Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học và tối ưu kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.54 MB, 158 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Văn Mùi
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ KHẢO SÁT
ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƯU KẾT CẤU ĐIỀU HƯỚNG
TRONG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO
NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Hà Nội – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Văn Mùi
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ KHẢO SÁT
ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƯU KẾT CẤU ĐIỀU HƯỚNG
TRONG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO
NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG
Ngành :
Kỹ thuật cơ khí
Mã số :
9520103
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. LÊ GIANG NAM
2.
TS. BÙI QUÍ LỰC
Hà Nội – 2019
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng của bản thân, Tôi đã
nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ của rất nhiều Thầy Cô giáo, các nhà Khoa học,
các đồng nghiệp và bạn bè.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Lê Giang Nam và TS. Bùi
Quí Lực, Bộ môn Máy và Ma sát, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, là những
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo ở Bộ môn Máy và Ma sát học
Trƣờng ĐHBKHN đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian
làm nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo trƣờng Đại học
Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và ủng hộ để
tôi hoàn thành luận án này.
Xin cảm ơn các nhà Khoa học, các bạn tại Viện Ứng dụng Công nghệ, Bộ
Khoa học Công nghệ, Viện Nghiên cứu Cơ Khí, Bộ Công thƣơng… đã giúp đỡ tôi
hoàn thành luận án này.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự kính trọng, biết ơn và lòng yêu thƣơng tới
đại gia đình, bạn bè đã thực sự động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian tôi học
tập tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày tháng
năm 2019
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Văn Mùi
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình
đƣợc thực hiện tại Bộ môn Máy và Ma sát học - Viện Cơ khí, Trƣờng Đại học
Bách khoa Hà Nội dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Lê Giang Nam và TS. Bùi
Quí Lực. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa
từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác.
Hà Nội, ngày
tháng năm 2019
THAY MẶT TẬP THỂ HƢỚNG DẪN
Ngƣời cam đoan
PGS.TS. Lê Giang Nam
Nguyễn Văn Mùi
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ......................................................................... xi
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
1.
Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................. 1
2.
Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................... 3
3.
Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 4
4.
Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 4
5.
Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 4
6.
Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 4
7.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................ 5
8.
Những điểm mới của đề tài ............................................................................ 5
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ
RUNG ĐỘNG ............................................................................................................ 7
1.1. Thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động ....................................... 7
1.1.1. Thiết bị cấp phôi dạng phễu rung có đƣờng xoắn vít .............................. 7
1.1.2. Thiết bị cấp phôi theo phƣơng thẳng ....................................................... 9
1.2. Xu hƣớng nghiên cứu hiện nay trên thế giới .............................................. 10
1.3. Phƣơng pháp thực hiện ............................................................................... 10
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ................................................. 11
1.4.1.Tình hình nghiên cứu nƣớc ngoài ........................................................... 11
1.4.1.1. Ảnh hƣởng biên độ rung đến tốc độ di chuyển của phôi................. 11
1.4.1.2. Ảnh hƣởng của biên độ rung đến định hƣớng phôi ......................... 14
iii
1.4.1.3. Ảnh hƣởng của các thông số động lực học khác ............................. 17
1.4.1.4. Các nghiên cứu khác ....................................................................... 20
1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ........................................................... 25
Kết luận chƣơng 1. ................................................................................................ 28
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẤP
PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG ......................................... 29
2.1. Cơ sở lý thuyết về cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. .................. 29
2.1.1. Phân tích các lực tác dụng lên phôi ....................................................... 29
2.2.2. Các thông số ảnh hƣởng đến quá quá trình di chuyển của phôi ............ 31
2.2.2.1. Ảnh hƣởng của thông số kết cấu (góc nghiêng rãnh xoắn θ) [4] ... 31
2.2.2.2. Ảnh hƣởng của các thông số động lực học ..................................... 32
2.2. Định hƣớng và phân loại phôi ....................................................................... 35
2.2.1. Phân loại phôi ........................................................................................ 35
2.2.2. Phôi có các bề mặt là mặt tròn xoay trong và ngoài .............................. 35
