ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
***************************************

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

GVHD:

Thầy TS. Hoàng Sỹ Tuấn

Sinh viên: Tô Văn Hưng

Mã số sinh viên: 20187453

HÀ NỘI, 06/2022


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. Đặc biệt trong nền sản xuất kinh tế thị trường ngày
nay, việc thay đổi mẫu mã sản phẩm để nâng cao sức cạnh tranh là một nhu cầu bức
thiết điều đó càng địi hỏi các hệ thống sản xuất tự động không chỉ là các dây chuyền
sản xuất tự động cứng mà phải mềm hóa bằng cách có thể lập chương trình để thay
đổi các chức năng hoạt động của hệ thống theo sự thay đổi của qui trình cơng nghệ
trên cơ sở vật chất hiện có.

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công 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 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. Trong đó có một
khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phận loại sản
phẩm.
Đồ án “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” 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
CƠ ĐIỆN TỬ, trong tính tốn khơng thể tránh được những thiếu sót hạn chế. Kính
mong được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của các quý thầy cô và các bạn. Em xin chân
thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ Môn Cơ điện tử và đặc biệt thầy TS.
Hoàng Sỹ Tuấn đã hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi và cho em nhiều kiến
thức quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Hà


Mục lục

Chương I: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm....................................................................................4
I. Tổng quan..................................................................................................................................................4
1. Khái niệm và phân loại..........................................................................................................................5

2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống.........................................................................................................7
3. Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người................................................................8
II. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG...........................................................................................10
1 Băng tải................................................................................................................................................10
2 Bộ truyền đai/xích...............................................................................................................................12
3 Pít – tơng /van khí nén.........................................................................................................................13
3 Động cơ...............................................................................................................................................15
Chương 2: Tính tốn, thiết kế hệ thống.........................................................................................................17
I. Hệ thống băng tải....................................................................................................................................17
1. Tính các thơng số hình dạng và động học của băng tải.......................................................................17
2. Tính lực kéo căng................................................................................................................................18
II. Tính tốn, thiết kế các thành phần của hệ thống...................................................................................20
1. Động cơ..............................................................................................................................................20
2. Tính chọn bộ truyền ngồi..................................................................................................................23
2.1 Các bước tính tốn chọn bộ truyền xích như sau.........................................................................24
2.2 Tính kiểm nghiệm xích về độ bền.................................................................................................26
2.3 Xác định thơng số đĩa xích............................................................................................................28
Tổng hợp các thơng số của bộ truyền xích........................................................................................30
3. Tính tốn trục, chọn ổ lăn...................................................................................................................31
3.1. Xác định đường kính trục sơ bộ tại vị trí lắp ổ lăn :.....................................................................31
3.2. Xác định các lực tác dụng:............................................................................................................31
3.3 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực................................................................................32
3.4 Tính đường kính đoạn trục:..........................................................................................................32
4. Chọn then và kiểm nghiệm then:........................................................................................................33
4.1 Chọn then:....................................................................................................................................33
4.2 Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt:......................................................................34
4.3 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi:.............................................................................................35
4.4 Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ lăn:..............................................................................................38
4.5 Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp đĩa xích:..........................................................................................40
5. Chọn, kiểm nghiệm ổ lăn:...................................................................................................................41

6. Hệ thống piston khí nén......................................................................................................................44
Lựa chọn xi lanh :................................................................................................................................44


Chương I: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
I. Tổng quan

Hình 1.1. Hệ thống băng chuyền phân loại

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 không thể tránh khỏi, do thời gian cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ như hiện nay. Cùng với sự phát triển vượt bậc của kĩ thuật vi điện tử , kĩ thuật
truyền thông và công nghệ phần mềm trong thời gian qua. Và lĩnh vực điều khiển tự
động đã ra đời, phát triển càng ngày đa đạng đáp ứng được các yêu cầu trong cuộc
sống, địi hỏi q trình tự động trong các lĩnh vực cơng nghiệp. Chính vì vậy phải lựa
chọn q 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 hoàn toàn 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
công nghiệp mạnh mẽ. Chính vì vậy nó trở thành một vấn đề hứng thú đầy tiềm năng
cho chúng em tìm hiểu xây dụng thiết kế cải tiến góp phần vào sự hồn thiện và phát
triển sâu, rộng của nó hơn nữa trong đời sống sản xuất của con người.
1. Khái niệm và phân loại
Khái niệm: 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.
 Phân loại và ứng dụng: có những cách phân loại sản phẩm sau:
 Phân loại sản phẩm theo kích thước: Phương pháp này dựa vào kích thước của
sản phẩm mà phân loại. Phương pháp này thường được áp dụng trong các
ngành cơng nghiệp chế biến bia, nước giải khát,...

