Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

Mục Lục
LỜI NÓI ĐẦU

2

BẢNG SỐ LIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

6

1.

Đặt vấn đề

6

2.

Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm:

7

3.

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

7

4.

Các hệ thống phân loại sản phẩm trên thực tế

8

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG

12

1.

Hệ thống cấp phôi

12

2.

Băng tải

12

3.

Động cơ

14


4.

Cảm biến

14

5.

Bộ truyền xích

15

6.

Pitton/Van khí nén

16

7.

Lựa chọn phương án thiết kế:

18

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

19

1.


Hệ thống băng tải:

19

2.

Tính các thơng số động học, hình học trên băng tải

19

3.

Phân tích lực tác dụng trên băng tải

21

4.

Tính trục tang chủ, bị động/con lăn

24

5.

Tính tốn chọn động cơ

25

6.


Tính tốn chọn bộ truyền ngồi

28

7.

Hệ thống cấp phơi

36

8.

Hệ thống pittong khí nén

37

9.

Kết luận

39

Tài liệu tham khảo

41

1


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá


LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao, vì
thế bài tốn về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết. 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 q trình sản xuất, gia cơng, 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 đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa trên cơ sở sử dụng các
máy CNC, robot công nghiệp.
Đồ án “Thiết kế hệ thống SXTĐ” được nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên,
đồng thời giúp cho học sinh sinh viên thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở
trường với những ứng dụng bên ngồi 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 SXTĐ”,
trong tính tốn khơng thể tránh được những thiếu sót hạn chế. Kính mong được sự chỉ bảo
góp ý giúp đỡ của các q thầy cơ và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ Môn Cơ điện tử và đặc biệt thầy
TS. Bùi Đình Bá đã hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi và cho em nhiều kiến thức
q báu cho việc hồn thành đồ án mơn học này. Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Huy Hoàng
2


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ MÃ HP: ME4503
Thời gian thực hiện: 15 tuần;
Ngày giao nhiệm vụ .../.../20... ;

Mã đề: VCK01-8
Ngày hoàn thành .../.../20...

Họ và tên sv: ............................ MSSV: .........................: Mã lớp: .................
Chữ ký SV:

Ngày .../.../20...

Ngày .../.../20...

Ngày .../.../20...

ĐƠN VỊ CHUYÊN

NGƯỜI RA ĐỀ

CB hướng dẫn

(ký, ghi rõ họ tên)

(ký, ghi rõ họ tên)

MÔN
(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 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 trụ:
Hình lập phương:
3



Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

6. Trọng lượng phôi: :
7.

Năng suất làm việc: sp/p

III. Nội dung thực hiện
1.

Phân tích ngun lý và thơng số kỹ thuật

-

Tổng quan về hệ thống

-

Nguyên lý hoạt động

-

Phân tích tính chất, đặc điểm của phôi/ sản phẩm để chọn phương pháp cấp phôi

cho phù hợp
-

Xác định các thành phần cơ bản và thơng số/u cầu kỹ thuật của hệ thống

2.


Tính tốn và thiết kế

-

- Thiết kế các mô đun chức năng của hệ thống:

+ Mô đun cấp phôi tự động
+ Mô đun băng tải
+ Mơ đun phân loại: pít tơng khí nén, van từ, sensor, ...
3.

Thiết kế chi tiết và xây dựng bản vẽ lắp - Xây dựng bản vẽ lắp 2D/3D - Xây

dựng các bản vẽ chế tạo các chi tiết chính
4.

Mơ phỏng ngun lý hoạt động (động học)

BẢNG SỐ LIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

4


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

5


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1. Đặt vấn đề
Ngày nay, việc tập trung hóa- tự động hóa cơng 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 khơng 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, địi hỏi q trình tự động trong các lĩnh vực cơng
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 mơ sản xuất thì
ngược lại hồn tồn chưa được áp dụng đặc biệt ở khâu cân sản phẩm và đóng gói bao bì, vẫn
cịn 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 cơng
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 hồn thiện và phát triển sâu, rộng của
nó hơn nữa trong đời sống sản xuất của con người.
6



Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

2. 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 :

●

Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự động, có sự

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

Theo màu sắc: màu sắc sẽ được cảm biến màu nhận biết chuyển sang tín hiệu điện

rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí.
●

Theo trọng lượng, hình dáng kích thước bên ngồi. Ngồi ra cịn nhiều cách phân

loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của phôi với nhau.
3. 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 cơng
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 trị 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
7


