ĐỒ ÁNH : Thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước

Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày càng đòi
hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của mình. Tự động
hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội, nó là ngành
mũi nhọn trong công nghiệp. Ngày nay, trình độ tự động hoá của một quốc gia đánh giá cả
một nền kinh tế của quốc gia đó. Chính vì lẽ đó mà việc phát triển tự động hoá là một việc
hết sức cần thiết.
Viêc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả
trong đời sống con người ngày càng được phổ biến. Hầu như trong mọi lĩnh vực đều thấy
có cần thiết của tự động hoá.
Từ những thực tế trên là sinh viên của ngành Cơ Khí Chế Tạo, từ nhữnh kiến thức đã
học chúng em đã chọn và thực hiện đê tài “Thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm
theo kích thước ”. Như đã nói ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con
người thiết nghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết. Với phạm vi đồ án chúng em sẽ tạo ra
một mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống phân loại và đếm sản phẩm.
Trong thời gian thực hiện đề tài chúng em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô
và các bạn , đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Đắc Lực để chúng em có
thể hoàn thành đề tài này. Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Việc hoàn thành đề tài này sẽ không tránh được những sai lầm thiếu sót. Chúng em
rất mong được sự phê bình đánh giá của các thầy cô để chúng em có thể rút ra được kinh
nghiệm và cũng nhằm bổ sung kiến thức cho mình.
Huế, tháng 12 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn An
Lê Phước Bảo
Trần Hoàng Ben

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 1


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MÁY THIẾT KẾ
1.1.GIỚI THIỆU TÓM TẮT VỀ ĐỀ TÀI
Nguyên lý làm việc :
Máy phân loại sản phẩm này hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác
định chiểu cao của sản phẩm. Sau đó dùng xilanh để loại bỏ sản phẩm có kích thướt không
đạt yêu cầu. Những sản phẩm có kích thước đạt yêu cầu sẽ được đếm bằng các cảm biến
cho đến khi đạt đủ số lượng theo yêu cầu rồi tiếp tục được chuyển đến các thùng hàng để
đóng gói.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn máy hoạt động được cần những chuyển
động cần thiết: chuyển động tịnh tiến để đưa sản phẩm vào để phân loại, ta dùng băng
chuyền để tạo ra chuyển động này. Để truyền động 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. Ngoài chuyển đông đưa sản phẩm vào của băng chuyền máy còn chuyển động
cần thiết nữa đó là hai chuyển động tịnh tiến để đẩy sản phẩm không đạt kích thước của
xilanh. Chuyển động của xilanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén.
Chu trình làm việc máy :
Khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được vào băng chuyền. Khi sản phẩm ở
trên băng chuyền nó sẻ được phân loại với kích thướt lớn nhỏ khác nhau. Các phế phẩm sẻ
được loại bỏ còn các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được đếm và chuyển đến thùng
hàng để đóng gói. Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm.

Loại sản phẩm được phân loại:
Hiện nay công việc phân loại và đếm sản phẩm là một công việc lặp đi lặp lại nên
không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc phân loại và đếm gạch
men,các loại trái cây như dừa, bưởi, các thùng hàng.... theo kích thước là một công việc
mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Ngày nay để nâng cao năng suất lao động,
nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 2


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình
sản xuất.
Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã cải
thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàm chán
trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa học kỹ
thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.
Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế giới,
vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượng mẫu mã và
quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất
mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm,
cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.
1.2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TẾ VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ
TÀI
Tự động hoá là một quá trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao động

của con người, nâng cao năng xuất lao động. Trong mọi thời đại, một sản phẩm làm ra vấn
đề giá thành sản phẩm là một trong những vấn đề rất được quan tâm bởi lẽ nếu cùng một
loại sản phẩm của hai nhà sản xuất đưa ra nếu giá thành sản phẩm nào rẻ hơn nhưng với
chất lượng như nhau thì dĩ nhiên người ta sẽ lựa chọn sản phẩm rẻ hơn. Chính vì lẽ đó mà
con người luôn tìm tòi mọi phương pháp để giảm giá thành sản phẩm và đó là cơ sở cho
nghành tự động hoá ra đời. Một trong những động lực cho sự phát triển của tự động hoá
đó là giảm sức lao động của con người, nâng cao chất lượng sản phẩm và năng xuất lao
động. Người ta từ lâu đã nhận ra rằng lao động của con người không thể sánh bằng máy
móc kể cả về năng suất và chất lượng đặc biệt là các loại máy móc tự động. Vì vậy việc ra
đời của ngành tự động hoá không những giảm bớt lao động của con người mà còn nâng
cao được năng suất và chất lượng sản phẩm.
Quá trình tự động hoá đã làm cho việc quản lí trở nên rất đơn giản, bởi vì nó không
những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân
đến mức tối đa. Ngoài ra tự động hoá còn cải thiện được điều kiện làm việc của công

