Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống dán thùng tự động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰT KẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ THỐT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰNG DÁN THÙNG TỰN THÙNG TỰ
ĐỘ THỐNG DÁN THÙNG TỰNG

MỞ ĐẦU ĐẦUU
Trong bối cảnh kinh tế hiện nay, trên thế giới nói
chung và ở nước ta nói riêng, đang từng bước phát
triễn. Đời sống con người ngày càng được nâng cao,
yêu cầu về hàng hoá để phục vụ cho con người
không chỉ có chất lượng cao, số lượng nhiều, tốc độ
nhanh mà còn có cả tính thẩm mỹ. Vì thế hàng hóa
cần được bao bì, đóng gói.
1


Các sản phẩm sau khi được đóng gói, bao bì sẽ được
đóng thành từng kiện (mỗi kiện có nhiều gói phụ
thuộc vào kích thước lớn hay nhỏ của kiện). Các
kiện này là những thùng được làm bằng chất liệu
như gỗ, giấy… nhưng chất liệu chủ yếu là giấy. Đóng
thùng sản phẩm thành các kiện giúp bảo quản sản
phẩm tốt hơn, việc kiểm tra, vận chuyển từ nơi này
tới nơi khác đơn giản hơn. Đáp ứng cho yêu cầu này,
nhiều loại máy móc thiết bị đã ra đời.
Đóng thùng sản phẩm là cho sản phẩm vào thùng
giấy đã được chế tạo sẵn, sau đó dùng băng keo dán

kín miệng thùng. Công việc này hiện nay hầu hết
được thực hiện bằng tay và các thiết bị cầm tay cho
năng suất thấp. Để đáp ứng cho các yêu cầu của
hàng hóa là số lượng nhiều, tốc độ nhanh, có tính
thẩm mỹ, ta cần áp dụng các hệ thống dán thùng
tự động.
Vì vậy, em tiến hành khảo sát và thực hiện đề
tài : “Thiết Kế Hệ Thống Dán Thùng Tự Động”.
Hệ thống dán thùng tự động bao gồm: một băng
tải để vận chuyển thùng, một máy dán thùng bằng
băng keo.
Nội dung cụ thể của luận án bao gồm : chọn
phương án dán thùng, tính toán động học, tính bền
hệ thống truyền động và kết cấu, thiết kế băng
tải, thiết kế cơ cấu dán (chủ yếu là xác định kích
thước động và kết cấu), chọn sơ đồ mạch điện để
điều khiển cả hệ thống.

CHƯƠNG 1 : CHỌN SƠ ĐỒU ĐỘ THỐNG DÁN THÙNG TỰNG
1.1 - Yêu cầu kỹ thuậtu kỹ thuật :
- Thùng được thực hiện trong hệ thống này là
thùng giấy (thùng carton).
- Năng suất 2400 (thùng/giờ).
- Thực hiện dán băng keo cả mặt trên và mặt
dưới của thùng một cách đồng thời.
2


- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của
thùng.

- Miệng thùng giấy sau khi dán phải kín, đường băng
keo phẳng, không có bọng khí.
- Dán được những thùng có kích thước sau :

Thông số
Min
Chiều dài a
150
(mm)
Chiều cao b
150
(mm)
Chiều rộng c
150
(mm)
Khối lượng
1
(kg)
1.2 - Các phương án dán băng keo :
1.2.1 - Các phương án thiết kế :
1) Phương án 1:

3

Max
600
600
500
20

1 - Thùng giấy
23 - Cuộn băng keo

12 - Khâu 12

2 - Con lăn dán băng keo
24 - Dây băng keo

13 - Lò xo kéo

3 - Con lăn dán băng keo
25 - Con lăn

14 - Khâu 14

4 - Lò xo kéo
Khâu 26

15 - Con lăn dán băng keo 26

5 - Khâu 5
Lò xo kéo

16 - Con lăn dán băng keo 27-

4

-

6 - Con lăn
Băng tải

17 - Khâu 17

28

-

7 - Dây băng keo
29 - Bộ truyền xích

18 - Lò xo kéo

8 - Cuộn băng keo
Hộp truyền động

19 - Khâu 19

30

-

9 - Con lăn
Khớp nối

20 - Khâu 20

31

-

10 - Dao cắt băng keo
Động cơ

21 - Dao cắt băng keo

32

-

11- Khâu 11

22 - Con lăn

a) Nguyên lý hoạt động :
- Băng tải (28) gồm 2 băng tải được đặt song song
với nhau, cách một khoảng cho trước để lắp cụm dán
băng keo dưới và chuyển động nhờ một động cơ (32)
qua khớp nối (31) đến hộp truyền động (30) và bộ
truyền xích (29).
- Dây băng keo (7),(24) được kéo ra từ cuộn băng keo
(8),(23) vòng qua các con lăn (6),(9) và con lăn(22),(18) có
tác dụng làm căng băng keo và đến vị trí con lăn
dán băng keo (2),(3).
- Thùng giấy (1) được băng tải (28) đưa vào cụm dán
băng keo trên và dưới để tiến hành dán. Khi thùng
giấy di chuyển đến vị trí con lăn dán băng keo (2),(3),
tác động làm cho con lăn dán băng keo (2),(3) được đẩy

lên, đồng thời khâu (5),(26) được nâng lên, tác động
qua khâu (12),(19) rồi đến khâu (14),(17) làm hai con lăn
dán băng keo (15),(16) được nâng lên. Dây băng keo bắt
đầu được dán khi thùng giấy chạm vào con lăn dán
băng keo (2),(3). Thùng giấy di chuyển gần tới vị trí dao
cắt (10),(21) thì tác động vào khâu (11),(20) làm dao cắt
được nâng lên. Khi thùng di chuyển ra khỏi khâu (11),(20)
không còn tác động vào khâu này thì khâu này
được hạ xuống nhờ lò xo kéo (4),(27). Do dao cắt băng
5


keo (10),(21) được gắn trên khâu (11),(20) nên khi khâu này
hạ xuống thì hai dao cắt (10),(21) cũng được hạ xuống
và cắt dây băng keo. Quá trình dán băng keo lên
thùng giấy được kết thúc khi thùng di chuyển ra khỏi
con lăn dán băng keo (15),(16), khi đó các con lăn dán
băng keo (2),(3),(15),(16) đồng thời được hạ xuống nhờ
các lò xo kéo (13),(18). Con lăn dán băng keo (15),(16) có
tác dụng ép chặt lại dây băng keo lên thùng giấy.
Thùng đầu tiên được dán xong thì thùng thứ hai được
đưa vào và quá trình cứ diễn ra liên tục.
- Việc điều chỉnh máy theo chiều cao của thùng
giấy nhờ trục vis. Trục vis sẽ di chuyển toàn bộ cụm
dán băng keo trên lên hoặc xuống sao cho phù hợp
với chiều cao của thùng.
- Để phù hợp với chiều rộng của thùng giấy, ta
điều chỉnh khoảng cách giữa hai thang dẫn hướng đặt
phía trên băng tải (28).
b) Ưu điểm :

- Năng suất cao.
- Kết cấu đơn giản.
- Thực hiện dán băng keo mặt trên và mặt dưới
của thùng.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của
thùng.
- Lắp ráp vận hành đơn giản.
c) Nhược điểm :
- Mặt trên của thùng không được nén chặt.
- Không thực hiện được đối với thùng có chiều
rộng quá nhỏ.
- Nhiều bọng khí.
2) Phương aùn 2 :

6


38 - Băng tải
Động cơ

40- Hộp truyền động

39 - Bộ truyền xích

42

-

41 - Khớp nối

a) Nguyên lý hoạt động :
- Cơ cấu dán băng keo và quá trình dán tương tự
phương án 1 nhưng khác ở chổ là thùng giấy được
vận chuyển nhờ hai băng tải (38) riêng biệt, mỗi băng
tải này chuyển động nhờ một động cơ (42) qua khớp
nối (41) đến hộp truyền động (40) và bộ truyền xích
7