2.2.3. Phôi có các bề mặt là mặt phẳng ........................................................... 37
2.2.4. Phôi có hình dạng phức tạp, tập hợp của các bề mặt tròn xoay trong,
ngoài, mặt phẳng và các bề mặt định hình. .............................................................. 37
2.3. Phân loại thiết bị cấp phôi dạng phễu rung.................................................... 39
2.4. Tính toán thiết kế thiết bị cấp phôi dạng phễu rung. ..................................... 41
2.4.1. Tính toán thiết kế các thông số của thiết bị. .......................................... 41
2.4.1.1. Phân tích sản phẩm .......................................................................... 41
2.4.1.2. Chọn vật liệu làm phễu .................................................................... 41
2.4.1.3. Cân bằng năng suất của cơ cấu cấp phôi rung động ....................... 42
2.4.1.4. Xác định các thông số hình học của phễu rung ............................... 42
2.4.1.5. Xác định kích thƣớc của đế máy rung ............................................. 44
2.4.1.6. Xác định thông số cho nhíp đàn hồi ................................................ 46
2.4.1.7. Xác định biên độ rung động ............................................................ 47
2.4.1.8. Tính nam châm điện ........................................................................ 49
2.4.1.9. Xác định kích thƣớc của giảm chấn cao su [3] ............................... 51
iv
2.4.2. Thiết kế cấu hình kênh phân loại ........................................................... 53
2.4.2.1.Phân tích đối tƣợng và yêu cầu định hƣớng ..................................... 53
2.4.2.2. Lựa chọn cấu hình hệ thống kênh phân loại .................................... 54
Kết luận chƣơng 2. ................................................................................................ 56
CHƢƠNG 3. MÔ HÌNH HÓA, KIỂM TRA VÀ XÁC NHẬN MÔ PHỎNG SỐ HỆ
THỐNG THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 58
3.1. Mô hình hóa thiết bị cấp phôi dạng phễu rung .............................................. 58
3.1.1. Công cụ thực hiện mô hình hóa ............................................................. 58
3.1.2. Mô hình hóa phễu rung .......................................................................... 59
3.1.2.1. Thông số thiết kế phễu rung theo tính toán (bảng 2.4) ................... 59
3.1.2.2. Quy trình thực hiện .......................................................................... 60
3.1.2.3. Kết quả............................................................................................. 60
3.1.3. Mô hình hóa các chi tiết của nguồn rung ............................................... 61
3.1.3.1. Quy trình thực hiện .......................................................................... 61
3.1.3.2. Công cụ thiết kế và kết quả mô hình hóa ........................................ 61
3.1.4. Lắp ráp hệ thống .................................................................................... 62
3.1.4.1. Quy trình lắp ráp .............................................................................. 62
3.1.4.2. Tiến hành lắp ráp ............................................................................. 63
3.1.4.3. Kết quả lắp ráp................................................................................. 64
3.2. Tự động hóa thiết kế bằng tham số sử dụng catia ......................................... 64
3.2.1. Xây dựng liên kết giữa các tham số bằng hàm số ................................. 64
3.2.1.1. Tham số cho phễu chứa ................................................................... 64
3.2.1.2. Tham số cho đế đỡ phễu chứa ......................................................... 65
3.2.1.3. Tham số cho đế trên nhíp đàn hồi ................................................... 65
3.2.1.4. Tham số cho nhíp đàn hồi ............................................................... 65
3.2.1.5. Tham số cho đế máy rung ............................................................... 65
3.2.2. Thiết kế theo tham số bằng phần mềm Catia......................................... 66
3.2.2.1. Sơ đồ quá trình tự động hóa thiết kế bằng tham số ......................... 66
3.2.2.2. Quá trình thực hiện tham số hóa trong Catia................................... 66
v
3.3. Kiểm tra và xác nhận mô hình số .................................................................. 68
3.3.1. Xác định tần số dao động riêng ............................................................. 68
3.3.1.1. Công cụ mô phỏng số ...................................................................... 68
3.3.1.2. Quy trình mô phỏng......................................................................... 69
3.3.1.3. Kết quả mô phỏng ........................................................................... 73
3.3.2. Xác định hệ số ma sát giữa phôi và phễu .............................................. 75
3.3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm đo: Máy pháp VF. ............................................... 75
3.3.2.2. Phƣơng pháp đo lực ma sát trên máy VF ........................................ 75
3.3.2.3 Các số liệu trên máy VF ................................................................... 76
3.3.2.4. Thông số cơ bản của máy đo hệ số ma sát VF .............................. 76
3.3.2.5. Trình tự thí nghiệm: ...................................................................... 76
3.3.3.
Xác định tần số dao động của hệ thống ............................................ 77
3.3.3.1. Thiết bị Detector III của FAG ......................................................... 77
3.3.3.2. Thiết bị đo của Nacentech ............................................................... 79
3.3.4. Xác định biên độ dao động và xây dựng hàm động học tƣơng đƣơng hệ
thống….