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 3


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

nhân, tránh cho công nhân những công việc nhàm chán, lặp đi lặp lại, có thể thay cho con
người lao động ở những nơi có điều kiện làm việc nguy hiểm, độc hại…
Tự động hoá có thể áp dụng cho nhiều loại hình sản xuất hàng loạt và đơn chiếc với
một trình độ chuyên môn hoá cao cũng chính vì thế mà năng suất cũng như chất lượng sản
phẩm rất cao. Ngày nay để đánh giá mức độ của một nền sản xuất, người ta đánh giá vào
mức độ tự động hoá của nền sản xuất đó.

Ngày nay, với một trình độ chuyên môn hoá cao một sản phẩm được làm ra có thể
được lắp từ nhiều chi tiết của các nhà sản xuất khác nhau trên thế giới. Chính vì lẽ đó mà
buộc con người phải tiêu chuẩn hoá các chi tiết cũng như các sản phẩm chế tạo ra. Tự
động hoá rất thích hợp với ngành sản xuất theo tiêu chuẩn như thế.
Với tầm quan trọng như thế, ngành tự động hoá rất được các quốc gia trên thế giới
quan tâm bởi đó không những là bộ mặt của nền sản xuất mà trong thời buổi kinh tế thị
trường việc cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là rất khó khăn, nó đòi hỏi không
những về chất lượng sản phẩm mà còn cả về giá thành.
Chúng em chọn đề tài phân loại sản phẩm bởi vi nó có khá nhiều ứng dụng trong
thức tế như đã trình bày ở trên. Việc vận dụng những kiến thức đã học vào thiết kế chế tạo
mô hình cũng tương đối đơn giản.

______________________

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 4


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

CHƯƠNG II
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. PHÂN TÍCH CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
2.1.1. Hoạt động phân loại thủ công
Khi sản phẩm được sản xuất ra, người công nhân dùng các thiết bị đo kiểm để xác
định sản phẩm thuộc loại nào. Sau đó xếp sản phẩm vào trong hộp, đếm đủ số lượng rồi
dùng băng keo dán lên miệng hộp. Việc này phụ thuộc rất nhiều vào trình độ công nhân.

Hơn nữa, công nhân làm việc lâu không tránh khỏi những sai sót dẫn đến chất lượng sản
phẩm không đồng đều.
2.1.2. Hoạt động phân loại tự động
Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp đều trên băng chuyền. Bên
cạnh băng chuyền có đặt các công tắc hành trình, phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm
mà chúng có tác động vào công tắc hành trình hay không, khi sản phẩm tác động vào công
tắc hành trình chúng sẽ được đẩy vào hộp nằm trên các băng chuyền khác.Các sản phẩm
còn lại sẻ được băng chuyền tiếp tục mang đi đến các thùng hàng ,thông qua hệ thống đếm
tự động cho đến khi đủ số lượng quy định thì hệ thống sẻ tư động dừng trong một khoàng
thời gian để đóng gói sản phẩm .Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khi có lệnh dừng.
Người công nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa vào kho hàng.
2.2. CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.2.1. Các chuyển động chính
Chuyển động của băng chuyền chính để mang sản phẩm đi phân loại.
Chuyển động tịnh tiến của piston nhằm đẩy sản phẩm vào hộp trên băng chuyền phân
loại.
2.2.2. Các yêu cầu khi thiết kế
Nhìn chung, khi xây dựng phương án bố trí cho các hệ thống tự động cần phải đảm
bảo các điều kiện như sau:
- Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy.
- Công nhân làm việc được thoải mái, không phải chịu áp lực lao động.
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 5


