thiết kế là hệ thống đóng dấu sản phẩm tự động

Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Phần A: GIỚI THIỆU VÀ XÁC ĐỊNH NHIỆM VỤ
I. Chọn đề tài thiết kế:
Trong công nghiệp hiện nay, dây chuyền sản xuất tự động được ứng dụng
rộng rãi vì mang lại năng suất làm việc, độ chính xác và đồng bộ cao trong sản
xuất, mang lại hiệu quả kinh tế cao, ít tốn lao động con người.
Hầu hết các sản phẩm trước khi xuất xưởng để đưa ra thị trường đều đi
trải qua công đoạn in ấn các nhãn mác, có thể là logo sản phẩm, logo nhà sản
xuất, tên sản phẩm, mã vạch, hạn sử dụng, các lưu ý khi vận chuyển hoặc các
lưu ý khi sử dụng sản phẩm. Có thể thực hiện đóng dấu trực tiếp lên sản phẩm
hoặc bao bì. Đây là công việc được thực hiện lên một loạt lớn các sản phẩm, quy
trình đóng dấu, in ấn lên sản phẩm lập đi lập lại cho từng sản phẩm, từ đặc điểm
này ta có thế thiết kế một hệ thống đóng dấu sản phẩm tự động để tăng năng
suất, giảm lao động con người.
Qua phân tích trên, nhóm đồ án của chúng em quyết định chọn đề tài thiết
kế là hệ thống đóng dấu sản phẩm tự động.
II. Xác định các đặc điểm của sản phẩm:
Sản phẩm minh họa là phôi có dạng khối lập phương 60x60x60 mm (mô
phỏng thực tế cho các sản phẩm được đóng gói trong các hộp hoặc các sản phẩm
có dạng hình hộp) được cấp tự động từ dây chuyền sản đến hệ thống đóng dấu.
Chọn nhãn hiệu để in lên sản phẩm là tên sản phẩm.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 1


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Phần B: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY VÀ CƠ CẤU

I. Phân tích, lựa chọn nguyên lý và chu trình làm việc:
1. Chọn phương án cấp phôi.
Phôi được đưa vào băng chuyền bằng xilanh và ống cấp phôi. Băng
chuyền mang phôi đến vị trí đóng dấu:
- Ưu điểm: cấp phôi bằng phương pháp này có thể thực hiện quá trình sản xuất
và đóng dấu liên tục, không bị ngắt quãng, sản phầm sau khi được sản xuất được
đưa vào băng chuyền và được chuyển đến vị trí đóng dấu, dùng băng chuyền có
thể vận chuyển phôi tự động trên một khoảng cách lớn.
- Nhược điểm: cần tính toán và thiết kế băng chuyền.
2. Chọn phương án thiết kế cơ cấu chấp hành:
Đóng dấu nhãn hiệu lên sản phẩm không cần độ chính xác cao, nhãn hiệu
được đặt trên bề mặt phôi có diện tích khá lớn nên không cần thiết kế cơ cấu
định vị quá phức tạp. Thực hiện đóng dấu từ trên xuống nên xi lanh mang cơ cấu
đóng dấu vừa có vai trò đóng dấu, vừa có vai trò kẹp chặt phôi, vì thế không cần
thiết kế cơ cấu kẹp chặt.
3) Nguyên lý làm việc:
Từ việc lựa chọn phương án cấp phôi và cơ cấu đóng dấu như trên, ta có
thế thiết kế nguyên lý làm việc sơ bộ như sau:
- Phôi được đẩy vào băng chuyền nhờ xilanh khí nén A.
- Băng chuyền (được truyền động nhờ động cơ điện) mang phôi đi đến vị trí
đóng dấu.
- Phôi ra khỏi băng chuyền, vào vị trí đóng dấu, xilanh khí nén B mang cơ cấu
chấp hành (con dấu) đi xuống thực hiện đóng dấu lên bề mặt chi tiết.
- Sau khi đóng dấu xong, xilanh khí nén C thực hiện đẩy phôi ra khỏi vị trí đóng
dấu, chu trình được lặp lại cho sản phẩm tiếp theo.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 2

Đồ án môn học: Điều khiển tự động

4) Chu trình làm việc:

