năm 2022


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI NÓI ĐẦU...............................................................................................................2
Lý do chọn đề tài........................................................................................................2
Yêu cầu.......................................................................................................................2

Phạm vi nghiên cứu....................................................................................................2
Phương pháp nghiên cứu............................................................................................2
Cấu trúc đồ án môn học..............................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM........................4
1.1. Giới thiệu chung..................................................................................................4
1.1.1 Khái niệm.......................................................................................................4
1.1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động..............................................4
1.2. Nguyên lý hoạt động...........................................................................................6
1.2.1. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống.....................................................6
1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản...............................................................................7
CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG...............................8
2.1. Băng tải................................................................................................................8
2.2. Bộ truyền xích...................................................................................................11
2.3. Pít tơng khí nén..................................................................................................12
2.4. Cảm biến quang.................................................................................................16
2.5. Động cơ.............................................................................................................18
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG...........................................19
3.1. Hệ thống băng tải..............................................................................................19
3.1.1. Tính các thơng số hình, động học băng tải.................................................19
3.1.2. Tính lực kéo căng.......................................................................................20
3.1.3. Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng............................................................22
3.1.4. Chọn động cơ..............................................................................................22
3.1.5. Tính bộ truyền ngồi...................................................................................25
3.1.6. Tính trục tang chủ, bị động/con lăn............................................................31


3.2. Hệ thống cấp phơi tự động................................................................................38
3.3. Hệ thống pít tơng khí nén..................................................................................38
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG.....................................................42
4.1. Thiết kế chi tiết và xây dựng bản vẽ lắp........................................................42

4.2. Mô phỏng nguyên lý hoạt động......................................................................42
KẾT LUẬN..................................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................44


LỜI CẢM ƠN
Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó địi hỏi sự
nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân cơng lao động. Q trình sản xuất
càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính
cạnh tranh cho các doanh nghiệp.
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa hiện đại hóa sử
dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất,
gia công, chế biến sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất
linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao Trong đó có một khâu quan trọng ảnh
hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phân loại sản phẩm.
Đồ án “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” nhằm củng cố kiến thức cho
sinh viên, đồng thời giúp cho sinh viên thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã
học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực tế. Đề tài có nhiều ứng dụng quan
trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm và phân loại sản
phẩm. Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân cơng đi kèm với
giảm chi phí sản xuất.
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 đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CƠ KHÍ”, trong tính tốn khơng thể tránh được những thiếu sót, hạn chế. Kính mong
nhận được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ môn và đặc biệt là
thầy TS. Nguyễn Anh Tuấn đã hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi và cho
chúng em nhiều kiến thức quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này.
Em xin chân thành cảm ơn!



LỜI NÓI ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hiện nay , các nhà máy với mặt hàng sản xuất là hộp nhựa dùng nhiều lần
được dùng để bảo quản đồ ăn , các vật dụng mà không bị tác động của môi trường với
khả năng chống thấm nước, gọn nhẹ, không hoen gỉ. Với sản lượng lớn nên các khâu
sản xuất cần có sự tính tốn tỉ mỉ, tối ưu hóa về mặt thời gian cũng như chất lượng sản
phẩm. Sau quy trình phơi được đưa vào các khn ép rồi làm nguội trở lại thì đến
cơng đoạn kiểm tra kích thước và phân loại phơi. Ở khâu này, cơng việc có tính lặp
lại, có khả năng gây nhầm lẫn hoặc mất tập trung vào thời điểm cuối giờ làm. Điều
này dẫn đến hộp nhựa khơng đủ tiêu chuẩn về kích thước, làm hao phí vật tư và thời
gian ở những đoạn gia cơng sau.
Dựa trên u cầu về kích thước như vậy, mục đích của đề tài là nghiên cứu và
thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao với mục đích là phân loại sản
phẩm.
u cầu
Tính tốn thiết kế hệ thống băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao bao
gồm các phần: Chọn động cơ, tính tốn bộ truyền ngồi, tính tốn các kết cấu trục,…
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi của đề tài tạp trung giải quyết các vấn đề :
a. Tính tốn và lựa chọn các chi tiết
b. Thiết kế và xây dựng mơ hình ( mô phỏng )
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu theo phương pháp lý thuyết
a. Việc nghiên cứu các tài liệu và chọn phương án tính tốn, thiết kế
hệ
thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.
b. Mô phỏng thiết kế để dễ điều chỉnh bản thiết kế.
Phương án thiết kế
-


Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm

SVTH: Trần Khắc Đức


-

Sản phẩm từ thùng chứa được đẩy ra băng tải bằng 1 pít tơng

-

Đặt 3 sensor trước 3 pít tơng nhận biết sản phẩm

-

Sử dụng 3 pít tơng để cấp phôi và phân loại sản phẩm

Cấu trúc đồ án môn học gồm 4 chương :
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
Chương 2: Các thành phần cơ bản của hệ thống
Chương 3: Tính tốn và thiết kế hệ thống
Chương 4: Xây dựng bản vẽ hệ thống

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 1. Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1.1 Giới thiệu chung
1.1.

1 Khái niệm
Phân loại sản phẩm là một công đoạn được sử dụng nhiều trong sản xuất. Đối

với con người, cơng việc này mang tính lặp lại, địi hỏi khả năng tập trung cao nên dễ
gây nhầm lẫn và sai sót. Hơn nữa, với u cầu về kích thước có độ chênh lệch nhỏ thì
mắt thường khó mà nhận biết được. Điều này trực tiếp ảnh hưởng tới năng suất và
chất lượng sản phẩm. Đó là lí do mà hệ thống phân loại sản phẩm ra đời và được phát
triển không ngừng.
Hệ thống phân loại là hệ thống mà trong đó sản phẩm sẽ được tự động phân ra
từng loại riêng theo yêu cầu ( chiều cao, màu sắc, khối lượng,… ) nhờ việc sử dụng
các cảm biến, xylanh,…(Hình 1.1)

Hình 1.1. Mơ hình phân loại sản phẩm

1.1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động
Tùy vào độ phức tạp yêu của từng loại sản phẩm mà ta có thể đưa ra những
phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau.
(a) Phân loại theo kích thước (cao thấp, dài-ngắn): kiểu phân loại này sử dụng
các cảm biến quang hay hồng ngoại… để phát hiện và so sánh kích thước
của sản phẩm, sau đó đưa tín hiệu về PLC và PLC thực hiện chức năng

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 1. Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm


phân loại sản phẩm theo yêu cầu. Kiểu phân loại này được sử dụng nhiều
trong các nhà máy đóng chai, lọ…

Hình 1.2. Mơ hình phân loại sản phẩm theo kích thước

(b) Phân loại theo khối lượng sản phẩm: kiểu phân loại này sử dụng cảm biến
trọng lượng để phân biệt sản phẩm nặng-nhẹ, đủ khối lượng yêu cầu hay
chưa… Cách hoạt động giống như kiểu phân loại theo kích thước. Và ta có
thể thấy hình thức phân loại này ở các nhà máy sản xuất ximang, phân bón
hay nói chung là các nhà máy sản xuất sản phẩm dưới dạng đóng gói bao
bì cần khối lượng chính xác.

Hình 1.3. Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng

(c) Phân loại theo màu sắc của sản phẩm: sử dụng các cảm biến màu ( mỗi
cảm biến sẽ nhận biết 1 màu riêng biệt như: xanh, đỏ, vàng…) Cách thức
hoạt động cũng giống như 2 hình thức phân loại trên.Ứng dụng của phân
loại theo màu sắc chủ yếu trong công nghiệp vải lụa, sản xuất màu…

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 1. Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm

Hình 1.3. Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc

(d) Phân loại theo hình ảnh sản phẩm: hình thức phân loại này không sử dụng
cảm biến mà người ta dùng camera để chụp ảnh của sản phẩm cần phân
loại, sau đó đưa ảnh đó so sánh với ảnh gốc chuẩn xem sản phẩm đó thuộc
loại nào. Hiện nay thì hình thức phân loại này đang được ứng dụng để

phân loại gạch granit.
(e) Phân loại theo mã vạch của sản phẩm: đây là kiểu phân loại khá hiện đại,
sử dụng tới máy đọc mã vạch.Nó chủ yếu được sử dụng với các sản phẩm
là linh kiện máy…