(39). Hai băng tải riêng biệt này áp sát hai mặt bên
của thùng giấy và di chuyển lôi thùng đi.
- Việc điều chỉnh máy theo chiều cao thùng giấy
tương tự phương án 1.
- Để phù hợp với chiều rộng của thùng, ta điều
chỉnh khoảng cách giữa hai băng tải (38).
b) Ưu điểm :
- Năng suất cao.
- Thực hiện dán băng keo mặt trên và mặt dưới
của thùng.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của
thùng.
- Lắp ráp vận hành đơn giản.
- Thực hiện được với thùng có chiều rộng nhỏ.
c) Nhược điểm :
- Kết cấu phức tạp.
- Thùng di chuyển không đồng bộ, đường băng keo
dán không phẳng.
- Có hiện tượng trượt giữa băng tải và hai mặt
bên của thùng, làm thùng bị trầy xước, giảm tuổi
thọ băng tải.

- Mặt trên của thùng không được nén chặt.
- Nhiều bọng khí.

3) Phương án 3:

8


33 - Băng tải
Động cơ

35- Hộp truyền động

34 - Bộ truyền xích

37

-

36 - Khớp nối

a) Nguyên lý hoạt động :
- Cơ cấu dán băng keo và quá trình dán tương tự
phương án 1.
- Việc điều chỉnh máy sao cho phù hợp với chiều cao
và chiều rộng của thùng giấy tương tự phương án 1.
- Khác với phương án 1 là có thêm băng tải (33) lắp
tại vị trí cụm dán băng keo trên, có tác dụng là
nén chặt và hỗ trợ di chuyển thùng giấy. Băng tải
(33) bao gồm hai băng tải đặt song song với nhau và

cách nhau một khoảng cho trước để lắp cụm dán
băng keo trên, cùng chuyển động nhờ một động cơ (37)
qua khớp nối (36) đến hộp truyền động (35) và bộ
truyền xích (34).
b) Ưu điểm :
- Năng suất cao.
- Kết cấu đơn giản.
9


- Thực hiện dán băng keo mặt trên và mặt dưới
của thùng.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của
thùng.
- Lắp ráp vận hành đơn giản.
- Mặt trên của thùng được nén chặt.
- Thùng di chuyển nhẹ nhàng, ổn định, đường băng
keo phẳng, ít bọng khí.
c) Nhược điểm :
- Không thực hiện được đối với thùng có chiều
rộng quá nhỏ.
4) Phương án 4 :

33 - Băng tải
Động cơ

35 - Hộp truyền động

34 - Bộ truyền xích

37

-

36 - Khớp nối

a) Nguyên lý hoạt động :
- Cơ cấu dán băng keo và quá trình dán tương tự
phương án 2.
- Việc điều chỉnh máy sao cho phù hợp với chiều cao
và chiều rộng của thùng giấy tương tự phương án 2.
10


- Khác với phương án 2 là có thêm băng tải (33) lắp
tại vị trí cụm dán băng keo trên, có tác dụng là
nén chặt và hỗ trợ di chuyển thùng giấy.
b) Ưu điểm :
- Năng suất cao.
- Thực hiện dán băng keo mặt trên và mặt dưới
của thùng.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của
thùng.
- Lắp ráp vận hành đơn giản.
- Thực hiện được với thùng có chiều rộng nhỏ.
- Mặt trên của thùng được nén chặt.
- Thùng di chuyển tương đối ổn định, nhẹ nhàng, ít
bọng khí.
c) Nhược điểm :
- Kết cấu phức tạp.