Hình 2.1: Chu trình hoạt động của cơ cấu chấp hành

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 3


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

II. Thiết kế động học toàn máy:
1) Sơ đồ khối:

Phôi
(được
xếpphôi
trong ống phôi)
Xilanh
cấp
Băng
chuyền
Xilanh
CA
phôi
Xilanh
Bđẩy

đóng
dấura

Hình 2.2: Sơ đồ khối

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 4


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Xilanh B

Bang chuyen

Xilanh A
Xilanh C

2) Sơ đồ động:
Hình 2.3: Sơ đồ động toàn máy
3) Nguyên lý hoạt động:
Phôi ban đầu được xếp trong ống phôi hình trụ đứng, có tiết diện 65x65mm,
khi đóng điện cho hệ thống hoạt động, van khí nén điều khiển xilanh A mở khí đi
vào xilanh A, làm xilanh A đẩy ra, đẩy phôi vào băng chuyền. Xilanh A sau khi đi
đến cuối hành trình chạm vào công tắc hành trình S1 làm đảo chiều van khí nén, tác
động xilanh theo chiều ngược lại làm cho xilanh A lùi về.
Băng chuyền được truyền động nhờ động cơ, quay và tải chi tiết đến cuối
băng chuyền, phôi rơi ra khỏi băng chuyền, vào vị trí đóng dấu, chạm công tắt
hành trình S2làm đổi chiều van khí nén điều khiển xilanh B, tác động lên xilanh

B, đẩy xilanh B mang đầu đóng dấu đi ra, chạm vào bề mặt chi tiết mà thực hiện
đóng dấu lên chi tiết. Sau khi xilanh B đi đến cuối hành trình, chạm vào công tắc
hành trình S4 làm van khí nén trở lại vị trí ban đầu, xilanh B được đấy lùi về.
Khi xilanh B lùi về chạm công tắc hành trình S3 làm tác động lên van khí
nén điều khiển xilanh C, làm đổi chiều van, đẩy xilanh C đi ra, đẩy phôi ra khỏi
vị trí đóng dấu, khi xilanh C đi đến cuối hành trình, chạm công tắc hành trình

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 5


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

S5, tác động đồng thời lên 2 van khí nén điều khiển xilanh C và xilanh A, làm
xilanh C đi về và xilanh A đi ra tiếp tục đẩy phôi vào bằng chuyền, đây cũng là
lúc chu trình được lập lại.
4) Thiết kế hệ thống thủy lực và khí nén:
Phôi (sản phẩm) đã chọn có kích thước và khối lượng tương đối nhỏ, nên
ta chọn hệ thống khí nén để vận hành các cơ cấu vì sử dụng hệ thống khí nén sẽ
đơn giản hơn hệ thống thủy lực nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu làm việc.
a) Tính chọn xilanh:
Vì phôi có tiết diện 50x50mm nên hành trình đẩy phôi của xilanh phải lớn
hơn 50mm, ta chọn xilanh có hành trình là 100mm.
Xilanh thực hiện đóng dấu có thể có hành trình nhỏ hơn 100mm.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 6

Đồ án môn học: Điều khiển tự động

b) Gá đặt xilanh:

xilanh A

xilanh B

xilanh C

Hình 2.4: Gá đặt xilanh
5) Thiết kế hệ thống băng tải:
Kết cấu băng tải:

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 7


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

3
2
1

Hình 2.5: Kết cấu băng tải
Băng tải cấu tạo gồm:
- Tang quấn băng tải (1) đường kính 50mm.
- Giá đỡ (2) tiết diện 30x60mm.

- Cơ cấu căng đai (3) bằng vitme đai ốc.
- Trục mang tang có lắp ổ bi đỡ.

Phần C: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 8


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

I.Chu trình làm việc các xilanh:

Hình 3.1: Chu trình làm việc.
II. Các phần tử khí nén và điện khí nén dùng trong hệ thống điều khiển:
1) Cơ cấu chấp hành
Biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học, ở đây ta dùng xilanh tác
dụng 2 chiều.đường kính 20mm, hành trình 100mm.

Hình 3.2.Xilanh tác dụng 2 chiều.
2) Van đảo chiều

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 9


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với
cửa (3).
Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12), lúc này nòng van sẽ dịch chuyển về phía
phải, cửa (1) nối với của (2) và cửa (3) bị chặn.
Trong trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác dụng của lò xo,
nòng van sẽ trở về vị trí ban đầu.