Hình 1.4. Mơ hình phân loại sản phẩm theo mã vạch

1.2 Nguyên lý hoạt động
1.2.1

Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống
Chức năng cơ bản của hệ thống là phải đẩy sản phẩm vào thùng chứa đúng

mức

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 1. Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm

đặc tính u cầu. Do vậy có thể phân q trình hoạt động của hệ thống ra làm 2 giai
đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Nhận biết đặc tính của sản phẩm theo yêu cầu: Đầu tiên, khi cấp
nguồn cho động cơ thì băng tải bắt đầu chuyển động; đồng thời nếu có sản phẩm đi
vào thì nó sẽ di chuyển theo chiều của băng tải. Các cảm biến sẽ do người quản lí bố
trí sao cho phù hợp với vị trí của sản phẩm cần phân loại. Các cảm biến này có thể là
cảm biến quang hay hồng ngoại, có nhiệm vụ phân biệt sản phẩm đi qua, sau đó đưa
tín hiệu về bộ xử lý nhận tín hiệu từ các cảm biến truyền về, sẽ căn cứ vào chương
trình đã được lập trình sẵn bên trong mà sẽ nhận biết được các sản phẩm đó và ra lệnh
điều khiển đến các xylanh tương ứng.

Giai đoạn 2: Đẩy sản phẩm vào thùng chứa tương ứng: Sau khi sản phẩm đi
qua khu vực phân loại đặt các cảm biến thì tiếp tục di chuyển trên băng tải đến khu
vực đặt các tay đẩy. Tại đây, các tay đẩy sẽ căn cứ vào sự điều khiển của vi điều khiển
mà thực hiện đẩy vật vào thùng chứa đặt ở dưới 1 cách chính xác.
1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những
chuyển động cần thiết:
(a) Chuyển động của băng chuyền: Để truyền chuyển động quay cho trục
của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền
bánh răng trụ răng thẳng trung gian.
(b) Chuyển động tịnh tiến của pít tơng để phân loại sản phẩm khác nhau.
Chuyển động của pít tơng được điều khiển bởi hệ thống khí nén.
(c) Chu trình làm việc máy: Khi máy hoạt động, sản phẩm được xylanh
đẩy vào băng chuyền. Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng
chuyền được phân loại khác nhau. Các sản phẩm sau khi được phân
loại sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói. Chu trình cứ thế tiếp
tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm.
Ngồi ra, mơ hình cơ bản cần phù hợp với nguyên lý phân loại sản phẩm thực
tế. Lắp ráp, đấu nối và sự dụng các vật tư linh kiện thông dụng dễ dàng thay thế sửa

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 1. Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm

chữa. Hệ thống cần đáp ứng nhu cầu cơ bản về đo lường, phân loại sản phẩm và sau
cùng là chuyển được các sản phẩm đến thùng hàng yêu cầu.

SVTH: Trần Khắc Đức



Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

CHƯƠNG 2
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
Một hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao thường có bộ phận chính sau:






Băng tải
Bộ truyền xích
Pít tơng khí nén
Cảm biến
Động cơ

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều
1-Động cơ; 2- Cảm biến; 3- Hộp đựng sản phẩm không đạt; 4- Hộp đựng sản phẩm đạt; 5- Băng tải;
6- Pít tơng; 7- Kho sản phẩm; 8-Bộ truyến xích

2.1. Băng tải
Băng tải là thành phần khơng thể thiếu của hệ thống phân loại sản
phẩm. Nó là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng
carton, hộp, túi ,…) hoặc số lượng lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm …) từ một
điểm A đến điểm B giúp tiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian, tăng
năng suất lao động.