Hình 1.2: Phân loại sản phẩm theo kích thước


 Phân loại sản phẩm theo màu sắc: Phương pháp này dựa vào màu sắc sản phẩm

mà phân loại. Phương pháp này được ứng dụng hiều trong các dây chuyền chế
biến nông sản, vật liệu xây dựng nhằm phân loại chính xác màu sắc của sản
phẩm.

Hình 1.3 Hệ thống phân loại cam theo màu sắc

 Phân loại sản phẩm theo khối lượng: Phương pháp này dựa vào khối lượng của
sản phẩm mà phân loại, thường gặp nhiều trong chế biến thủy, hải sản

Hình 1.4 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng

 Phân loại sản phẩm theo mã vạch: Mã vạch được tạo riêng cho từng loại sản
phẩm về số lượng, mặt hàng, thông tin khách hàng ngay trực tiếp trên sản
phẩm. Phương pháp này sử dụng công nghệ laser hoặc công nghệ chụp ảnh


Hình 1.5 Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch của Opticon

2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống
 Nguyên lí hoạt động chung :
Hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên nguyên lý dùng cảm biến để xác định yếu tố
mang tính chất phân loại sản phẩm. Chuyển động của bộ băng chuyền đưa sản phẩm
của bộ phận tiếp nhận đến bộ phận điều khiển để tiến hành phân loại. Các sản phẩm
sau khi phân loại sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói. Chu trình này sẽ lặp
lại cho đến khi hết sản phẩm.


Hình 1.6 Sơ đồ ngun lí hoạt động của hệ thống

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 công nghiệp đặc biệt là đối với tình hình nước Việt
Nam ta hiện nay làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho lại đáng kể cho cuộc sống cũng
như sự phát triển kinh tế của con người hứa hẹn một sự phát triển vững mạnh và ổn
định lâu dài. Đồng thời cũng là nền tảng cho sự phát triển các tập đoàn kinh tế trên
thế giới. Một lần nữa khẳng định nó có vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triển
cung cấp phân phối sản phẩm tới con người một cách tốt nhất, giúp đời sống con
người được nâng cao hơn. Vấn đề số lượng và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể


có thể nhận thấy rõ sự phân hóa và đa dạng về mẫu mã chủng loại của sản phẩm và
cũng thấy rõ chất lượng ngày càng được nâng cao và đáp ứng nhu cầu sức khỏe con
người một cách hoàn hảo nhất. Từ đây sự thay thế của máy móc của các thiết bị hiện
đại, đã giảm thiểu lớn thời gian lao động sức tiếp cho quá trình sản xuất cũng như
trong các qua trình khác để tạo ra sản phẩm. Nhận thấy một thế mạnh nữa rằng những
công việc khó khăn phức tạp đã được thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi
đó con người chỉ cần điều khiển hệ thống, máy móc, thiết bị… tại một buồng điều
khiển riêng biệt. Nhờ vậy mà sức khỏe và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng
cao và cải thiện một cách rõ rệt.
Không những vậy kể từ khi ra đời thì các vấn đề về sinh thái, sự ô nhiễm môi
trường sống đang ở mức báo động, hay những biến đổi khí hậu của thiên nhiên đã có
sự hình thành nhanh chóng gây ra những hậu quả 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.

II. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG

Hình 2.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thống

1 Băng tải

Băng tải là một thiết bị công nghiệp giúp di chuyển nguyên vật liệu từ điểm này sang

điểm khác mà không phải tốn sức người giúp chủ nhà máy xí nghiệp giải quyết triệt để vấn
đề vận chuyển nguyên vật liệu một cách hiệu quả nhất.
Băng tải cần được thiết kế phù hợp, kết cấu cơ khí khơng q phức tạp nhưng phải
đảm bảo độ bền, đáp ứng được các chế độ làm việc khác nhau.