.......................................................................................................... 80
3.3.4.1. Sơ đồ và thiết bị đo .......................................................................... 81
3.3.4.2. Kết quả và xử lý số liệu ................................................................... 82
3.3.4.3. Xây dựng hàm động học tƣơng đƣơng cho chuyển động của phễu 82
3.4. Mô phỏng số thiết bị ................................................................................... 84
3.4.1. Công cụ mô phỏng [42] ......................................................................... 84
3.4.2. Quy trình mô phỏng trên MSC ADAMS ................................................ 85
3.4.2.1. Xác định nguyên lý làm việc của quá trình mô phỏng .................... 85
3.4.2.2. Các thông số thực hiện mô phỏng ................................................... 86
3.4.2.3. Kết quả mô phỏng trên MSC ADAMS ........................................... 87
Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................. 88
CHƢƠNG 4. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƢU KẾT CẤU ĐIỀU
HƢỚNG TRONG PHỄU CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG
ĐỘNG ....................................................................................................................... 89
vi
4.1. Đánh giá sự ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi 89
4.1.1. Trình tự thực hiện .................................................................................. 89
4.1.2. Xử lý số liệu và kết quả ......................................................................... 89
4.2. Đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến năng suất cấp phôi ...................... 93
4.2.1.
Quy trình thực hiện ........................................................................... 93
4.2.2.
Xử lý số liệu và kết quả .................................................................... 94
4.3. Tối ƣu hóa điện áp và góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi ...... 95
4.3.1.
Quy trình tối ƣu................................................................................. 96
4.3.2.
Các đại lƣợng đầu vào ...................................................................... 96
4.3.3.
Các đại lƣợng đầu ra ......................................................................... 96
4.3.4.
Các đại lƣợng cố định ....................................................................... 96
4.3.5.
Xây dựng quy hoạch thực nghiệm. ................................................... 97
4.3.5.1. Quy trình lấy số liệu mô phỏng số ................................................ 97
4.3.5.2. Số liệu mô phỏng số ...................................................................... 97
4.3.5.3. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm [39,40,41] ............................... 99
4.3.5.4. Tìm hàm hồi quy ......................................................................... 101
4.3.5.5. Tối ƣu hóa hàm mục tiêu ............................................................ 102
4.3.6.
Thực nghiệm, kiểm tra và so sánh với mô hình số ......................... 103
4.4 Tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng phôi đến năng suất cấp phôi ....................... 105
4.4.1.
Kết cấu và cấu hình hệ thông điều hƣớng ...................................... 105
4.4.2.
Năng suất cấp phôi .......................................................................... 106
4.4.3.
Các đại lƣợng cố định ..................................................................... 107
4.4.4.
Mô phỏng số kết cấu điều hƣớng.................................................... 108
Kết luận chƣơng 4 ............................................................................................... 110
KẾT L UẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 111
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................... 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 114
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 120
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT
1
Ký hiệu,
viết tắt
Đơn vị
Automatic Dynamic Analysis of Mechanical
ADAMS
2
AW
3
b
4
Bowl
Ý nghĩa
System (mô phỏng động lực học đa vật thể)
Ansys Workbench
mm
Chiều rộng lò xo lá
Phễu
5
Computer Aided Three-Dimensional Interactive
Application (xử lý tƣơng tác trong không gian ba
CATIA
chiều có sự trợ giúp của máy tính)
6
D
mm
Đƣờng kính phễu
7
Dd
mm
Đƣờng kính đế
8
E
Pa
module đàn hồi
9
f
Hz
Tần số rung
10
fr
Hz
Tần số dao động riêng của cơ hệ
11
H
mm
Chiều cao phễu
12
h
mm
Chiều cao chi tiết
13
NX
14
l
mm
15
α
Độ
Góc nghiêng của rãnh xoắn
Độ
Độ
Góc nghiêng của lò xo lá
Góc của lực quán tính và mặt phẳng nghiêng
mm
Nm
Hệ số ma sát giữa phôi và rãnh
Bƣớc xoắn
Mô men xoắn
16
17
18
19
20
μs
t
T
21
22
Track
23
24
SUS 304
25
Vct
Phần mềm NX
Chiều dài lò xo lá
Máng dẫn hƣớng
Hệ số tần suất
Hệ số hấp thụ
Inox 304
cm/s
Vận tốc của phôi
viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Thống kê phƣơng pháp thực hiện trên thế giới trong khoảng 20 năm gần
đây ............................................................................................................................ 11
Bảng 1. 2. Thống kê các nghiên cứu đánh giá sự ảnh hƣởng của biên độ rung đến
vận tốc phôi .............................................................................................................. 12
Bảng 1. 3. Thông kê các nghiên cứu đánh giá sự ảnh hƣởng của biên độ rung đến
định hƣớng phôi ........................................................................................................ 14
Bảng 1. 4. Thống kê các nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của tần số rung .............. 17
Bảng 2. 1. Phân loại các loại phôi ............................................................................ 36
Bảng 2. 2. Kích thƣớc của phễu trụ thẳng[3]. ......................................................... 40
Bảng 2. 3. Kích thƣớc phễu côn bậc[3]. .................................................................. 40
Bảng 2. 4. Bảng thông của phễu rung cấp phôi ........................................................ 52
Bảng 2. 5. Đặc điểm của các bẫy đối với phôi là nắp chai vaccine ......................... 54
Bảng 3. 1. Thông số cơ bản của phễu phôi............................................................... 59
Bảng 3. 2. Thông số cơ bản của các chi tiết còn lại ................................................. 62
Bảng 3. 3. Thông số đặc tính vật liệu đƣợc sử dụng ................................................ 70
Bảng 3. 4. Thông số hiệu chỉnh sensor ..................................................................... 76
Bảng 3. 5. Kết quả đo từ máy đo ma sát động.......................................................... 77
Bảng 3. 6. Bảng thông số thiết bị đo của hãng FAG ................................................ 78
Bảng 3. 7. Bảng thông số và thiết bị đo của NACENTECH .................................... 80
Bảng 3. 8. Bảng thông số thiết bị đo VIBROPOST 80 ............................................ 81
Bảng 3. 9. Bảng giá trị biên độ tịnh tiến, góc xoay và hàm động học tƣơng
đƣơngxác định bằng thực nghiệm ............................................................................ 84
Bảng 3. 10. Thông số vật liệu ................................................................................... 86
Bảng 4. 1. Kết quả mô phỏng ................................................................................... 92
Bảng 4. 2. Vận tốc của phôi phụ thuộc vào điện áp ................................................. 94
Bảng 4. 3. Kết quả mô phỏng ................................................................................... 99
Bảng 4. 4. Bảng giá trị hệ số của hàm hồi quy ....................................................... 102
Bảng 4. 5. Giá trị vận tốc xác định bằng thực nghiệm ........................................... 103
Bảng 4. 6. Vận tốc của phôi xác định bằng mô phỏng số ...................................... 103
Bảng 4. 7. Bảng so sánh vận tốc bằng thực nghiệm và bằng mô phỏng số ........... 104
Bảng 4. 8. Các cấu hình điều hƣớng....................................................................... 106
ix
Bảng 4. 9. Kết quả mô phỏng đánh giá các cấu hình điều hƣớng sau 30s đầu tiên 109
Bảng 4. 10. Kết quả mô phỏng đánh giá tổng thời gian cấp phôi ......................... 109
x
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1.Cơ cấu cấp phôi rung sử dụng bánh lệch tâm [3] ....................................... 7
Hình 1. 2. Cơ cấu cấp phôi rung có nam châm điện [3] ............................................. 8
Hình 1. 3. Sơ đồ lực tác dụng khi nam châm đặt tại tâm[3] ....................................... 8
Hình 1. 4. Sơ đồ lực tác dụng khi nam châm đặt vị trí đối diện lò xo lá [3] .............. 9
Hình 1. 5. Thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động ................................ 9
Hình 1. 6. Cơ cấu cấp phôi rung động thẳng ............................................................ 10
Hình 1. 7. Kết quả thực nghiệm với một phôi duy nhất ........................................... 12
Hình 1. 8. Kết quả thực nghiệm với 200, 400, 800 phôi .......................................... 13
Hình 1. 9. Mô hình phân tích lực của phễu cấp phôi rung ....................................... 13
Hình 1. 10. So sánh chuyển vị theo phƣơng X của phôi giữa lý thuyết và mô phỏng
số ............................................................................................................................... 14
Hình 1. 11. Mối quan hệ giữa biên độ rung và tốc độ di chuyển của phôi .............. 14
Hình 1. 12. Sáu trạng thái của phôi khi thực nghiệm ............................................... 15
Hình 1. 13. Kết quả với phôi theo chiều nằm (LT) .................................................. 15
Hình 1. 14. Kết quả với phôi theo chiều đứng (UT) ................................................ 15