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

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 vơ 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 nói riêng trong nhiều
hệ thống tự động khác có ý nghĩa hơn vào thế kỉ này. Do con người không thể tác động trực
tiếp những tác hại và hậu quả gây ra và giải pháp tối ưu cho các hệ thống tự động cho những
cơng việc khó khăn phức tạp nhiều nguy hiểm tiềm tàng.
4. Các hệ thống phân loại sản phẩm trên thực tế
Hệ thống phân loại gạo theo màu sắc: Hệ thống phân loại gạo bằng màu sắc do Viện IMI

phát triển và vấn đề tự động nhận dạng, xử lý phân loại trong chế biến gạo phục vụ xuất
khẩu, khả năng ứng dụng công nghệ quang-cơ điện tử (opto-mechatronic technology) trong
ứng dụng cụ thể của “hệ máy nhìn” là đề tài được đánh giá cao tại VICA 6. Những năm gần
đây, công nghệ quang học gắn kết với các hệ thống cơ điện tử rất nhanh, tạo ra số lượng lớn
sản phẩm cơ điện tử - các máy móc, hệ thống với những bộ phận quang học “thông minh”.
Như biểu diễn ở hình 1, sự hiện diện của cơng nghệ quang học ngày càng rõ nét, cho phép
nâng cao giá trị và hiệu năng của hệ thống, bởi các phần tử quang học kết hợp với các phần
tử cơ điện tử nhúng trong hệ thống đã đem lại giải pháp cho nhiều vấn đề kỹ thuật hóc búa.
Dưới đây phân tích một số kết quả nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật quang-cơ điện tử trong máy
phân loại gạo theo màu sắc của Viện IMI.

8


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

Hình 1. Các cơng nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý - cấu trúc hệ thống phân loại gạo theo màu sắc
Các hệ thống phân loại hạt theo màu sắc nói chung, phân loại gạo theo màu sắc nói
riêng có sơ đồ nguyên lý, cấu trúc như hình 2. Vật liệu (gạo) được cấp bằng bộ cấp liệu rung
xuống máng dẫn, ổn định quỹ đạo trên máng rồi chuyển động qua vùng nhận dạng của
camera (CCD hoặc CMOS). Màu sắc của đối tượng dịch chuyển (hạt gạo) được nhận biết tức
thời (xử lý thời gian thực) và máy tính cơng nghiệp (IPC) ra quyết định về khả năng chấp
nhận hạt đã nhận dạng, phát tín hiệu cho súng phun khí nén bắn hạt đó ra khỏi quỹ đạo dịch
chuyển nếu khơng đạt yêu cầu về chất lượng (trong trường hợp này thông qua màu sắc), và
ngược lại thì khơng phát tín hiệu. Qua khỏi vùng nhận dạng, gạo chính phẩm và phế phẩm sẽ
9



Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

được phân tách và chứa trong hai khoang chứa tách biệt. Từ đây có thể vào kho hoặc qua
máy đóng bao. Việc xử lý và ra quyết định chỉ được phép diễn ra dưới 0,13 mili giây. Bài
toán xử lý thời gian thực ở đây đóng vai trị vơ cùng quan trọng. Nó địi hỏi hệ thống chiếu
sáng phù hợp, kết cấu buồng nhận dạng chuẩn xác, cho phép phân tách các ngưỡng màu tốt;
hệ thống camera ghi nhận hình ảnh gần như tức thời và tốc độ chuyển đổi tín hiệu, tốc độ tính
tốn rất cao. Độ chính xác của kết cấu cơ khí cũng đóng vai trị quan trọng trong việc ổn định
dòng liệu, giúp cho phần xử lý chỉ phải bù các sai số hệ thống. Bài toán ở đây là tổng hợp của
nhiều nhiệm vụ phải giải quyết về cơ khí chính xác, kỹ thuật quang điện, hệ thống điện tử
điều khiển, phần mềm xử lý, điện động lực, các cơ cấu tác động nhanh,... Các hệ thống cơ khí
được gia cơng trên máy CNC với độ chính xác đến 10-3mm. Nguồn sáng sử dụng là đèn
fluorescence tần số cao (100 kHz). Camera CCD quét dòng được tính tốn chọn phù hợp về
tốc độ, độ phân giải, độ nhạy. Các van điện khí chun dụng có đặc tính trễ dưới 0,7 mili
giây. Phần điều khiển điện tử được Viện IMI thiết kế chế tạo trong nước. Dưới đây đi sâu
phân tích cơ sở ánh sáng và giới thiệu phần mềm nhận dạng thời gian thực sử dụng trong
máy phân loại gạo ROPSOTEC 3.01A của Viện IMI - một số cơ sở chính đảm bảo điều kiện
nhận dạng.
Cơ sở ánh sáng và vấn đề nhận dạng, phân loại hạt (nơng sản) theo màu sắc