Hình 2.2. Cấu tạo chung của bang tải:
1) băng truyền. 2)Trục truyền động. 3) trục căng. 4) hệ thống con lăn đỡ.


 Ưu điểm của băng tải:
 Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các
hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm
nghiêng.
 Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động hóa, vận hành đơn giản, bảo dưỡng
dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao, tiêu hao năng lượng so với máy vận
chuyển khác không quá lớn.
 Một vài đánh giá để lựa chọn kiểu băng tải phù hợp:
Loại băng tải
Băng tải dây đai

Tải trọng
< 50 kg

Phạm vi ứng dụng
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
 Băng tải xích, băng tải con lăn: 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 đắt.
 Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn. Năng suất của băng tải loại
này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s. Chiều dài của băng
tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN.
 Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :
 Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi
vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm.
 Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều

xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các buồng
xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.
 Nhược điểm:
Độ chính xác khi vận chuyển khơng cao, đơi 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 thời gian làm việc
 Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài.
Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong
đề tài em đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những lý do sau đây:


 Tải trọng băng tải không quá lớn.
 Kết cấu cơ khí khơng q phức tạp.
 Dễ dàng thiết kế chế tạo.
Tuy nhiên loại băng tải này cũng có một vài nhược điểm như: độ chính xác khi
vận chuyển khơng 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 theo thời gian.
2 Bộ truyền đai/xích
Các yêu cầu chung của bộ truyền động với băng tải:
+ Trong quá trình sản xuất của nhà máy thì chế độ làm việc của các thiết bị
băng tải luôn diễn ra một cách liên tục với chế độ dài hạn và các phụ tải
hầu như khơng đổi. Vì vậy để đáp ứng các yêu cầu công nghệ của hầu hết
các thiết bị băng tải vận tải liên tục khi không có các yêu cầu về điều chỉnh
tốc độ tại các phân xưởng sản xuất theo dây truyền có quy định tốc độ nhất
định để phù hợp nhịp độ làm việc và đồng nhất với toàn bộ dây truyền khi
cần thiết.
+ Trong các hệ thống truyền động các thiết bị băng tải liên tục cần phải đảm
bảo quá trình khởi động đồng tải, bởi vậy chúng ta nên lựa chọn động cơ
truyền động cho băng tải vận hành liên tục là động cơ có hệ số trượt lớn, có
rãnh stato sâu để có hệ số mở máy lớn.

So sánh bộ truyền đai và bộ truyền xích:
Nội

Bộ truyền đai

Bộ truyền xích

dung
Ưu
điểm

 Có khả năng truyền chuyển

 Có khả năng truyền chuyển

động và cơ năng giữa các

động giữa các trúc cách nhau

trục ở xa nhau.

tương đối lớn.

 Làm việc êm và không ồn.
 Giữ được an tồn cho các

 Kích thước nhỏ hơn so với
truyền động đai.

chi tiết máy và động cơ khi

 Khơng có hiện tượng trượt.

bị q tải do hiện tượng

 Có thể cùng mơt lúc truyền


trượt trơn.

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

 Khn khổ và kích thước
lớn

nên gây nhiều tiếng ồn lớn khi

 Tỉ số truyền khơng ổn định,
hiệu suất thấp do có sự trượt
Nhược
điểm

 Do có sự va đập khi vào khớp

đàn hồi.
 Lực tác dụng lên trục và ổ
lớn do phải căng đai.

làm việc, khơng thích hợp với
vận tốc cao.
 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

 Do thích hợp với vận tốc

 Thích hợp với vận tốc thấp,

cao nên thường lắp ở đầu

thường lắp ở đầu ra của hộp

vào của hộp giảm tốc.

giảm tốc.

 Thường dùng khi cần truyền

 Thích hợp truyền động với

động trục có khoảng cách

khoảng cách trục trung bình,

lớn

u cầu làm việc khơng có
trượt.
Bảng. So sánh bộ truyền đai và bộ truyền xích

3 Pít – tơng /van khí nén
Theo thiết kế, cơ cấu phân loại sản phẩm được thực hiện bằng pít tơng khí nén.
Pít tơng khí nén (xi lanh khí nén) là thiết bị cơ học, hoạt động được nhờ khí nén giúp
chuyển 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, ...