Hình 1. 15. Kết quả với phôi theo chiều ngang (CT) ............................................... 16
Hình 1. 16. Kết quả mô phỏng ................................................................................. 16
Hình 1. 17. Kết quả so sánh sự giữa mô phỏng và thực nghiệm .............................. 17
Hình 1. 18. Hình thái dao động của phễu bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn ....... 18
Hình 1. 19. Hình thái dao động của phễu bằng mô hình số ..................................... 18
Hình 1. 20. Ảnh hƣởng của tần số rung đến dịch chuyển của khối.......................... 19
Hình 1. 21. Ảnh hƣởng của tần số rung động đến gia tốc của khối ......................... 19
Hình 1. 22. Các hình thái dao động trên môi trƣờng số ........................................... 20
Hình 1. 23. Tần số dao động riêng xác nhận bằng thực nghiệm .............................. 20
Hình 1. 24. Sự phụ thuộc của vận tốc phôi vào bán kính phễu ................................ 20
Hình 1. 25. Điều hƣớng, (a)sử dụng kết cấu cơ khí, (b) sử dụng khí nén ................ 21
Hình 1. 26. Mô hình thực nghiệm ............................................................................ 21
Hình 1. 27. Biểu đồ Bode ......................................................................................... 22
Hình 1. 28. Mô hình với nam châm theo phƣơng tiếp tuyến (a) và thẳng đứng (b) 22
Hình 1. 29. Gia tốc của các chi tiết khi nam châm đặt theo phƣơng tiếp tuyến (a),
dọc trục (b), xuyên tâm (c) ....................................................................................... 23
xi
Hình 1. 30. Module hệ thống băng tải rung.............................................................. 23
Hình 1. 31. So sánh tốc độ di chuyển giữa mô phỏng và thực nghiệm khi hệ số ma
sát là 0,25 .................................................................................................................. 24
Hình 1. 32. So sánh tốc độ di chuyển giữa mô phỏng và thực nghiệm khi hệ số ma
sát thay đổi ................................................................................................................ 24
Hình 1. 33.Vận tốc của các phôi theo phƣơng Z ...................................................... 24
Hình 1. 34. Lực tác dụng khi phôi nằm trên máng dẫn ............................................ 25
Hình 1. 35. Sơ đồ tác dụng lực của nam châm điện ................................................. 26
Hình 1. 36. Đồ thị lực kéo của nam châm điện khi cấp dòng điện hình sin[3] ........ 26
Hình 1. 37. Sơ đồ kết cấu của phễu cấp phôi kiểu rung động có bộ tạo rung đặt
thẳng đứng[19] ......................................................................................................... 27
Hình 1. 38. Một số kết cấu định hƣớng phôi trên rãnh xoắn[19] ............................. 27
Hình 2. 1. Thiết bị cấp phôi rung dạng phễu có máng dẫn dạng xoắn vít[3], [4],[23]
.................................................................................................................................. 29
Hình 2. 2. Sơ đồ lực tác dụng lên phôi và rãnh xoắn trong phễu[2], [4], [19][20] .. 30
Hình 2. 3. Ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn θ tới vận tốc vận chuyển phôi[4]
.................................................................................................................................. 31
Hình 2. 4. Ảnh hƣởng của góc ψ, tỷ số gia tốc, tần số f, góc nghiêng θ, hệ số ma sát
lên vận tốc vận chuyển của phôi [4] ......................................................................... 32
Hình 2. 5. Cơ cấu rung điện từ a) một nhịp; b) hai nhịp[3]...................................... 33
Hình 2. 6. Ảnh hƣởng của góc rung động ψ và hệ số ma sát µs[4] .......................... 34
Hình 2. 7. Ảnh hƣởng của hệ số ma sát đến góc rung động tối ƣu [4]..................... 34
Hình 2. 8. Ảnh hƣởng của hệ số ma sát tới vận tốc vận chuyển phôi[4] ................. 34
Hình 2. 9. Cơ cấu định hƣớng cho phôi đáy phẳng[3] ............................................. 38
Hình 2. 10. Cơ cấu định hƣớng cho phôi tròn đáy phẳng[3] .................................... 38
Hình 2. 11. Cơ cấu định hƣớng cho phôi dạng trụ tròn[3] ....................................... 38
Hình 2. 12. Cơ cấu định hƣớng cho phôi dạng trụ trơn[3] ....................................... 39
Hình 2. 13. Kích thƣớc của phễu trụ thẳng ............................................................. 39
Hình 2. 14. Kích thƣớc của phễu côn bậc ............................................................... 41
Hình 2. 16. Hình dạng và kích thƣớc của nắp chai vaccine .................................... 41
Hình 2. 17. Thông số hình học của phễu rung ......................................................... 43
Hình 2. 18. Chuyển động của phôi bị ném lên ......................................................... 47
Hình 2. 19. Lực tác dụng lên lò xo lá [3] ................................................................. 49
xii