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

- Ngoài ra phải đảm bảo được tính an toàn và tính kinh tế.
2.3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.3.1. Phương án 1.
Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm, một công tắc hành trình được đặt ở phía
trên băng tải để xác định các sản phẩm có chiều cao vượt quá cho phép. Một xilanh để đẩy
phế phẩm ra khỏi băng tải. Một cảm biến để đếm sản phẩm. Sử dụng van tiết lưu năm cửa
hai vị trí để điều khiển xilanh.
Ưu điểm: Vận chuyển được sản phẩm nhanh hơn do đó năng suất cao hơn, sử dụng
ít pittong, ít băng tải nên gia thành chế tạo thấp, ít dùng cảm biến nên dễ dàng cho việc
điều khiển.
Nhược điểm : Chỉ phân loại các sản phẩm có chiều cao khác nhau, chưa có tính linh
hoạt trong khâu phân loại và đóng gói.
2.3.2.Phương án 2.
Sử dụng hai băng tải để vận chuyển sản phẩm, một dùng để vận chuyển sản phẩm
đến để phân loại, một để vận chuyển các sản phẩm đã được phân loại đi đóng thùng Sử
dụng 2 xilanh để đẩy các sản phẩm đạt chất lượng từ băng tải 1 sang băng tải 2, sử dụng
công tắc hành trình ở băng tải 1 để phân loại sản phẩm. Bộ cảm biến để đếm sản phẩm, sử
dụng van tiết lưu 5/2 để điều khiển xilanh.
Ưu điểm : phân loại sản phẩm đa dạng hơn, có thể cùng một lúc phân loại nhiều
kích thước của sản phẩm.
Nhược điểm : sử dụng nhiều xilanh và băng tải hơn nên tốn kém trong việc chế tạo,
sử dụng nhiều cảm biến nên khó khăng trong việc điều khiển. Tôn nhiều thời gian hơn do
đó năng suất sẽ giảm.
Dựa trên các phân tích trên nhóm chúng em lựa chọn phương án 1 để thiết kế và chế
tạo mô hình.
______________________

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 6

Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

CHƯƠNG III
THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY
3.1 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY
- Năng suất làm việc của máy Q [ T/h ]
- Tốc độ vận chuyển V = 36 [m/h ]
- Chiều dài băng chuyền L = 10 [m ]
- Độ cao vận chuyển của băng chuyền H = 0 [ m ]
- Góc nghiêng mặt đáy ß = 0 [ ]
- Lực đẩy của Xilanh F

t

L

Năng suất là lượng vật liệu được vận chuyển trong một đơn vị thời gian [ Th ]
Q = 0,36.G.V/t

(1)

G là trọng lương của gạch cần phân loại, G =3 [ N ]
V là vận tốc băng chuyền, V = 0,1 [ m/s ]
t là bước của các viên gạch đưa vào phân loại kích cỡ, t = 0,1 [ m ]
thay số vào công thức trên ( 1 ) ta được công suất:
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 7


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Q =0,36.3.0,1/0,1 = 1,08[ T/h ]
Lực đẩy của Xilanh F
F > Fms max
Với Fms max là lực ma sát lớn nhất giửa bề mặt tiếp xúc của sản phẩm với băng
chuyền.
Fms max = K.N

(2)

Với k là hệ số ma sát giửa hai bề mặt giửa sản phẩm và băng chuyền.
Chọn K= 0,8
N là phản lực của băng chuyền đối với sản phẩm.
N = G = 3 ( N ).
Thay số vào công thức (2 ) ta được :
Fms max = 0,8.3 = 2,4 ( N ).
3.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY, XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT
PHẦN TỬ DẪN ĐỘNG
3.2.1 Tính toán công suất dẫn động cho thiết bị vận tải.
Công suất dẫn động :
Máy vận chuyển vật liệu trên khoảng L (mm),độ cao H (m). Với năng suất là Q [T/h]
thì công suất tiêu hao là:
N = Q.(H +c.L)/(360.η ) [Kw]

(3)

Trong đó c =1,3 là hệ số cản chuyển động.
η =η .
1

2

η η
2

(4)

3

η là hiệu suất chung của toàn máy

η là hiệu suất của bộ truyền bánh răng η
1

η

2

là hiệu suất của một cặp ổ bi

η

3

là hiệu suất của băng chuyền

η

η

3

2

1

= 0,97

= 0,995

= 0,75

Thay vào công thức (4) ta được :
η = 0.97.0,995 2 .0,75 = 0,7
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 8