1-nguồn khí nén, 2-van lọc, 3-van điều chỉnh áp suất, 4-đồng hồ đo áp suất, 5van phân phối 3/2, 6- van tiết lưu
Hình 2.3:Sơ đồ hệ thống khí nén của cơ cấu đẩy phân loại sản phẩm theo chiều cao

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…  
- 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.
3 Động cơ

Hình 2.5 Động cơ điện với các kích cỡ khác nhau

Các loại động cơ điện:


- Động cơ điện một chiều: Và hệ thống động cơ – máy phát cho phép thay đổi
mômen 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 bước, động cơ servo : nguyên lí hoạt động là nhận các sung tín hiệu để
điều chỉnh quay theo góc
 Ưu điểm: có độ nhạy và độ chính xác cao,khả năng hãm tốt
 Nhược điểm : giá thành cao
Yêu cầu thiết kế
Với mục tiêu là mơ hình thực hành phục vụ đào tạo nên không thể đáp ứng được
đầy đủ các yêu cầu trong thực tế cũng như các điều kiện phân loại phức tạp. Tuy
nhiên, mơ hình thiết kế phải đảm bảo một số u cầu kỹ thuật chung như sau:
-

Mơ hình cơ bản phải phù hợp với nguyên lý phân loại trong thực tế.

-

Lắp ráp, đầu nối và vận hành điều khiển dễ dàng.

-

Sử dụng các vật tư, thiết bị, linh kiện thông dụng, dễ dàng thay thế, sửa chữa.
Lựa chọn phương án thiết kế:

-

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.

-

Cảm biến tiệm cận được sử dụng để phân loại chiều cao sản phẩm

-

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

-

Nguồn lực dẫn động tải sử dụng động cơ điện xoay chiều một pha có điều
chỉnh tốc độ gắn liền với hộp giảm tốc.

Kết luận:
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong
thực tế hiện nay. Nhận thấy thực tiễn đó, trong đồ án môn học này, em sẽ làm một mô


hình rất nhỏ nhưng có chức năng gần như tương tự ngồi thực tế. Đó là tạo ra một
dây chuyền băng tải để vận chuyển sản phẩm.

Chương 2: Tính tốn, thiết kế hệ thống
I. Hệ thống băng tải
Thông số đầu vào ( đề số 2)

Đề số
VCK01-2

Năng suất làm việc
Khối lượng phơi
Kích thước hình học phơi (cm)
[N,sp/ph]
[Qmin,kg] [Qmax,kg] [h1,d1]
[h2,d2]
[h3,d3]
18

0.3

5.5

10;6

5;6

3;6

1. Tính các thơng số hình dạng và động học của băng tải
Chọn các kích thước của băng tải: Chiều dài L = 1200 mm, chiều rộng W =
150mm, chiều dày đai băng tải H = 3 mm. Chọn khoảng cách giữa 2 sản phẩm là 90
mm. Từ đó suy ra có 8 sản phẩm trên băng chuyền tại thời điểm bất kì.

150mm

1200mm

Hình 1: Kích thước, khoảng cách giữa các sản phẩm.

- Tổng khối lượng sản phẩm lớn nhất trên băng tải:
M max = 8x5,5=44 (kg)


-Năng suất 18 sp/phút => Thời gian 1 sản phẩm đi hết băng tải là:
60

t = 15 ⋅8=26.67 ( s )
- Vận tốc băng tải:

( )

L
1,2
m
v= =
=0,045
t 26.67
s

Theo yêu cầu kỹ thuật, sản phẩm là những khối trụ có trọng lượng 0,3 – 5.5 kg
nên lựa chọn phương án sử dụng băng tải dây đai cao su có khối lượng riêng là ρ =
1250 kg/m3 và khung sườn thép CT45. Đai cao su có khả năng vận chuyển êm,

truyền
động nhanh, ổn định, do phơi có trọng lượng vừa phải nên dùng đai cao su có khả
năng ma sát tốt, làm việc chính xác. Khi khơng u cầu góc nghiêng lớn và khơng
u cầu di chuyển theo đường cong thì đai tải cao su hồn tồn có thể đáp ứng tốt yêu
cầu làm việc.
- Hệ số trượt giữa trục và băng tải là: µ = 0,3
- Do chọn băng tải dày 3mm nên theo quy định của nhà sản xuất, đường kính
tang quay là 60mm.
2. Tính lực kéo căng
Phân tích lực tác dụng lên băng tải:
 Lực căng ban đầu
 Lực ma sát giữa dây băng và bề mặt tấm đỡ, con lăn, … do khối lượng phơi
và dây băng.