Hình 3.3.Nguyên lí hoạt động của van đảo chiều.
Ở đây ta sử dụng van đảo chiều 5/2, tín hiệu tác động là nam châm điện từ
Cửa nối van được kí hiệu như sau:
1 Cửa nối với nguồn khí
2,4,6…Cửa nối làm việc
3,5,7…Cửa xả khí
12,14…Cửa nối với tín hiệu điều khiển

Hình 3.4: Sơ đồ van 5/2
3) Van tiết lưu
Dùng để điều chỉnh lưu lượng dòng khí.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 10


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Hình 3.5.Van tiết lưu 1 chiều.
4) Rơle điệ từ:
a. Cấu tạo:
Rơle điện từ có các bộ phận chính là mạch từ, cuộn dây, tiếp điểm,

vỏ.Mạch từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ gồm 2 phần.Phần tĩnh hình chữ và
phần động là tấm thép hình chữ U. Phần động nối liên tiếp cơ khí với tiếp điểm
động .
b. Phân loại
- Theo cuộn hút : Cuộn hút một chiều và cuộn hút xoay chiều.
- Theo dòng điện qua tiếp điểm : Rơle một chiều và rơle xoay chiều.
- Theo số lượng cặp tiếp điểm : 2 cặp tiếp điểm, 3 cặp tiếp điểm…
- Theo cấu trúc chân : Chân tròn, chân dẹt.
- Theo đế cắm rơle : Đế tròn, đế vuông.
c. Nguyên lý hoạt động :
Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ, hút tấm
động về phía lõi.
Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện và tỷ lệ
nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ.
Khi dòng điện trong cuộn dây nhỏ hơn dòng tác động ( I< I tđ thì lực hút
điện từ nhỏ hơn lực kéo lò xo F < F lx , tấm động đứng yên. Khi I >I tđ thì lực hút
điện từ lớn hơn lực kéo lò xo F > F lx. Tấm động được hút về phía làm cho khe
hở mạch từ nhỏ nhất, tức là hút về phía phần tĩnh. Khi khe hở mạch từ nhỏ, lực
hút càng tăng, tấm động được hút dứt khoát về phía phần tĩnh và tiếp điểm động
được đóng vào tiếp điểm tĩnh.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 11


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Khi dòng điện trong cuộn dây giảm, lực lò xo sẽ thắng lực hút điện từ, lò
xo kéo tấm động ra khỏi phần tĩnh.Khe hở mạch từ tăng, lực điện từ càng giảm,

lò xo kéo dứt khoát tấm động về, tiếp điểm động dời khỏi tiếp điểm tĩnh.

d. Các thông số cơ bản
- Điện áp định mức cuộn hút là điện áp cấp cho cuộn hút làm việc ở chế độ
lâu dài. Diện áp này có thể là 9, 12 , 24 , 110 , 220 , 440 một chiều và 24 , 110
, 220 , 440 xoay chiều. Diện áp này ghi trên cuộn hút.
- Điện áp định mức : Điện áp làm việc lâu dài của mạch điện mà rơle
khống chế. Điện áp định mức có thể là 24 , 110 , 220 , 440 một chiều và 24 ,
110 , 127 , 220 , 380 , 500 xoay chiều.
- Đòng điện định mức : Dòng điện dài hạn qua tiếp điểm của rơle mà
không làm hỏng tiếp điểm.
- Tuổi thọ cơ khí được tính bằng số lần đóng ngắt, thường là vài trăm ngàn
lần đóng ngắt không điện và một trăm ngàn lần đóng ngắt dòng có định mức :
Điện áp cách điện, Điện áp thử cách điện.
- Thời gian tác động là khoảng thời gian kể từ lúc dòng điện vượt quá giá
trị tác đọng đến lúc phần động được hút hoàn toàn vào phần tĩnh. Thường vào
khoảng 2 – 20ms.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 12


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Hình 3.6- Rơ le điện từ
e) Sơ đồ đấu dây
Rơle đơn thuần là một nam châm điện khi có diện thì nam châm điện hút
tấm sắt làm cho các tiếp điểm thay dổi.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 13


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Hình 3.7- Rơle và sơ đồ đấu dây
1) Chân nam châm điện từ 12_24_110_220 v
2) Chân cấp nguồn, Chân còn lại đầu ra
3)Miếng kim loại
5) Công tắc hành trình
Công tắt 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).