SVTH: Trần Khắc Đức



Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

Hình 2.2. Mơ hình băng tải

Nguồn động lực chính của băng tải chính là động 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. Băng tải làm từ vật liệu nhiều lớp, thường là hai có thể là cao su. Lớp dưới
là thành phần chịu kéo và tạo hình cho băng tải, lớp trên là lớp phủ.
a. Ưu nhược điểm và ứng dụng của băng tải
 Ưu điểm của băng tải:
- Cấu tạo đơn giản, độ bền cao
- Có khả năng vận chuyển theo phương ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp được
cả hai với khoảng cách lớn
- Vốn đầu tư khơng lớn, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ
dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao
- Không gây tiếng ồn cho xung quanh, tiêu hao năng lượng nhỏ
- Vận chuyển được hàng rời như cát, đá răm, than, than đá
-

 Nhược điểm của băng tải:
Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc độ thấp
Tiêu thụ dịng điện khơng phụ thuộc vào tải
Kích cỡ hạn chế
Khơng có phản hồi nên có thể xảy ra sai số
 Ứng dụng của băng tải
Có nhiều loại băng tải được ứng dụng trong các điều kiện và tính chất
làm việc khác nhau, dùng để vận chuyển hàng hóa, đóng gói sản phẩm, phân

loại sản phẩm, dễ dàng tích hợp với máy test sản phẩm tự động, máy đóng đai
tự động, dùng trong rất nhiều ngành sản xuất, lắp ráp linh kiện, thiết bị điện
tử, lắp ráp ô tô, xe máy, xe đạp điện, trong ngành sản xuất thực phẩm, y tế,
dược phẩm, than, may mặc, dầy dép,...
Mỗi loại băng tải được sử dụng trong những trường hợp nhất định, cần
tìm hiểu để lựa chọn đúng để có thể sử dụng đạt hiệu quả cao.

b. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại băng tải

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

 Cấu tạo của băng tải
-

Thành phần cấu tạo của băng tải gồm các bộ phận chính sau:
Động cơ giảm tốc, bộ điều khiển kiểm soát tốc độ, biến tần, sensor, timer, cảm
biến, PLC, …
Bộ con lăn kéo (con lăn truyền lực chủ động) bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm
Ø50, Ø60, Ø76, Ø89, Ø102 ...
Hệ thống dây băng, con lăn đỡ bằng thép mạ kẽm hoặc inox Ø25, Ø32, Ø38
Bộ truyền động xích hoặc đai.
Hệ thống khung băng tải thường được làm bằng nhơm định hình, thép sơn tĩnh
điện hoặc inox (khung, chân, thành chắn)
Ngồi ra cịn có thêm một số bộ phận khác tuỳ thuộc vào ứng dụng của băng
tải. Tất cả các bộ phận đều được thiết kế hợp lý, khoa học, tối ưu để mang lại
hiệu quả cao


Hình 2.3. Cấu tạo băng tải

 Nguyên lý hoạt động của băng tải
Khi rulô chủ động quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma
sát giữa rulô và dây băng băng tải. Để tạo ra lực ma sát giữa rulô và dây băng
tải khi dây băng tải gầu bị trùng thì ta điều chỉnh rulơ bị động để dây băng tải
căng ra tạo lực ma sát giữa dây băng tải và rulô chủ động lực ma sát giữa dây
băng tải và Rulô sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến. Khi các vật liệu
rơi xuống trên bề mặt dây băng tải, nó sẽ được di chuyển nhờ vào chuyển
động của băng tải
 Phân loại băng tải
Có rất nhiều loại băng tải:
-

Băng tải PVC
Băng tải cao su
Băng tải con lăn
Băng tải xích

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

-

Băng tải lưới inox, …
Trong hệ thống phân loại sản phẩm lần này, em đã lựa chọn băng tải
PVC 2 lớp bố: mặt trên trơn, mặt dưới bố.


Hình 2.4. Băng tải PVC

Lí do chọn
-

loại băng tải này

Tải trọng băng tải khơng q lớn
Kết cấu cơ khí khơng q phức tạp
Dễ dàng thiết kế chế tạo
Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

Tuy nhiên cũng có một vài nhược điểm:
-

Khơng vận chuyển được sản phẩm quá kích kỡ
Đối với sản phẩm dạng hạt, vụn,… có thể bị hao hụt, rơi vã vật liệu trong quá
trình vận chuyển
Khi vận chuyển xa và địa hình khơng thẳng địi hỏi phải có nhiều hệ thống kết
hợp lại với nhau