Hình 2. 20. Hình dạng và kích thƣớc của nắp chai vaccine ..................................... 53
Hình 2. 21. Trạng thái phôi trƣớc định hƣớng và trạng thái phôi yêu cầu ............... 53
Hình 2. 22. Hệ thống kênh phân loại cho phôi dạng (a) vành khăn và (b) trụ bậc đặc
.................................................................................................................................. 54
Hình 2. 23. Cấu hình hệ thống kênh phân loại cho nắp chai vaccine....................... 56
Hình 3.1. Hệ thống cấp nắp chai vaccine ................................................................. 59
Hình 3. 2. Phễu rung cấp nắp chai cao su ................................................................. 59
Hình 3. 3. Quá trình thực hiện mô hình hóa phễu rung ............................................ 60
Hình 3. 4. Mô hình hóa phễu rung............................................................................ 60
Hình 3.5. Các bƣớc mô hình hóa nguồn rung .......................................................... 61
Hình 3.6. Đế gá phễu rung........................................................................................ 62
Hình 3.7. Đế trên lò xo lá ......................................................................................... 62
Hình 3.8. Lò xo lá ..................................................................................................... 62
Hình 3.9. Đế máy...................................................................................................... 62
Hình 3.10. Tấm giảm chấn ....................................................................................... 62
Hình 3.11. Các bƣớc lắp ráp hệ thống ...................................................................... 63
Hình 3.12. Phễu rung và đế gá ................................................................................. 63
Hình 3.13. Cụm phễu rung ....................................................................................... 63
Hình 3.14. Cụm nguồn rung ..................................................................................... 64
Hình 3.15. Cụm điều khiển....................................................................................... 64
Hình 3.16. Kết quả lắp ráp hệ thống rung cấp nắp chai vaccine .............................. 64
Hình 3. 17. Quy trình tham số hóa ........................................................................... 66
Hình 3. 18. Quá trình đƣa liên kết tham số từ Exel vào Catia.................................. 67
Hình 3. 19. Cây thƣ mục các hàm số của từng tham số ........................................... 68
Hình 3. 20. Quy trình phân tích hình thái trên Ansys Workbench ........................... 69
Hình 3. 21. Module Modal ...................................................................................... 69
Hình 3. 22. Tên vật liệu đƣợc khởi tạo .................................................................... 70
Hình 3. 23. Cây thƣ mục toolbox ............................................................................. 70
Hình 3. 24. Thông số vật liệu SUS 304 .................................................................... 71
Hình 3. 25. Cây thƣ mục Geometry ......................................................................... 71
Hình 3. 26. Gán vật liệu cho phễu rung cấp phôi ..................................................... 71
Hình 3. 27.Gán liên kết đế gá phễu và đế trên lò xo lá ............................................ 72
Hình 3. 28. Mô hình phần tử .................................................................................... 72
xiii
Hình 3. 29. Ngàm đế dƣới lò xo lá ........................................................................... 73
Hình 3. 30. Thiết lập các Mode và phạm vi phân tích ............................................. 73
Hình 3. 31. Bảng giá trị các tần số dao động riêng cơ bản ....................................... 74
Hình 3. 32. Hình thái chuyển động tại các tần số dao động riêng cơ bản ................ 74
Hình 3. 33. Máy đo hệ số ma sát trƣợt VF ............................................................... 75
Hình 3. 34. Mẫu thử và thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa cao su và SUS304 . 76
Hình 3. 35. Thiết bị đo dao động theo phƣơng ngang bằng thiết bị hãng FAG ....... 77
Hình 3. 36. Thiết bị đo dao động theo phƣơng thẳng đứng ..................................... 78
Hình 3. 37. Kết quả đƣợc xử lý trên phần mềm Trendline....................................... 79
Hình 3. 38. Thiết đo của Viện ứng dụng công nghệ (Nacentech) ............................ 79
Hình 3. 39. Kết quả đo đƣợc xử lý trên phần mềm của NI ...................................... 80
Hình 3. 40. Thiết bị đo VIBROPOST 80 ................................................................. 81
Hình 3. 41. Kết quả đo đƣợc xử lý trên phần mềm ReX .......................................... 82
Hình 3. 42. Sơ đồ tính góc xoay ............................................................................... 83