- Thùng di chuyển không đồng bộ.
- Có hiện tượng trượt giữa băng tải và hai mặt
bên của thùng, làm thùng bị trầy xước, giảm tuổi
thọ băng tải.
1.2.2 - Chọn phương án thiết kế:
- Dựa vào yêu cầu kỹ thuật của hệ thống,
nguyên lý làm việc, các ưu điểm và nhược điểm của
từng phương án, ta chọn phương án thiết kế là phương
án 3.
1.3 - Phương án truyều kỹ thuậtn động :

11


1 - Động cơ
2 - Khớp nối 3 - Hộp giảm tốc khai
triễn bánh răng thẳng
4 - Bộ truyền xích

5 - Băng tải

- Ta chọn phương án truyền động là : từ động cơ (1)
qua khớp nối (2) và hộp giảm tốc khai triễn bánh răng
thẳng (3) đến bộ truyền xích (4) làm băng tải (5)
chuyển động.

CHƯƠNG 2 : CHỌN ĐỘ THỐNG DÁN THÙNG TỰNG CƠ, TÍNH TOÁN ĐỘNGNH TOÁN THÙNG TỰN ĐỘ THỐNG DÁN THÙNG TỰNG
HỌC
2.1- Chọn động cơ :
- Do động cơ kéo đồng thời 2 băng tải , nên tải

trọng tác động lên một băng tải là G=20/2=10(kg) (xét
trường hợp thùng giấy nằm đều trên 2 băng tải ).
- Khoảng cách giữa 2 băng tải phải nhỏ hơn chiều
rộng nhỏ nhất của thùng là Cmin=150 (mm).
+Giả sử để thùng di chuyển được thì mỗi bên
thùng tiếp xúc với từng băng tải lớn hơn 1/6 chiều
rộng thùng.
12


+Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai băng tải là: 4/6
C min =4/6.150 =100 (mm)

+Khoảng cách lớn nhất giữa hai băng tải là: 4/6
C max =4/6.500

=333 (mm)

Do máy có cơ cấu dẫn hướng nên xu hướng thùng
bị xoay xem như không đáng kể, ta chọn khoảng cách
giữa hai băng tải là 110 (mm).
- Chiều rộng nhỏ nhất của băng :
Đối với thùng có C min : 1/6 C min = 1/6.150 =25 (mm)
Đối với thùng có C max : 1/6 C max = 1/6.500 =83 (mm)
Nên ta chọn chiều rộng băng tải là 100 (mm)
- Lựa chọn các thông số cơ bản.
+Thời gian vận chuyển một thùng:
t 3600 / Z 3600 / 2400 1,5

(giây)

(2.82[2])

Trong đó Z -là năng suất giờ của đường dây chuyền.
- Chọn khoảng cách giữa 2 thùng liên tiếp là a = 400
(mm)
- Vận tốc của băng tải :

v

a
0,4 / 1,5.1 0,27 (m/s) (2.81[2])
t.i

Trong đó :
a-bước giữa đường tâm các bộ phận làm việc hay
chiều dài của một chổ làm việc.
i-số sản phẩm trong một bộ phận làm việc.
- Năng suất khối lượng tính toán lớn nhất:
10.2400
Q (G.Z ) / 1000 
24 (T/giờ)
1000

13


- Khoảng cách giữa các con lăn lấy cho nhánh có
tải l ct 0,1(m) , cho nhánh không tải l kt 0,2(m)
- Trọng lượng thùng có ích trên 1 mét dài của

băng:
qvl 

G
10 / 0,4 25(kg / m)
a

- Chọn dây băng loại 3 ( bảng 4.3[1]); vải bạt B-820
(bảng 4.5[1])
- Chiều dài dây băng:
  l  i. m   k ( bảng 4.12[1])

Với :
+  l 2mm - chiều dày lớp bọc cao su ở mặt làm việc. (
bảng 4.6[1])
+  m 1,5mm - chiều dày một lớp màng cốt. ( bảng 4.5[1])
+i = 1- số lớp màng cốt trong dây băng.
+  k 1,5mm - chiều dày lớp bọc cao su ở mặt không
làm việc. ( bảng 4.6[1])
Tacó :

 = 2 + 1.1,5 +1,5 =5 (mm)

- Khối lượng dây băng vải cao su trên một đơn vị
chiều dài:
qb 1,1.B. 1,1.0,1.5 0,55 (kg/m)

(4.11[1])

+B-chiều rộng dây băng.