Hình 3. u cầu phân loại theo màu sắc
Hình 3 là ảnh chụp hạt gạo đầu vào, đầu ra. Gạo đầu vào (đã qua các công đoạn khác
của dây chuyền xử lý như xay xát, sàng sảy, đánh bóng,…) được nhận dạng và xử lý loại bỏ
các hạt ngoại lai (hạt đỏ, vàng, bạc bụng, tạp chất). Muốn phân loại tốt, phải nhận dạng chính
10


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

xác, ra quyết định đúng và kịp thời để xử lý loại bỏ hạt ngoại lai vốn được phân định theo

màu sắc (hình 4). Hình 5 là quan hệ xác định bằng thực nghiệm, qua đó cho phép phân định
các hạt ngoại lai trên cơ sở lựa chọn nguồn sáng phù hợp. Không chỉ cần nguồn sáng phù
hợp, quan trọng và khó khăn hơn nhiều là phải đảm bảo camera nhận được màu sắc chuẩn
xác - đây chính là mấu chốt để đảm bảo chất lượng nhận dạng.
Dưới đây phân tích cơ sở ánh sáng và đánh giá.

11


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
1.

Hệ thống cấp phơi

Hiện nay, các q trình sản xuất các sản phẩm trong các ngành cơng nghiệp nói chung
đều phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày càng cao. Để đảm bảo được q trình sản xuất
ổn định và nhanh chóng thì cần thiết phải có q trình cung cấp phơi chính xác về vị trí trong
khơng gian theo đúng nhịp ( cấp đúng lúc ) và liên tục theo chu trình hoạt động của dây
chuyền một cách tin cậy. Vì vậy, q trình cấp phơi là một trong những u 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 trị quan trọng
cho q trình bắt đầu của hệ thống. Căn cứ vào hình dạng phơi 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 phơi 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

phơi liên tục hay dán đoạn theo chu kì hoặc cấp phơi theo lệnh.
2.

Băng tải

Đây là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại sản phẩm. Nó có nhiệm vụ
vận chuyển phơi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn. Nguồn động lực
chính của băng tải chính là đơng 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 vịng 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.
12


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

- 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 khơng 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:
Loại băng tải


Tải trọng

Phạm vi ứng dụng

Băng tải dây đai

< 50 kg

Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên
công hoặc vận chuyển thùng chứa trong
gia công cơ và lắp ráp

Băng tải lá

25-125 kg

Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia
công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp

Băng tải thanh đẩy

50-250kg

Vận chuyển chi tiết lớn giữa các bộ phận
trên khoảng cách > 50m

Băng tải con lăn

30-500kg


Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa
các nguyên công với khoảng cách < 50m

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, địi 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 :
13


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

+ 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 tôi đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những lý do sau
đây:
- Tải trọng băng tải không q lớn.
- Kết cấu cơ khí khơng q 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
3. Động cơ
Các loại động cơ:
- Động cơ điện một chiều: Và hệ thống động cơ – máy phát cho phép thay đổi mơmen
và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng.
Nhược điểm của chúng là đắt, riêng loại động cơ điện 1 chiều lại khó kiếm và phải tăng thêm
vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu.
- Động cơ xoay chiều: Bao gồm động cơ xoay chiều một pha và động cơ xoay chiều ba
pha. Động cơ một pha có cơng suất tương đối nhỏ, có thể mắc vào mạng điện chiếu sáng.
4.

Cảm biến
14


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

Đây chính là hệ thống thu nhận thơng tin từ phơi cho bộ điều khiển. Các loại cảm biến
thường được sử dụng là cảm biến màu, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận. Cảm biến thực
hiện chức năng biến đổi các đại lượng khơng điện (các đại lượng vật lí, hóa học…) thành các
đại lượng điện. Ví dụ áp suất nhiệt đơ lưu lượng vận tốc…thành tín hiệu điện (mV, mA…)
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, cịn sản phẩm khơng kích hoạt cảm biến nào thì là vật thấp

Cảm biến quang
5.