Hình 3.8- Một số loại công tắc hành trình
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

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 14


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

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.
Hình 3.9Mạch nối Rơle

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 15


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

III) Thiết kế mạch điện điều khiển:
1) Sơ đồ nối dây xilanh:

Hình 3.10: Sơ đồ bố trí các xilanh.
2) Sơ đồ mạch điện:

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 16

Đồ án môn học: Điều khiển tự động

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 17


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Hình 3.11: Sơ đồ mạch điện.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 18


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Phần D: KẾT CẤU TỔNG THỂ VÀ LẮP RÁP MÁY.
1) Kết cấu chung:

Hình 4.1: Kết cấu chung của máy.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 19


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

Xilanh C

Bang t?i

Ð?ng Co

PHÔI

Xilanh B

Ro le
?c vít

Van
Ro le

Van

Xilanh A

Ro le

Ro le
Van
Ro le
Ro le

Ngu?n
24v
Stop

Start

Hình 4.2: Bản vẽ 3 hình chiếu.
2. An toàn lao động và vận hành máy:
Tuổi thọ và hiệu quả sử dụng máy phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp sử dụng
và bảo quản máy móc. Nếu tổ chức sử dụng và bảo quản một cách hợp lý, máy
có thể làm việc được lâu dài hơn. Do đó việc sử dụng và bảo quản máy, ngoài
tính chất kỹ thuật còn có ý nghĩa về kinh tế.
Để máy khoan làm việc được an toàn và hiệu quả kinh tế cao đòi hỏi người công
nhân vận hành máy phải nghiên cứu kỹ về máy qua bản hướng dẫn vận hành
máy, nghĩa là :
-

Biết điều khiển các chức năng của máy một cách thành thạo.

-

Nắm được các kiến thức cơ bản về vật liệu khoan.

-

Bảo quản và sử dụng máy hợp lý.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 20


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

a) Trước khi làm việc.
Trước khi làm việc người công nhân phải kiểm tra toàn bộ máy, tức là kiểm tra
các bộ phận truyền động có làm việc an toàn hay không.
-

Kiểm tra các thiết bị điều khiển.

-

Kiểm ta hệ thống van điều khiển, hệ thống cung cấp khí, đồng hồ đo áp
suất, đông cơ..

-

Ấn nút khởi động động cơ, cho máy chạy thử khi chưa có phôi, sau đó kiểm
tra lại hệ thống đã làm việc được chưa. Khi đảm bảo các yêu cầu mới được
vận hành máy.

b) Trong khi làm việc.
Trong quá trình làm việc người công nhân đứng máy phải mang bảo hộ lao
động đúng quy định.
Vị trí làm việc phải gọn gàng sạch sẽ tạo điều kiện cho việc thao tác được dễ
dàng.
Khi phát hiện có sự cố phải dừng máy, ngắt cầu dao chính của máy và báo ngay
cho người có trách nhiệm để kiểm ta, sửa chữa.
c) Sau khi làm việc.
Tuổi thọ của máy sẽ được kéo dài thêm và các hỏng hóc sẽ được loại trừ nhờ
vào việc bảo dưỡng thường xuyên và đúng lúc.
Sau khi nghỉ làm việc phải ngắt cầu dao điện an toàn.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 21


Đồ án môn học: Điều khiển tự động

TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Giáo trình Hệ thống truyền động thủy khí – Trần Xuân Tùy, Trần Minh
Chính, Trần Ngọc Hải. Khoa cơ khí, Trường đại học bách khoa Đà Nẵng.
[2]. Giáo trình Điều khiển thủy khí & lập trình PLC – Khoa cơ khí, Trường Đại
học bách khoa Đà Nẵng.
[3]. Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt – Trần Đình Sơn. Khoa cơ khí, Trường đại học
bách khoa Đà Nẵng.
[4]. Giáo trình Chi tiết máy – Nguyễn Văn Yến. Khoa SPKT, trường Đại học
bách khoa Đà Nẵng.
[5]. Giáo trình Hệ thống điều khiển tự động trong lĩnh vực cơ khí – Trần Xuân
Tùy. Khoa cơ khí, Trường Đại học bách khoa Đà Nẵng.
[6]. Giáo trình Trang bị công nghệ và cấp phôi tự động – Phạm Văn Song, Châu
Mạnh Lực. Trường đại học bách khoa Đà Nẵng.

SVTH: Hà Minh Ái – Trần Văn Nam

Trang 22