Hình 3. 43. Quy trình mô phỏng trên MSC ADAMS .............................................. 85
Hình 3. 44. Giao diện gán các thông số về vật liệu trên MSC ADAMS .................. 86
Hình 3. 45. Giao diện gắn liên kết giữa phễu và phôi .............................................. 87
Hình 3. 46. Cửa sổ Function Builder để gắn hàm động học ................................... 87
Hình 3. 47. So sánh giá trị vận tốc mô phỏng và vận tốc trên mô hình thực .......... 88
Hình 4. 1. Quá trình tìm giá trị góc nghiêng rãnh xoắn tối ƣu bằng mô phỏng ....... 90
Hình 4. 2. Tham số hóa giá trị trong CATIA ........................................................... 91
Hình 4. 3. Biểu đồ vị trí theo thời gian trong MSC ADAMS .................................. 91
Hình 4. 4. Sơ đồ tính vận tốc bằng mô phỏng số ..................................................... 91
Hình 4. 5. Biểu đồ sự phụ thuộc giá trị vận tốc – nghiêng rãnh xoắn với điện áp
160V ......................................................................................................................... 93
Hình 4. 6. Quy trình đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến vận tốc phôi ............. 93
Hình 4. 7. Biểu đồ vận tốc phụ thuộc điện áp với góc nghiêng rãnh xoắn 2,50 ....... 94
Hình 4. 8. Sơ đồ quá trình tối ƣu hóa ....................................................................... 96
Hình 4. 9. Quy trình lấy số liệu mô phỏng ............................................................... 98
Hình 4. 10. Biểu đồ các điểm rời rạc từ số liệu thực nghiệm ................................... 99
Hình 4. 11. Kết quả tìm hàm hồi quy trên MATLAB ............................................ 101
Hình 4. 12. Đồ thị kết quả tối ƣu ............................................................................ 102
Hình 4. 13. Biểu đồ vận tốc phụ thuộc vào điện áp với góc nghiêng 1,30 ............. 104
xiv
Hình 4. 14. Quy trình tối ƣu hóa cơ cấu điều hƣớng .............................................. 105
Hình 4. 15. Ba bẫy và các tham số hình học ảnh hƣởng đến chức năng của chúng
................................................................................................................................ 106
Hình 4. 16. Trạng thái phôi trƣớc định hƣớng và định hƣớng phôi yêu cầu .......... 107
Hình 4. 17. Quá trình mô phỏng số đánh giá cấu hình điều hƣớng........................ 108
Hình 4. 18. Cơ cấu điều hƣớng thiết bị cấp phôi dạng rung .................................. 109
xv
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong sản xuất hiện đại ngày nay, các công đoạn nhƣ gia công, lắp ráp, kiểm tra
đã đƣợc tự động hóa nâng cao năng suất của quá trình. Để đáp ứng đƣợc các nhu
cầu đó thì một thiết bị tự động cấp phôi liệu cho quá trình trên là cần thiết. Đến nay,
hiện đã có nhiều loại thiết bị phục vụ cho quá trình cấp phôi liệu khác nhau. Kết cấu
của các cơ cấu cấp phôi này rất khác nhau, chúng phụ thuộc vào dạng phôi, năng
suất và cấu trúc của máy [3]. Theo đó, có thể phân thành các kiểu cấp phôi cơ bản
sau đây: cấp phôi dạng cuộn, cấp phôi dạng thanh hoặc tấm, cấp phôi dạng lỏng,
bột, khí, cấp phôi dạng rời từng chiếc.
Mỗi kiểu cấp phôi trên mang tính đặc thù riêng và bản thân trong mỗi kiểu cũng
đã bao hàm rất nhiều dạng khác nhau. Tuỳ theo công nghệ sản xuất mà ngƣời ta có
thể bố trí các hệ thống cấp phôi liên tục, cấp phôi gián đoạn theo chu kỳ hoặc cấp
phôi theo lệnh [19].
Với các loại phôi dạng rời có thể sử dụng loại thiết bị cấp phôi bao gồm: băng
tải cấp phôi, robot cấp phôi, cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Với robot
và băng tải thƣờng sử dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất, lắp ráp các sản
phẩm yêu cầu độ chính xác cao. Nhƣng cả hai loại thiết bị trên có nhƣợc điểm là giá
thành lắp đặt và vận hành thiết bị tƣơng đối cao. Diện tích nhà xƣởng để lắp đặt đòi
hỏi phải rộng. Tuy nhiên hai phƣơng pháp cấp phôi trên không phù hợp cho các loại
phôi có khối lƣợng và kích thƣớc nhỏ. Để giải quyết vấn đề trên, phƣơng pháp cấp
phôi theo nguyên lý rung động là một lựa chọn phù hợp. Thiết bị cấp phôi trên
nguyên lý rung động là một hệ thống đƣợc sử dụng phổ biến trong các ngành công
nghiệp thực phẩm, đồ uống, dƣợc phẩm hay các dây chuyền sản xuất lắp ráp.
Tại các nhà máy sản xuất dƣợc phẩm, điều kiện để chiết xuất và đóng chai
thuốc vaccine là môi trƣờng sản xuất phải vô khuẩn. Hạn chế sự tiếp xúc của con
ngƣời với nguyên liệu, vật liệu sản phẩm[1]. Vì vậy, việc lựa chọn phƣơng pháp cấp
phôi tự động theo nguyên lý kích rung là cần thiết khi cấp nắp chai cao su cho lọ
vaccine là cần thiết.
Từ thập niên 90 của thế kỷ trƣớc đến những năm gần đây do đặc điểm giá rẻ
của nhân công lao động nên hệ thống này chỉ đƣợc sử dụng trong các công ty liên
doanh. Ngày nay, giá nhân công ngày một tăng, để họ bắt nhịp đƣợc với công việc
phải mất thời gian đào tạo. Tính ổn định của công nhân hiện nay thấp, nhất là những
công việc có tính lặp lại.