+  -chiều dày dây băng.
+Hệ số cản :  = 0,022 (bảng 6.16[1])
- Xác định lực cản chuyển động và kéo căng
băng:
- Trọng lượng con lăn trên một mét dài (bảng
6.10[1])
14


+Nhánh có tải : qclc 2,1(kg / m)
+Nhánh không tải : qclo 0,63(kg / m)
- Ta chia chu tuyến băng thành bốn đoạn riêng biệt
tính từ điểm 1 tới điểm 4, mỗi đoạn có các dạng lực
cản khác nhau.

- Tại điểm 1 có lực căng tại nhánh ra của tang
dẫn động:
S1=Sra
- Lực cản trên đoạn 1 - 2: (2.33[2])
W1 2 ( qb  qcl0 ) L1 2 . (0,55  0,63).1,5.0,022 0,04( kg )

- Lực kéo căng tại điểm 2: (2.51[2])
S 2 S1  W1 2 S1  0,04

- Lực kéo ở đoạn 2-3 : (2.45[2])
W2 3 0,07 S 2 0,07 S1  0,003

- Lực kéo căng tại điểm 3:
S 3 S 2  W2 3 1,07 S1  0,043

- Lực cản trên đoạn 3-4 (2.32[2])





W3 4  0,5( qb  qvl )  qclc L3 4 .  0,5( qb  qvl ) L3 4 . f

15


 0,5(0,55  25)  2,11,5.0,022  0,5(0,55  25)1,5.0,4 8,2(kg )

- Lực căng tại 4:
S 4 S 3  W3 4 1,07 S1  8,243

- Xác định S1 :
S vao S 4 S ra .e f S1 .e f

Với :

 180 0 , f 0,4  e f 3,51

Ta coù :

S1 .1,07  8,243 3,51.S1

Suy ra :

S1 3,38( kg )

S 2 S1  0,04 3,42(kg )
S 3 1,07 S1  0,043 3,66(kg )

S 4 1,07 S1  8,243 11,86(kg )

- Kiểm tra độ bền của băng
Số lớp vải của băng:
i

S max K 11,86.9

0,02
Bk d
100.55

(3.3[2])

+Smax-lực căng tính toán lớn nhất của băng.
+K-hệ số dự trữ bền kéo của băng (bảng 3.6[2])
+Kd-giới hạn bền chống đứt trên cơ sở 1cm của
một lớp đệm.
+Kd=55kg/cm-đối với vải bạt mác B-820.
Vậy

i 3  0,02

- Kiểm tra độ võng:
+Độ võng cho phép:

 f  (0,025 0,03).lkt

0,005 0,006 với l kt 0,2m

+Độ võng:
16


f 

qb .l kt2 0,55.0,2 2

0,001  [ f ]
8S min
8.3,38

- Xác định lực kéo :
+Lực cản ở tang dẫn ñoäng :
Wdd 0,03( S vao  S ra )

(2.44[2])

0,03(3,38  11,86) 0,46(kg )

+Lực kéo :
WT S 4  S1  Wdd

(2.53[2])

11,86  3,38  0,46 8,94(kg )

- Tính bộ phận dẫn động :
Chọn đường kính tang :

Dtg 100

(mm)

Kiểm tra đường kính tang truyền động theo áp lực
dây băng lên tang:
Dtg 



360W0
(6.4[1])
B. pt . . .

360(11,86  3,38)
0,027( m) 27( mm) < 100( mm)
0,1.10000. .180.0,2

(thỏa mãn)

+pt-áp lực cho phép của dây băng lên tang.
Pt=10000 11000 (kg/m2)
+  -góc ôm của dây băng lên tang.
+  -hệ số bám giữa dây băng và tang. (bảng 6.6[1])
+W0=Sv-Sr (5.34[1])
+B-bề rộng dây băng.
- Số vòng quay của tang trong một phút :

ntg 

60.v
60.0,27

52,62 (vòng/phút)
KD 0,98. .0,1

- Công suất cần thiết của động cơ :
17


Từ động cơ thông qua khớp nối đến hộp giảm tốc
khai triễn hai cấp và bộ truyền xích để kéo một
trục, trên trục đó có gắn hai tang chủ động của hai
băng tải, do đó:
2Wt .v
N 
102.