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Thay số vào công thức (3) ta được :
N =1,08.(0 + 1,3.10)/(360.0,7) = 0,054 [Kw]
3.2.2 Tính toán động lực học toàn máy
3.2.2.1 Tính toán công suất trên các trục

N

2

=

N .η 1

3

=

N .η .η

N
N

(trục động cơ) = 0,01

1

1

= 0,01.0,97 = 0,0097

2

2

[Kw]

2

3

[Kw]

= 0,0097.0,995 2.0,75

= 0,0073 [Kw]

3.2.2.2 Tính momen xoắn trên các trục

M
Với

= 9,55.10 6.N / n

xi

N là công suất trên các trục [Kw].
n là số vòng quay trên các trục [vòng/phút]

n

1

n

= 60 vòng/phút

2

=

n .i
1

br

= 60 .

1
= 30 vòng/phút
2

n = n .1 = 30.1 = 30 vòng/phút
M = 9,55.10 . 0,01/ 60 =1591 [N.m]
3

2

6

1

M

2

= 9,55.10 . 0,0097/30 = 3088 [N.m]

M

3

= 9,55.10 . 0,0073/30 = 2324 [N.m]

6

6

3.4.2.3 Tính đường kính trục sơ bộ

d

sb

≥ c.

3

N

n

[mm]

CT(TKCTM)

Trong đó c : hệ số tính đương kinh trục sơ bộ. chon c= 110

d

sb1

= 110 . 3 0.01 60 = 5,7 [mm],

d

sb2

= 110 . 3 0.0097 30 = 7,54 [mm],

d

chon1

d

= 6 [mm]
chon2

= 18 [mm]

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 9


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

d

sb3

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

= 110 . 3 0.0073 30 = 6,86 [mm],

d

chon3

= 18[mm]

______________________

CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
4.1. PHÂN TÍCH PHẦN TỬ DẨN ĐỘNG
4.1.1. Phân Tích Và Lựa Chọn Động Cơ Điện
4.1.1.1 Giới thiệu động cơ điện một chiều kích từ độc lập

 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Gồm có hai phần chính: Phần tĩnh (Stato) và phần quay (Roto)
Phần tĩnh:
Cực từ chính: Là bộ phận tạo ra từ trường gồm có lõi thép và dây quấn kích từ. Lõi
thép được ghép từ những lá thép mỏng đối với máy lớn, hoặc đúc thành từng khối đối với
máy nhỏ.
Dây quấn kích từ quấn quanh thân cực từ, các cuộn dây được nối tiếp với nhau.
Cực từ phụ: Được đặt giữa các cực từ chính dùng trong các máy có công suất lớn để
cải thiện đảo chiều, cực từ phụ không có mặt cực, lõi thép làm bằng thép khối trên thân
cực từ phụ có một cuộn dây, cấu tạo giống như cực từ chính.
Phần quay:
Gồm lõi thép được ghép từ những lá thép kĩ thuật điện dày 0.5mm, để giảm tổn hao
do dòng điện xoáy. Bên ngoài có rãnh để đặt dây quấn phần ứng.
Dây quấn phần ứng: Là các dây đồng đặt bên trong rênh phần ứng gồm nhiều phần
tử, mỗi phần tử có nhiều vòng dây và hai đầu của mỗi phần tử được nối với hai phiến góp,
các phần tử được nối với nhau tạo thành mạch kín.
Cổ góp: (vành góp hay vành đổi chiều). Biến đổi dòng điện xoay chiều trong máy
thành dòng một chiều ra ngoài, hoặc biến dòng một chiều từ bên ngoài thành dòng xoay
chiều vào trong máy.
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 10


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Cổ góp có nhiều phiến góp bằng đồng, ghép cách điện nhau bằng Mica 0.4-1.2mm
tạo thành hình tròn. Đuôi của phiến góp hơi nhô cao để hàn với các đầu dây của phần tử.