Hình 2: Sơ đồ 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. 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

Trên sơ đồ hình 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 chuyển động của băng:

 W0/1: Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến điểm 1.
W0/1= q0.L.w = ρ . H . W ⋅ g ⋅ L⋅ w=1250 . 0.003 .0.15 . 9,81 . 1,2 . 0,3 = 2 (N)
 W: Chiều rộng băng tải.
 H: Chiều dày băng tải
 q0: Trọng lượng 1 mét dài băng tải.
 L: Chiều dài băng tải
 w: là hệ thống là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây; được xác định bằng
thực nghiệm, w = 0,2 – 0,4. Chọn w = 0,3
 W1/2: Lực cản trên đoạn uốn cong qua tang bị động từ điểm 1 đến điểm 2
W1/2 = ξ ⋅S 1=0,05 ⋅S 1
ξ :là hệ số cản trên tang đổi hướng, phụ thuộc góc đổi hướng ξ = 0,03 – 0,05.
Chọn ξ = 0,05
 W2.3 : Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến 3.
v

0,045

W2/3 = ( q0.L + Qt).w + Qt. t = ( 6.62 + 44x9,81 ). 0.3 + 44. 0,5 = 135.44 (N)
 q0: là trọng lượng 1 mét dài băng
 Qt: tổng trọng lượng tải đặt trên băng
 Lực kéo băng là lực được truyền từ tang dẫn sang băng:
F = S3 - S0 = ΣW i−1
= 2 + 0,05.S1 + 135.44 = 137.44 + 0,05.S1 (N)
i

Như vậy để xác định được lực kéo F ta cần biết giá trị của S0. Lực S0 có thể xác
định từ điều kiện đủ lực ma sát để truyền lực ở tang dẫn động:
S3 ≤ S 0 ⋅ⅇ f ⋅ a

F=S3 – S0 ≤ S 0 ⋅ ( ⅇfa−1 )

⇒ S0 ≥

F
ⅇ −1
f ⋅a

=

125,22+ 0,05 S 1
ⅇ0,3 ⋅ π −1

⇒S1= S0 + W0/1 = S0 + 2 (N)

 α: góc ơm của băng trên tang. Chọn α= π rad
 f : hệ số ma sát giữa băng với tang = 0,2 ~ 0,4. Ở đây chọn f =0,3
⇒ S0 ≥

81 (N) . Chọn S0 = 100 (N)

⇒ S1= S0 + W0/1 = 100 + = 102 (N)

 Lực kéo băng:


F= 137,44 + 0,05S1 = 137.29 + 0,05. 3802 = 142,54 (N)
⇒

S3 = S0 + F = 100 + 327,4 = 242,54 (N)

- Kiểm nghiệm điều kiện:

f ⋅a
S3 ≤ S 0 ⋅ⅇ = 100 . ⅇ 0.3 π = 256.63 (N) > 242,54 (N) => Thoả mãn
- Công suất yêu cầu trên trục tang công tác:
F⋅v

Nyc = 1000 =

327,4 . 0,045
=0,015 KW
1000

II. Tính tốn, thiết kế các thành phần của hệ thống
1. Động cơ
Để chọn được động cơ chúng ta cần biết:
 Công suất cần thiết trên trục động cơ Pđc
 Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ n sb
Hai thơng tin này được tính tốn từ dữ liệu đầu vào. Cụ thể là từ vận tốc V của
bảng tải và lực kéo của băng tải F (Hình 3)

Hình 3: Hệ dẫn động băng tải

Cơng suất cần thiết trên trục động cơ Pct được xác định theo công thức sau:
Pct =