Với   k br2  ol3  x3
N 

(2.54 [2])

0,99.0,97 2 .0,993.0,99 0,84

2.8,94.0,27
0,05( kW )
102.0,84

- Chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc là 12; tỷ
số truyền của bộ truyền xích là 2,1
nsb ntg .vt 52,62.12.2,1 1326 (vòng/phút)

- Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ ndb 1500
(vòng/phút)
Từ bảng P13 phụ lục [3] với N =0,05(kW) và

n db 1500

(vòng/phút), nên ta dùng động cơ : 4A50A4Y3 có Pdc 0,06
(kW), Tmax / Tmin 2,2 ; Tk / Tdn 2 ; ndc 1378 (vòng/phút)
2.2 - Tính toán động học :
+Tỷ số truyền hệ dẫn động:
ut ndc / nlv 1378 / 52,62 26,18

(3.23[3])

+Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động:
u t u h .u x 12.2,18

+Phân tỷ số truyền của hộp giảm tốc:
u h 12 u1 .u 2 4,32.2,78

+Xác định công suất, mômen, số vòng quay trên
các trục:
P
0,05
P3  lv 

0,054( kw)
 ol x 0,99.0,93

18


P
0,054
P2  3 
0,056(kw)
 ol bl 0,99.0,97
P
0,056
P1  2 
0,058(kw)
 ol br 0,99.0,97
n1 n dc 1378

(vg/ph)

n 2 n1 / u1 1378 / 4,32 318,98 (vg/ph)
n3 n2 / u 2 318,98 / 2,78 114,74

(vg/ph)

T1 9,55.10 6

P1
0,058
9,55.10 6

401,96 (Nmm)
n1
1378

T2 9,55.10 6

P2
0,056
9,55.10 6
1676,59 (Nmm)
n2
318,98

T3 9,55.10 6

P3
0,054
9,55.10 6
4494,51 (Nmm)
n3
114,74

Trục
Thông số
Công
suất
P(kw)
Tỷ số truyền
u
Số vòng quay

n(vg/ph)
Mômen
xoắn
T(Nmm)

Động
cơ

1

2

3

0,06

0,058

0,056

0,054

4,32

2,78

1378

1378

318,98

114,74

415,82

401,82

1676,59

4494,51

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN ĐỘNGNH BỀUN HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ THỐT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰNG TRUYỀUN
ĐỘ THỐNG DÁN THÙNG TỰNG
3.1 - Tính toán bộ truyều kỹ thuậtn xích :
1) Chọn loại xích:
Do vận tốc thấp, nên ta dùng xích con lăn.
19


2)Xác định các thông số của xích và bộ truyền :
- Chọn số răng đóa xích dẫn:
Ta chọn Z1=13 (răng)
Với ux=2,1 : tỉ số truyền bộ truyền xích
- Số răng đóa xích lớn:
Z2=ux.Z1=13.2,1=27,3 (răng)
Ta chọn Z2=27 (răng)
- Công suất tính toán:
Pt=p.k.kz.kn (5.3[3])
Trong đó:

Z1=13 ; kz=25/Z1=25/13=1,9
Với n01=200vg/ph
kn=n01/n1=200/114,47=1,74
Theo công thức(5.4[3])và bảng( 5.6[3]):
k=k0.ka.kđc.kđ.dc.kbt=1.1.1.1.1,25.1=1,25
+k0=1- hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ
truyền.
+ka=1- hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều
dài xích.
+kđc=1- hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều
chỉnh lực căng xích.
+kđ=1- hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của
tải trọng.
+kc=1,25- hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ
truyền.
+kbt=1- hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn.
Như vậy:
Pt=0,054.1,25.1,9.1,74=0,22 (kW)

20