 Các bộ phận khác:
Vỏ máy: Có thể bằng gang đối với máy lớn và bằng thép cuốn thành ống đối với máy
nhỏ, chức năng là để cố định lõi thép của cực từ và làm gông từ.
Nắp máy: Thường làm bằng gang để bảo vệ dây quấn, đỡ trục của Roto nhờ các ổ
bi.
Trục: Gắn với Roto làm bằng thép.
Chổi than: Dùng để dẫn điện từ ngoài vào trong dây quấn phần ứng và ngược lại.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
+
Ukt
Rkt
Ræf

E
+

Uæ

-

Phương trình đặc tính cơ tổng quát:
ω = ω0 - ∆ω

Suy ra :
Trong đó:
ω: tốc độ động cơ

ω0: tốc độ không tải lý tưởng
∆ω: độ sụt tốc.
Tính chọn công suất động cơ truyền động trong băng chuyền .

Tính chọn công suất động cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục thường theo công
suất cản tĩnh. Chế độ quá độ không tính vì số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng đến chế độ
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 11


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

tải của động cơ truyền động. Phụ tải của thiết bị vận tải liên tục thường ít thay đổi trong
quá trình làm việc nên không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng quá tải.
Trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy.
Sau đây là phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải :

L
v

H

ft

fn

f
,

L

Hình 1.1 .Sơ đồ tính toán lực của băng tải
Hình vẽ cho thấy: Một lực bất kỳ f theo phương thẳng đứng đặt trên mặt phẳng
nghiêng, có thể phân tích thành 2 phần :
f =

fn + ft

fn vuông góc với mặt phẳng
ft sông song với mặt phẳng nghiêng

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 12


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải, thường tính theo các thành
phần sau:
+ Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu.
+ Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải
và các con lăn khi băng tải chạy không.
+ Công suất P3 để nâng băng tải (nếu là băng tải nghiêng)
Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là :
F1 = L ∂η cos β k1g = ∂ L’k1g
Vì thành phần pháp tuyến Fn = L. ∂ .cos β .g tạo ra lực cản (ma sát) trong các ổ đỡ và
ma sát giữa băng tải và các con lăn.
β - Góc nghiêng của băng tải

Trong đó:

L – chiều dài băng tải
∂ - khối lượng vật liệu trên 1m băng tải

K1 – hệ số tính đến lực cản khi dịch chuyển vật liệu k1 = 0,05
Công suất càn thiết để dịch chuyển vật liệu là :
P1 = F1.v = δ.L’.k1.v.g
Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải sẽ là :
F2 = 2.L.δb.cosβ.k2.g = 2L’.δb.k2.g
k2 - hệ số tính đến lực cản khi không tải
δb - khối lượng băng tải trên 1 mét chiều dài băng. Công suất cần
thiết để khắc phục các lực cản ma sát :
P2 = F2.v = 2L’.δb.k2.v.g
Lực cần thiết nâng vật :
F3 = ± L.δ.sinβ.g
Trong biểu thức lấy dấu cộng (+) khi tải đi lên và dấu trừ (-) khi tải đi xuống.
Công suất cân bằng :
P3 = F3.v = ± δ.H.v.g
Công suất tĩnh của băng tải :
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 13


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

P = P1+P2+P3 = ( δL’k1 + 2L’δbk2 ± δH )g.v
Công suất động cơ truyền động băng tải
Pđc = K3.
Trong đó :

P
η

k3 – Hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25)
η - Hiệu suất truyền động.

Từ những tính toán như trên ta thấy công suất động cơ rất bé, ta có thể chọn động cơ
một chiều điện áp 24V, tốc độ 300 (vòng/phút), công suất 35W có sẵn trên thị trường.
4.1.2 Phân tích và lựa chọn các thiết bị vận tải.
Các thiết bị vận tải liên tục thường dùng để vận chuyển thể hạt, cục kích thước nhỏ,
chuyên chở các chi tiết ở dạng thành phẩm và bán thành phẩm, chở hành khách theo một
cung đường nhất định không có trạm dừng ở giữa đường. Thiết bị vận tải liên tục bao
gồm: băng chuyền, băng gầu, thang chuyền. Các thiết bị vận tải liên tục có năng suất cao
so với các phương tiện khác, nhất là ở các vùng núi hay địa hình phức tạp.
4.1.2.1 Phân loại
Băng chuyền: dùng để vận tải các hạt thành phẩm và bán thành phẩm trong các phân
xưởng, nhà máy sản xuất theo dây chuyền.
Băng gầu: dùng để vận tải vật thể dạng hạt theo phương thẳng đứng. Bộ phận bốc
hàng là những gầu nhỏ.
Thang chuyền: dùng để chuyên chở hành khách trong trong các cửa hàng siêu thị,
các toà thị chính, nơi có lưu lượng hành khách lớn và trong các nhà ga tàu điện ngầm.
Các loại Piston Xilanh.
4.1.2.2 Cấu tạo các thiết bị vận tải
A) Băng chuyền
Băng chuyền là thiết bị vận tải dùng để chuyên chở các vật thành phẩm hay bán

thành phẩm trong các phân xưởng, nhà máy sản xuất theo dây chuyền theo phương nằm
ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng không lớn lắm). Kết cấu của một băng
chuyền cố định như hình vẽ:

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 14


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Băng chuyền

Trục tang
B) Băng gầu
Băng gầu dùng để vận chuyển vật dạng hạt theo phương thẳng đứng hoặc theo mặt
phẳng nghiêng lớn (góc nghiêng lớn hơn 600). Kết cấu của băng gầu biểu diễn ở hình vẽ:

Nó bao gồm một xích kéo khép kín 2 và vắt qua hoa cúc của tay quay 1. Phần
chuyển động băng gầu được bao che kín bằng hộp đậy 3 và cơ cáu dẫn hướng 4. Các gàu
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 15


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

xúc 5 được gá cố định với cơ cấu kéo của băng gầu. Tang chủ động (hoặc hoa cúc) 1 được
nối với động cơ truyền động 10 qua hộp giảm tốc 8. Tốc độ di chuyển của băng gầu có thể
chọn từ 0,85 ÷ 1,25m/s.
C) Thang chuyền
Thang chuyền là loại cầu thang di chuyển liên tục dùng để chuyên chở hành khách.
Tốc độ di chuyển của thang chuyền v = (0,5 ÷ 1)m/s. Cấu tạo và kết cấu của thang chuyền
như hình:

Động cơ truyền động 6 được lắp ở đầu trên của thang chuyền, truyền lực cho trục
chủ động 5. Các bậc thang của thang chuyền 4 liên kết thành một mạch xích thép kín từ
trục chủ động 5 đến trục thụ động 2. Ở trục thụ động có cơ cấu tạo lực căng cho thang
chuyền1. Để đảm bảo an toàn cho hành khách, hai bên thang có tay vịn 3 di chuyển đồng
thời với các bậc thang.
4.1.2.3 Lựa chọn và thiết kế thiết bị vận tải.
Với những phân tích ở trên ta chọn thiết bị vận chuyển sản phẩm là bộ băng chuyền.

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 16


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Tấm băng là bộ phận mang tải chủ yếu của băng tải, đắt tiền nhưng có nguy cơ chóng
hỏng nhất. Yêu cầu tấm băng phải có độ bền kéo và độ bền uốn, độ đàn hồi và dãn dài
nhỏ, có khả năng chống cháy và chống mòn tốt.
Đối với bộ truyền có công suất nhỏ ta chọn tấm băng làm vải dệt từ sợi bông, bề rộng

của tấm băng bằng 40 mm nên chọn số lớp bằng 1.
Trục tang làm bằng vật liệu thép cacbon

C

45

σb = 600 N/mm; σch = 300 N/mm; HB = 200

(bảng 3.8 / 40 [TKCTM)

Đường kính trục tang D = K.Z
Với: K là hệ số tỉ lệ. K= 30
Z là số lớp lõi , Z =1
Suy ra D = 30x1= 30 mm ,
Tấm đỡ có tác dụng chịu lực, chọn tấm đỡ làm bằng vật liệu là gỗ,có kích thước là
60x450x10.
4.1.3 Phân tích và lựa chọn cơ cấu đẩy sản phẩm.
4.1.3.1. Các loại piston xylanh
Gồm có piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất đây là một loại động cơ thủy lực
(khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng, thực hiện chuyển
động thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục. piston xylanh được dùng rất phổ biến
trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về. xylanh thủy lực có kết cấu
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 17