2.2. Bộ truyền xích
Bộ truyền động xích bao gồm nhiều cơ cấu liên kết lại với nhau tạo thành một
cơ cấu truyền động đó là: dây xích và nhơng xích (hay cịn gọi là đĩa xích) dẫn truyền
lực. (Hình 2.5) Bộ truyền động xích dùng để truyền chuyển động từ các động cơ
motor trực tiếp, hộp giảm tốc - gián tiếp, băng truyền, băng tải .... Sự ăn khớp giữa
nhơng xích và các mắt xích của dây xích tạo nên chuyển động liên tục để đảm bảo
được sự an tồn khi lực tác dụng lên cả nhơng xích và dây xích. Có nhiều cách bố trí
hệ thống truyền lực và nhơng xích khác nhau, có thể gồm 2 hoặc nhiều nhơng xích
cùng hỗ trợ trong hệ thống máy. Nhơng xích làm nhiệm vụ đảm bảo độ căng cho dây

xích, và có những nhơng đĩa xích được lắp vào để bắt kịp các chuyển động cùng lúc
trong các thiết bị chính xác yêu cầu ăn khớp theo điểm để hồn thiện sản phẩm.

Hình 2.5. Mơ hình bộ truyền xich

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

-

 Ưu điểm của bộ truyền xích
Có thể truyền động giữa hai trục song song cách nhau tương đối xa
Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn hơn truyền động đai cùng cơng suất
Khơng có hiện tượng trượt, tỷ số truyền trung bình ổn định
Hiệu suất cao có thể đạt 98% nếu được chăm sóc tốt và sử dụng hết khả năng
tải
Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ
Có thể cùng một lúc truyền chuyển động từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn
 Nhược điểm của bộ truyền xích
Nhanh mịn bản lề, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc ở nơi nhiều bụi
Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định nhất là khi số răng của
đĩa xích nhỏ
Có tiếng ồn khi làm việc do va đập khi vào khớp nên hạn chế sử dụng ở bộ
truyền ở tốc độ cao
Cần bôi trơn và điều chỉnh sức căng xích
Truyền động xích được dùng khá nhiều trong các phương tiện vận tải
(xe đạp, môtô, ôtô, …), máy nông nghiệp, các băng tải, …
Theo yêu cầu của đồ án nên em chọn bộ truyền xích để truyền chuyển

động cho hệ thống vì nhỏ gọn, khơng trơn trượt, hiệu suất cao, lực tác dụng
lên trục nhỏ.

2.3. Pít tơng khí nén
a. Pít tơng khí nén
Pít tơng khí nén hay còn gọi là chi tiết bên trong xi lanh khí nén, đây là
một bộ phận của động cơ. Thiết bị hoạt động được là do dựa trên một nguyên
tắc sử dụng khí nén thơng thường. Chi tiết này khơng thể thiếu trong các loại
máy móc. Nguyên tắc hoạt động của nó sử dụng nguồn năng lực từ bên trong

Hình 2.6. Pít tơng khí nén

 Cấu tạo
thân.

Pít tơng thường có dạng hình trụ, được chia làm 3 phần đỉnh, đầu và

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

-

-

Trong bộ phận đỉnh pít tơng có 3 dạng là đỉnh lồi, đỉnh lõm và đỉnh bằng. Mỗi
đỉnh pít tơng nhận áp suất khí đốt ở nhiệt độ cao
Phần đầu pít tơng có các rãnh xec măng dầu và xec măng khí dùng để lắp vào
thiết bị. Các lỗ khoan nhỏ ở đầu rãnh xec măng dầu được thông vào bên trong

đáy rãnh thực hiện nhiệm vụ cấp và thoát dầu. Số rãnh xec măng tùy thuộc
vào loại động cơ
Phần thân pít tơng có các lỗ ngang, thực hiện nhiệm vụ dẫn hướng cho pít tơng
chuyển động trong xi lanh để truyền lực

Hình 2.7. Cấu tạo Pít tơng

 Ngun lý hoạt động
Trong lịng pít tơng, khơng khí sẽ được nén và tạo ra công giúp cho các
thiết bị hoạt động. Đồng thời chiếm trọn khơng gian bên trong pít tơng làm
cho pít tơng di chuyển
-