Plv
η

Ở đây Plv và 𝜂 lần lượt là cơng suất làm việc (tính trên trục cơng tác) và hiệu
suất của cả bộ truyền (bao gồm hiệu suất của ổ lăn, hiệu suất của bộ truyền bánh

răng, bộ truyền trục vít-bánh vít, bộ truyền đai, bộ truyền xích ….). Các giá trị hiệu
suất này được tra trong bảng 2.3
F⋅v

Plv = 1000
Với: 𝜂 = 𝜂ol. 𝜂br. 𝜂đ … …

Số vòng quay sơ bộ n sb trên trục động cơ được tính từ số vịng quay trên trục công
tác (trục làm việc) n sb của băng tải (hoặc xích tải). Số vịng quay sơ bộ được xác định
bởi công thức:
n sb =nlv ⋅u c

60 v

Với nlv = πD cho hệ thống băng tải với D là đường kính tang quay.
- Công suất trên trục công tác:
Plv = F . v = 15 (W)
- Hiệu suất chung của hệ thống:
𝜂 = 𝜂ol.𝜂x = 0,99 . 0,96 = 0,9504
- Công suất cần thiết trên trục động cơ:
Pđc =
Số vòng quay trên trục công tác:

P lv
15
=
=15,8 W
η 0,9504

nlv =¿

60 v 60 .0,045
= π . 0 , 06 =14,32 rpm
πD

Tỉ số truyền chung của hệ. Tra bảng 2.4, chọn các tỉ số truyền thành phần u x =3.

- Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ:

n sb =nlv ⋅u x =1 4,32 .3=42,96 rpm

Vậy đến đây ra đã có đủ 2 thơng tin để chọn động cơ, gồm Pđc = 15,8 (W) và
n sb =42,96 rpm .
Ta chọn động cơ tích hợp bộ giảm tốc của hãng ZD với mã 4IK25RGN-A có
cơng suất 25W số vịng quay 1350 rpm, có thể làm việc với tốc độ 47 rpm.( Trích dẫn
tài liệu tham khảo)


- Tính lại tỉ số truyền:
u=

Thơng số
Cơng suất (W)
Tỉ số truyền u
Số vịng quay (rpm)
Momen xoắn T (N.mm)

2. Tính chọn bộ truyền ngồi

n ⅆc
47
=
=3,28
nlv 14,32

Động cơ
25

Cơng tác
15.8
3,28

47
6452,7

42,96
3286,2


Để đơn giản, hộp giảm tốc thường tích hợp cùng động cơ, do đó bộ truyền ngồi
nên chỉ dùng bộ truyền xích, khơng nên dùng bộ truyền đai. Dữ liệu ban đầu để tính
tốn bộ truyền xích bao gồm:
 Cơng suất truyền P1 = 15,8 (W)
 Số vòng quay đĩa xích chủ động n1 = 47 rpm
 Tỉ số truyền ux = 3,28
2.1 Các bước tính tốn chọn bộ truyền xích như sau

Dựa theo cơ sở lí thuyết về « Loại xích » ta chọn loại « Xích con lăn » do có tải

trọng nhỏ, vận tốc thấp.
Z1 = 29 – 2.ux = 29- 2.3,28 = 22,44 > 18 ( thoả mãn ) → Z1 = 23
Z2 = ux.Z1 = 3,28 . 23 = 75,44 < 120 (thoả mãn ) → Z2 = 76
- Tỉ số truyền thực tế :
ut =

- Sai lệch tỉ số truyền :

| |

Δ u=

z2 76
= =3,3
z1 23

|

|

ut −u
3.3−3,28
⋅100 %=
=0,6 % < 4% thoả mãn
u
3,28

- Cơng suất tính tốn :
𝑃t = 𝑃. 𝑘. 𝑘z . 𝑘n ≤ [𝑃]
Trong đó:

 Pt , P , [ P ] lần lượt là cơng suất tính tốn, công suất cần truyền và công suất
cho phép.
 kz là hệ số dạng răng và được tính bằng cơng thức:
k z=

25 25
= =1,09
z 1 23


 kn: là hệ số vòng quay, tra bảng 5.5
k n=

n01 50
= =1,35
n1 37