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất lớn, làm việc ổn định và giải quyết
vấn đề chắn khít tương đối đơn giản. So với hệ thống thủy lực, hệ thống khí nén có công
suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như:
Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và
tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa khí nén rất
thuận lợi.
Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngược
trở lại bầu khí quyển.
Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn, do đó
không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn
trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của
quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành logic, và
do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các máy móc phức hợp.
* Xilanh
-Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một chiều): Áp lực khí nén chỉ tác dụng vào
một phía của xilanh, phía còn lại là do ngoại lực hay lò xo tác dụng.
Ký hiệu :

a

b

a chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực

b chiều tác dụng ngược lại do lò xo

Hình 4.1 : Xilanh tác dụng đơn

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 18


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

- Xilanh tác dụng hai chiều (xilanh tác dụng kép): áp suất khí nén được dẩn vào hai
phía của xilanh do yêu cầu điều khiển mà xilanh xẽ đi vào hay đi ra tuỳ thuộc vào áp lực

Ký hiệu chung

Ký hiệu theo yêu
cầu đặc biệt

Hình 4.2 : Xilanh tác dụng kép
4.1.3.2 Tính toán và lựa chọn Pittong-Xilanh
Dùng cơ cấu pit tông - xilanh đẩy sản phẩm. Điều khiển bằng khí nén
Ta có : F ≥ Fms max.
F là lực đẩy của pit tông.
Fms max là lực ma sát lớn nhất giữa bề mặt sản phẩm và tấm băng.
Fms max = 2,4 (N)
Suy ra F ≥ 2,4
⇔ P.A ≥ 2,4

2

⇔ P. ∏ . d /4 ≥ 2,4
⇔d ≥

2.4 x4
Px ∏

Với: d là đương kính của pittong.
5

2

P là áp suất của khí nén, chọn P = 2x10 (N/ m )
Suy ra

d≥

2.4 x 4
5

10 ∏

2x

= 0,004 (m), chọn d = 0,005 (m)

Chọn pit tông có hành trình là 100 mm.

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 19


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

4.2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC CẢM BIẾN.
4.2.1 Cảm biến quang
Nguyên tắc hoạt động
Tia hồng ngoại, tia tử ngoại có đặc tính là sóng điện từ nên đều có tính chất lưỡng
tính sóng hạt, ta quan sát thí nghiệm.
Chùm tia sáng
Kính lọc sắc

Theo hiệu ứng Compton khi các phôton ánh sáng có tần số thích hợp đập lên bề mặt
Katôt, các electron trên bề mặt điện cực Katôt bị kích thích tích luỹ thêm năng lượng đủ
lớn để thắng được công liên kết, nó sẽ bức ra khỏi bề mặt Katôt đi về phía Anôt làm tăng
độ dẫn điện của phôt quang điện, kết quả là gây ra sự tăng dòng điện trong mạch đi từ
Anôt sang Katôt. Hiệu ứng này dùng chuyển đổi quang năng thành điện năng nên nó còn
gọi là hiệu ứng quang điện.

WB

Vùng dẫn

Vùng cấm
WL

Vùng hoá trị

WG

WP = h.f (Năng lượng của ánh ánh
sáng)
WP = WL + WĐ (Năng lượng để phá
vỡ liên kết đồng hoá trị)
WL + WĐ = WB
=>WP ≥ WB

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 20


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Các ứng dụng của cảm biến quang thường gặp trong thực tế
Điều khiển từ xa.
Xác định vật cản.
Xác định vị trí...

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 21

Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Hình 3.4 Các ứng dụng của cảm biến quang
Nguồn sáng
SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 22


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Tia hồng ngoại là một loại ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Nó
là dạng khác của bức xạ điện từ, tồn tại ngay dưới vùng ánh sáng đỏ có thể nhìn thấy
trong dải phổ ánh sáng của bức xạ diện từ.
Ngoài hồng ngoại và ánh sáng có thể nhìn thấy được còn có loại ánh sáng thứ ba gọi
là tia tử ngoại tồn tại phía trên vùng ánh sáng tím của ánh sáng có thể nhìn thấy trong dải
phổ ánh sáng.
Giống như ánh sáng có thể nhìn thấy, tia hồng ngoại có thể truyền qua không khí,
nước, các ống thuỷ tinh, ống nhựa.
Các thiết bị dùng để phát ra tia hồng ngoại là một Led dặc biệt gọi là Led hồng
ngoại.
a) Led hồng ngoại
Khi được phân cực thuận cho tiếp giáp P-N thì năng lượng giải phóng do tái hợp điện
tử - lỗ trống ở gần P-N của led sẽ phát sinh photon hồng ngoại.
Led hồng ngoại dùng để phát sáng hồng ngoại.
Vật liệu chế tạo nó là GaAs với vùng cấm có độ rộng 1,43eV tương ứng với bức xạ