 Các loại pít tơng khí nén thường gặp
Pít tơng hoạt động đơn

Sử dụng để di chuyển khơng khí theo một hướng xác định. Thơng thường
khơng khí được đưa ra ngồi cùng một lị xo để pít tơng có thể trở về vị trí ban
đầu.
Để điều chỉnh dịng khí nén cho pít tơng đơn thì phải dùng một lực đẩy lị
xo hay dùng lực bên ngồi tác động lên pít tơng có 1 lỗ thốt khí nén và 1 nguồn
cấp khí nén. Loại pít tơng này thường sử dụng van điện từ khí nén 3/2 để vận hành

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

Hình 2.8. Sơ đồ pít tơng khí nén tác động đơn


-

Pít tơng khí nén hoạt động 2 chiều
Loại pít tơng hoạt động kép có 2 lỗ dùng để cung cấp nguồn khí nén để
sinh ra lực đẩy pít tơng từ 2 phía
Loại van điện từ chia khí 4/2, 5/2, 5/3 hoặc thiết bị có 1 hoặc 2 đầu
cuộn coil đều được sử dụng cho loại linh kiện
Trên thị trường thường có 2 loại pít tơng dạng kép như: pít tơng khơng
có điểm giảm chấn và thiết bị pít tơng đồng bộ, cùng một số loại pít tơng khác
gồm pít tơng trượt và pít tơng xoay
Em sẽ chọn pít tơng khí nén hoạt động đơn để phân loại sản phẩm vì:

-

Có kích thước nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản
Giá thành rẻ
Có nhiều kích thước, chủng loại để lựa chọn
Khá linh hoạt, sử dụng tiện lợi

b. Van khí nén
Van có nhiều kiểu dáng cũng như kích thước khác nhau nhưng tất cả
đều thực hiện một chức năng đó là đóng mở cửa van cung cấp khí nén để phục
vụ yêu cầu vận hành của các thiết bị: xi lanh, bộ lọc, điều áp hay bình dầu…
Ngồi ra chúng cịn có các tác dụng khác như:
-

Điều khiển hướng
Điều khiển dịng chảy
Van khí nén điện từ là loại van được sử dụng nhiều nhất trong các hệ
thống khí nén sản xuất cơng nghiệp và phục vụ đời sống. Van đảm bảo tốc độ

nhanh, chính xác cao, đấu nối và lắp đặt dễ dàng, không tốn nhiều nhân cơng,
có thể vận hành tự động…
Van khí nén điện từ hay cịn gọi là van đảo chiều khí nén được chia
thành các loại như sau: van khí nén 5/2, 5/3, 4/2, 3/2, … dựa trên số cửa và số
vị trí truyền động ở thân van.

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

Hình 2.9. Van điện từ khí nén 3 cửa 2 vị trí

2.4. Cảm biến quang
Cảm biến quang là cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc phát và thu
tín hiệu ánh sáng.
Cấu tạo của cảm biến quang :

Hình 2.10. Cấu tạo của cảm biến quang

1. Bộ phận thu sáng là bộ phận cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành
tín hiệu điện tỉ lệ. Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ
phát hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật phát hiện.
2. Bộ phận phát ánh sáng là bộ phẩn sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh
sáng thường được phát ra theo tín hiệu xung. Nhịp điệu đặc biệt giúp
cảm biến phân biệt được ánh sáng cảu cảm biến với ánh sáng của các
nguồn khác.
3. Mạch xử lý tín hiệu đầu ra là mạch chuyển tín hiệu tỉ lệ từ tranzito
quang thành tín hiệu ON/OFF được khếch đại. Khi lương ánh sáng thu
được vượt quá mức ngưỡng xác định, tín hiệu ra của cảm biến được

kích hoạt.
Hiện nay có các loại cảm biến quang như :
-

Cảm biến quang thu phát
Cảm biến quang phản xạ gương
Cảm biến quang khuếch tán

Vai trò và ứng dụng của cảm biến quang
Cảm biến quang đóng vai trị rất quan trọng trong các ngành cơng nghiệp nói
chung và tự động hóa nói riêng. Chùng được ứng dụng trong các cơng việc địi hỏi độ
chính xác cao và mơi trường làm việc khắc nghiệt và khoảng cách xa. Cụ thể như:

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

Xác định vị trí các sản phẩm trên băng chuyền; Đếm sản phẩm; Phát hiện xe trong bãi
đỗ xe, rửa xe; Phát hiện người hoặc vật đi qua; ...
Với đề tài phân loại sản phẩm theo chiều cao, em sử dụng cảm biến quang
E3F-DS10C4.