Bộ truyền xích

-

Ưu điểm:

●

Có khả năng truyền chuyển động giữa các trúc cách nhau tương đối lớn.

●

Kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai.

●

Khơng có hiện tượng trượt.

●

Có thể cùng môt lúc truyền chuyểnđộng cho nhiều trục.

●

Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì khơng cần căng xích.

-

Nhược điểm:


●

Do có sự va đập khi vào khớp nên gây nhiều tiếng ồn lớn khi làm việc, khơng thích

hợp với vận tốc cao.
15


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

●

Địi hỏi chế tạo, lắp ráp chính xác hơn, yêu cầu chăm sóc, bảo quản

thường xuyên.
●

Vận tốc và tỷ số truyền tức thời khơng ổn định.

●

Dễ mịn khớp bản lề.

-

Phạm vi sử dụng:

●

Thích hợp với vận tốc thấp, thườnglắp ở đầu ra của hộp giảm tốc.


●

Thích hợp truyền động với khoảng cách trục trung bình, u cầu làm việc khơng có

trượt.

6.

Pitton/Van khí nén

Theo thiết kế, cơ cấu phân loại sản phẩm được thực hiện bằng pít tơng khí nén. Píttơng
khí nén (xi lanh khí nén) là thiết bị cơ học, hoạt động được nhờ khí nén giúpchuyển năng
lượng tiềm năng thành động năng (nhờ sự chênh áp bởi khí nén nên
áp suất lớn hơn áp suất khí quyển), pít tơng của xi lanh chuyển động làm cho sản phẩm
hoạt động như mong muốn người dùng.
Cấu trúc của hệ thống khí nén (The structure of Pneumatic Systems) thường bao gồm
các khối thiết bị sau:
-

Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an tồn, các thiết bị xử lý khí

nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô,…)
-

Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển

đảo chiều cơ cấu chấp hành.
-


Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút.

Các dạng truyền động sử dụng khí nén:
- Truyền động thẳng là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và linh hoạt
của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹp các chi tiết khi gia
công, các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm…
16


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

- Truyền động quay: Khi yêu cầu tốc độ truyền động rất cao, công suất không lớn sẽ
gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng truyền động sử dụng các năng lượng khác. Tuy
nhiên, ở những hệ truyền động quay cơng suất lớn, chi phí cho hệ thống sẽ rất cao so với
truyền động điện.
Ưu điểm của hệ thống khí nén:
- Do khơng khí có khả năng chịu nén (đàn hồi) nên có thể nén và trích chứa trong bình
chứa với áp suất cao thuận lợi, xem như một kho chứa năng lượng.
- Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ, khí
nén sau khi sinh cơng cơ học có thể thải ra ngồi mà khơng gây hại cho mơi
trường.
- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt, dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác.
- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả.
Nhược điểm của hệ thống khí nén:
- Cơng suất truyền động không lớn. Ở nhu cầu công suất truyền động lớn,
chi phí cho truyền động khí nén sẽ cao hơn 10-15 lần so với truyền động
điện cùng công suất, tuy nhiên kích thước và trọng lượng lại chỉ bằng
30% so với truyền động điện.
- Khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền động ln có xu hướng thay đổi
do khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn, vì vậy khả năng duy trì chuyển

động thẳng đều hoặc quay đều thường khó thực hiện.
- Dịng khí nén được giải phóng ra mơi trường có thể gây tiếng ồn.
17


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

7.

Lựa chọn phương án thiết kế:

Theo yêu cầu của đề bài, em lựa chọn phương án thiết kế của mơ hình hệ thống
phân loại sản phẩm như sau:
-

Sử dụng băng tải dây đai. 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.
-

Dẫn động giữa động cơ và băng tải sử dụng bộ truyền xích.

-

Sử dụng pít tơng khí nén thực hiện nhiệm vụ nhận biết, cấp và phân loại sản phẩm.