khoảng 950nm. Led hồng ngoại có hiệu suất lượng tử cao hơn so với loại led phát ra ánh
sáng thấy được, vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với sóng hồng ngoại, tia hồng ngoại
không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bấn dẫn để đi ra ngoài.
Led hồng ngoại không phát sóng cho lợi điểm trong các thiết bị kiểm soátvì không
gây sự chú ý.
Thời gian đáp ứng nhỏ cỡ ns, phổ ánh sáng hoàn toàn xác định, độ tin cậy cao và độ
bền tốt.
Thông lượng tương đối nhỏ (≈102mw) và nhạy với nhiệt độ là nhược điểm hạn chế
phạm vi sử của đèn.
Diod quang và tranzitor quang

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 23


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

* Diod quang

Vùng ngèo

Nguyên lý làm việc:
Diod phân cực ngược để hạn chế các hạt đa số; hạt thiểu số tham gia dẫn điện.
WP = 0, Ucc đặt: tạo ra dòng rò Io do các hạt thiểu số di chuyển.
WP ≥ WB, Ucc đặt: Năng lượng phát vào vùng tiếp giáp, phá vở hạt ở tiếp giáp tạo
ra hạt dẫn tự do, điện tử được giải phóng về dương nguồn, lỗ trống về âm nguồn tạo ra
dòng quang điện Ip có giá trị vài nA ÷ vài mA, tuỳ thuộc vào vật liệu và bề dày tiếp giáp.

* Transitor quang
Tranzitor quang là tranzitor silic loại NPN mà vùng bazơ được chiếu sáng, Khi
không có điện áp đặt trên bazơ, chỉ có điện áp đặt trên C, chuyển tiếp B-C phân cực
ngược.

Điện áp đặt vào tập trung hầu như toàn bộ trên chuyển tiếp B-C (phân cực ngược).
Trong khi đó sự chênh lệch điện thế giữa E và B không đáng kể (VBC = 0.6 ÷ 0.7V).

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 24


Đồ Án Môn Học HTĐKTĐ

GVHD: Nguyễn Đắc Lực

Khi tiếp giáp B-C được chiếu sáng nó sẽ hoạt động giống diod quang ở chế độ quang
dẫn với dòng ngược Ir.
Có thể coi tranzitor quang như tổ hợp của một photo đio và một transitor.
Diod quang cung cấp dòng quang điện tại bazơ, còn transitor cho hiệu ứng khuếch
đại β. Các điện tử và lỗ trống phát sinh trong vùng bazơ (dưới tác dụng của ánh sáng) sẽ bị
phân chia dưới tác dụng của điện trường trên chuyển tiếp B-C.
*Đặc điểm
Transitor quang có thể dùng làm bộ chuyển mạch, ở chế độ này nó có ưu điểm hơn
so với Diod quang là cho phép điều khiển một cách trực tiếp dòng chạy qua tương đối lớn.
Cả hai đều nhạy với tia hồng ngoại và thường được sử dụng để phát hiệnn tia hồng
ngoại.
4.2.2 Công tắc hành trình
Công tắc hành trình là công tắc có chức năng đóng mở mạch điện, được đặt trên

đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động
lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay. Khi công tắc hành trình được tác
động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho
một thiết bị khác. Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào các mục đích như:
Giới hạn hành trình: (Khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc sẽ làm ngắt
nguồn cung cấp cho cơ cấu → nó không thể vượt qua vị trí giới hạn).
Hành trình tự động: Kết hợp với các rơle, PLC hay vi điều khiển để khi cơ cấu đến vị
trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó).
Từ những phân tích trên ta thấy ta thấy so với cảm biến quang, công tắc hành trình có
độ nhạy kém hơn, phạm vi tác động cũng bị hạn chế. Tuy nhiên, nó có ưu điểm là khả
năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, có độ ổn định cao, khả năng chống nhiễu tốt
so với cảm biến quang dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Để sát với thực tế sản xuất của một nhà
máy Nhóm đồ án chọn công tắc hành trình làm thiết bị nhận dạng, phân loại sản phẩm.

SVTH :Nguyễn Văn An, Lê Phước Bảo, Trần Hoàng Ben

Trang 25