Hình 2.11. Cảm biến quang E3F- DS10C4

Đây là cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán: đầu ra là NPN.
Đặc điểm cảm biến:
-

Chống nhiễu tốt

Gọn và tiết kiệm chỗ
Bảo vệ chống ngắn mạch và nối cực nguồn
Chế độ hoạt động: ON- đèn sáng, OFF- đèn tắt
Thông số định mức và đặc tính kỹ thuật:
- Thơng số kỹ thuật: E3F-DS10C4.
- Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 18 x 68 mm.
- Khoảng cách phát hiện: 100mm.
- Dòng định mức: 200mA.
- Vỏ làm bằng chất liệu ABS.
- Vật thể phát hiện tiêu chuẩn: 100 x 100 mm.
- Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện.
- Nguồn sáng (bước sóng): LED hồng ngoại (860nm).
- Điện áp nguồn cấp: 6VDC-36VDC.
- Công suất tiêu thụ: Tối đa 35mA.
- Thời gian đáp ứng: Tối đa 2.5ms.
- Nhiệt độ môi trường: Hoạt động -25°C đến 55°C (khơng đóng băng hoặc
ngưng tụ). Bảo quản -30°C đến 70°C (khơng đóng băng hoặc ngưng tụ)
- Độ ẩm môi trường: Hoạt động 35% đến 85%, bảo quản -30% đến 95%
- Trọng lượng (cả vỏ): 85g.

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

2.5. Động cơ

-

-


-

Là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ,
động cơ điện được sử dụng rất phổ biến ứng dụng trong nhiều loại máy móc
thiết bị. Các loại động cơ điện thường được sử dụng để truyền động cơ băng
tải là:
Động cơ không đồng bộ: động cơ được sử dụng phổ biến trong cơng nghiệp,
có ưu điểm là giá thành rẻ chống quá tải tuy nhiên để điều khiển tốc độ của
động cơ này lại gặp rất nhiều khó khan tốn kém về chi phí.
Động cơ đồng bộ: động cơ mà có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ qua của từ
trường. Tốc độ của động cơ đồng bộ không phụ thuộc vào tải, không phụ
thuộc vào điện áp lưới điện chỉ phụ thuộc vào tốc độ của từ trường quay và có
thể đạt được hiệu suất rất cao. Tuy nhiên nó lại có giá thành cao và việc vận
hành mở máy gặp nhiều khó khăn.
Động cơ điện một chiều: động cơ điện hoạt động với dịng điện một chiều.
Động cơ điện cơng suất nhỏ được sử dụng phổ biến trong dân dụng với
giá thành rẻ và việc điều chỉnh tốc độ dễ dàng. Động cơ một chiều công suất
lớn được sử dụng trong truyền động băng tải công nghiệp hay trong vận hành
hệ thống truyền động do cung cấp momen khởi động lớn đáp ứng yêu cầu thực
tế.
Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều loại động cơ như: Động cơ xoay
chiều; Động cơ một chiều; Động cơ bước; Servo;…
Theo yêu cầu của đồ án, em lựa chọn động cơ một chiều vì những lí do
sau:
- Có cấu tạo đơn giản vận hành dễ dàng.
- Có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ với độ chính xác cao.
- Giá thành rẻ, mẫu mã đa dạng trên thị trường.