-

Nguồn lực dẫn động tải sử dụng động cơ

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
1. Hệ thống băng tải:
Năng suất

Đề

làm việc

số

Kích thước hình học phơi (cm)

[N,sp]

VCK
01-8

Trọng lượng phơi

6

0,4

6

15;5

10;5

Nguồn lực dẫn động : Động cơ điện

Chọn thơng số hình học của sản phẩm trên băng: Hình trụ
2. Tính các thơng số động học, hình học trên băng tải

18

3;5

3

4

10


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

Tính chiều dài L, chiều rộng W và chiều cao H của băng tải:
Tính chiều dài L
Nếu gọi:
- n là số sản phẩm nằm trên băng tải tại một thời điểm
- v là vận tốc băng tải
- t là thời gian 1 sản phẩm chạy trên băng tải
- x là khoảng cách giữa các phơi
Thì x phụ thuộc vào n theo phương trình sau: L = n×d + (n-1)×x
- Chọn x=50 cm n=15 ta có: L=15×5+(15-1) ×50=775 cm
Tính chiều rộng W

Gọi: là k/c giữa tâm 2 sp cạnh nhau (tự tính)
là vận tốc băng tải
19



Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

là vận tốc của pít tơng
M là k/c từ xi lanh đến mép băng tải (chọn M=5 cm)
Thời gian sản phẩm chuyển động được quãng đường y phải lớn hơn 1 chu trình của pít
tơng. Ta có bất phương trình :

(1)

Chọn bằng cách tra đồ thị :

Chọn hành trình 200 mm => = 0,5 m/s = 50 cm/s ( do = 6 kg )
Ta lại có: n=N.t => 60.15=6.t =>t=150 (s)
v =L / t = 5.2 (cm/s)
Thay các số liệu vào phương trình (1) ta có :
=> W < 260 cm
Để phù hợp với đường kính sản phẩm cũng như dễ dàng thiết kế :
⇨

Chọn W = 40 cm

* Chọn băng tải phù hợp:
3. Phân tích lực tác dụng trên băng tải
20


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá


- Phân tích lực tác dụng trên băng tải
+ Lực căng băng ban đầu
+ Lực ma sát giữa dây băng và bề mặt tấm đỡ, con lăn,... do khối lượng phôi và dây
băng

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. Lực cản chuyển động băng khác nhau tại mỗi đoạn đặc trưng, trên mỗi
đoạn này có cùngtính 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.

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:
: Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến 1.
(3.2)

21


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

: là trọng lượng 1 m dài (tính theo khả năng chịu tải )
: là chiều dài băng
: là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây; w = 0,2 – 0,4 chọn w=0,4
: Lực cản trên đoạn uốn cong qua tang bị động từ điểm 1 đến 2.
(3.3)
ξ : là hệ số cản trên tang đổi hướng, phụ thuộc góc đổi hướng ξ = 0,03 – 0,06
: Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến 3.
(3.4)


: là trọng lượng 1 m dài băng
: là tổng trọng lượng tải đặt trên băng
Lực kéo băng là lực được truyền từ tang dẫn sang băng
(3.5)
Như vậy để xác định được lực kéo F ta cần biết giá trị của . Lực có thể xác định từ điều
kiện đủ lực ma sát để truyền lực ở tang dẫn động:
≤.

(3.6)
(3.7)
α: góc ơm của băng trên tang (α=π)
f: hệ số ma sát giữa băng với tang, f= 0,2 ~ 0,4 chọn f=0,4
Thơng thường lấy giá trị theo kinh nghiệm, tính và kiểm tra lại các điều kiện trên; nếu
chưa đạt thì chọn lại và tính lại vịng 2,...
22


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá

- Cơng suất u cầu trên trục tang
Từ (3.7) ta có:

Chọn
=> F=438,86 (N)

23


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá


4. Tính trục tang chủ, bị động/con lăn

Do ta chọn băng tải PVC dày 3mm nên theo quy định của nhà sản xuất, đường kính con
lăn nhỏ nhất là 60 mm. Ta chọn đường kính con lăn chủ động bằng 100 mm
Chọn các kích thước AB=CD=30mm, DE= 50 mm, BC=W=400 mm (đã tính ở trên).
Trục dài 510 mm, nhơng cách ổ lăn E 30 mm

24


Thiết kế hệ thống cơ điện tửGVHD: Bùi Đình Bá
150Nmm

Biểu đồ Mx:
Mx

Các lực tác dụng theo phương Y:
Trọng lượng của con lăn: P1= 100N
Trọng lượng của nhơng xích: P2= 5N
Gọi phản lực của ổ lăn là YB và YC

9925Nmm
My

Lực do băng tải tác dụng lên con lăn:
16457Nmm

F=438,86 N
Mz


Phản lực của 2 ổ bi: XB và XC

21943Nmm

=>XB=XC=219,43(N)
Tính tốn đường kính sơ bộ chọn điểm
nguy hiểm ở giữa trục

=27027,02(Nmm)
Tra bảng 10.5 với đường kính trục là 60mm ta có [σ]=58Mpa

25