Hình 2.12. Động cơ điện 1 chiều


Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều:

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 2. Các thành phần cơ bản của hệ thống

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng
có dịng
điện. Các thanh dẫn có dịng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng
làm cho
Rotor quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần
ứng quay
được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiến cổ góp
đổi chiều
dịng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi. Khi động cơ quay, các thanh
dẫn cắt
từ trường sẽ cảm ứng sức điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy
tắc bàn
tay phải. Ở động cơ một chiều thì sức điện động ngược chiều với dòng điện
nên còn
gọi là sức phản điện động.
Phân loại động cơ điện một chiều
Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một
chiều được chia thành:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có dịng điện kích từ và từ thơng
động cơ khơng phụ thuộc vào dịng điện phần ứng. Nguồn điện mạch kích từ
riêng biệt so với nguồn điện mạch phần ứng.
- Động cơ điện một chiều kích từ song song: khi nguồn điện một chiều có

cơng suất vơ cùng lớn, điện trở trong của nguồn coi như bằng không thì điện
áp nguồn sẽ là khơng đổi, khơng phụ thuộc vào dòng điện trong phần ứng
động cơ. Loại động cơ một chiều kích từ song song cũng được coi như kích từ
độc lập.
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch
phần ứng.
- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: gồm hai dây quấn kích từ, dây quấn
kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song
song là chủ yếu.
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:
- Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp
đặt vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dịng điện. Điều khiển tốc độ của động
cơ có thể bằng cách điều khiển các điểm chia điện áp của bình ắc quy, điều
khiển bộ cấp nguồn thay đổi được, dùng điện trở hoặc mạch điện tử...
- Chiều quay của động cơ có thể thay đổi được bằng cách thay đồi chiều nối dây
của phần kích từ, hoặc phần ứng, nhưng không thể được nếu thay đổi cả hai.
Thông thường sẽ được thực hiện bằng các bộ công tắc tơ đặc biệt (Công tắc tơ
đổi chiều).

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 3. Tính tốn và thiết kế hệ thống

CHƯƠNG 3:
TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1. Hệ thống băng tải
Thơng số đầu vào :
1) Hệ thống cấp phôi tự động
2) Nguồn lực cấp phơi và đẩy phơi: Khí nén

3) Nguồn lực quay băng tải : Động cơ điện
4) Bộ truyền ngồi: Xích
5) Thơng số hình học phơi:
Hình lập phương: h1= 18 cm, h2= 21 cm, h3= 25 cm
6) Trọng lượng phôi: Qmin= 0,5 kg; Qmax= 7,0 kg
7) Năng suất làm việc: N= 30sp/ph

Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống băng tải

3.1.1 Tính các thơng số hình, động học băng tải
Chọn kích thước băng tải : chiều dài L =1500 mm ; chiều rộng b = 400 mm ;
độ dày dây băng δ = 3 mm.
Chọn khoảng cách giữa 2 sản phẩm x = 100 mm thì số sản phẩm tối đa trên
băng tải trọng 1 thời điểm bất kì là 4 sản phẩm.

SVTH: Trần Khắc Đức


Chương 3. Tính tốn và thiết kế hệ thống

Để đảm bảo năng suất làm việc 30 sp/phút, vận tốc của băng tải là:
1.5
S
60
V= t =
. 4 = 0,1875 m/s
30

Chọn dây băng tải PVC, khối lượng riêng ρ = 1450 kg/m3
Kết cấu khung sườn thép: Inox

3.1.2. Tính lực kéo căng

Hình 3.2. Sơ đô lực hệ thống băng tải

Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn vòng qua các puly dẫn động, bị
động; phần giữa 2 puly này băng được dẫn hướng và đỡ bởi các các con lăn và tấm
trượt tùy thuộc vào kết cấu và loại dây. (Hình 3.2) Lực cản chuyển động băng khác
nhau tại mỗi đoạn đặc trưng, trên mỗi đoạn này có cùng tính chất lực cản. Lực căng
dây tại mỗi điểm đặc trưng (i) sẽ bằng lực căng tại điểm ngay trước nó (i-1) cộng với
lực cản chuyển động của dây trên đoạn từ (i-1) đến i.
Si=S i−1 +W i −1 /i

(3.1)

Trên sơ đồ lực như Hình 3.2 ta có lực căng băng tại các điểm đặc trưng Si (i =
0 - 3), với S0 là lực căng tại nhánh nhả ở tang dẫn.
- Các lực cản chuyển động của băng:
W 0 /1 : Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến 1.

W 0 /1 =q0 Lw

(3.2)
¿( m¿ ¿ bt W bt g) Lw ¿
¿( 2,5× 0,25 ×9,81)× 1,5× 0,3=2,76 (N )

Trong đó:

SVTH: Trần Khắc Đức