1
Điểm mạnh của thiết bị cấp phôi là việc điều hƣớng, phối liệu đúng nhịp, đơn
giản và chính xác hơn hẳn các hệ thống truyền dẫn khác. Việc nghiên cứu, thiết kế
và chế tạo thiết bị này vẫn chƣa đƣợc quan tâm tại Việt Nam hiện nay.
Hệ thống cấp phôi tự động bao gồm, một phễu rung (bên trong có chứa các
máng dẫn) đƣợc lắp vào đế trên, đế trên kết nối với đế đế dƣới thông qua các lò xo
lá. Các lò xo lá tạo ra các chuyển động theo phƣơng thẳng đứng của phôi và đồng
thời là chuyển động quay xung quanh trục thẳng đứng. Các nam châm điện tạo ra
lực tác dụng điều khiển chuyển động của phễu. Thông thƣờng, đó là các lực dọc
trục hoặc lực pháp tuyến giữa đế và phễu. Mỗi nam châm điện có hai phần, một
phần lắp trên đế dƣới đƣợc cung cấp nguồn bởi các nguồn điện, phần còn lại đƣợc
lắp cố định vào đế trên và di chuyển cùng với phễu.
Trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động, phôi di chuyển trên
đƣờng dẫn hƣớng (track) với chế độ trƣợt hoặc nhảy. Trong chế độ trƣợt, chuyển
động đƣợc tạo ra từ ma sát giữa phôi và máng dẫn. Trong chế độ nhảy, phôi nhảy
lên khỏi đƣờng dẫn theo mỗi chu kỳ và phôi sẽ rơi tự do sau đó rơi lại máng. Trong
quá trình nhảy lên và rơi xuống này, chuyển động tịnh tiến đƣợc hình thành và phôi
di chuyển lên phía trƣớc một khoảng so với vị trí cũ trên máng.
Việc tính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cho sản phẩm là lắp chai
thuốc vaccine bằng cao su nhằm chế tạo thiết bị phục vụ cho quá trình thực nghiệm
cần phải đƣợc tiến hành. Với các loại phôi khác nhau công việc thiết kế có sự khác
nhau nhằm đƣa ra các kết quả thiết kế tối ƣu nhất cho sản phẩm.
Thiết kế thiết bị rung cấp phôi là qui trình phức tạp và có tính quyết định. Công
việc này thƣờng đƣợc bắt đầu bằng việc xác định nhu cầu dạng phôi cần cấp và
năng suất cấp. Do làm việc theo rung động nên cần một kết cấu nguyên khối để
tránh tự tháo lỏng và phân rã. Mặt khác, mỗi thiết bị cấp phôi chỉ cấp cho một loại
và một phạm vi công suất nên thiết kế chế tạo gần nhƣ là đơn chiếc. Vì vậy việc
công việc này phải giảm thiểu thời gian thiết kế chế tạo và điều chỉnh.
Hiện nay một phƣơng pháp thiết kế đƣợc áp dụng cho số đông bài toán là thiết
kế theo module. Để giảm thời gian sử dụng hệ thống treo tiêu chuẩn có sẵn (nguồn
rung, nam châm điện…) và các chi tiết đƣợc chế tạo theo kết quả tính toán (phễu,
có cấu điều hƣớng, lò xo lá…). Kết quả của quá trình này là một hệ thống cấp phôi
tự động theo nguyên lý kích rung đƣợc hình thành.
Có ba giai đoạn chính trong thiết kế, đó là nghiên cứu lên phƣơng án và tìm
phƣơng án khả thi, các thiết kế sơ bộ và thiết kế chi tiết. Trong quá trình nghiên cứu
2
lên phƣơng án các giải pháp thiết kế đƣợc đƣa ra và có thể tính toán đến chi phí chế
tạo. Các quy trình công nghệ và phƣơng án gia công đƣợc đƣa ra trong quá trình
thiết kế sơ bộ. Cuối cùng, các bản vẽ chi tiết, yêu cầu kỹ thuật và đặc tính đƣợc thể
hiện trong thiết kế chi tiết.
Dựa vào thiết kế đã đƣa ra, tiến hành chế tạo hệ thống cấp phôi. Công việc chế
tạo này dựa vào sự kết hợp giữa các chi tiết tiêu chuẩn (nguồn rung, nam châm
điện…) và các chi tiết đƣợc chế tạo theo kết quả tính toán (phễu, có cấu điều hƣớng,
lò xo lá…). Kết quả của quá trình này là một hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên
lý kích rung đƣợc hình thành.
Đây là một hệ thống thích hợp, ngoài ghép nối về mặt cơ học mà còn phải làm
việc ở chế độ cộng hƣởng. Do đó phải điều chỉnh các thông số động lực học để nó
làm việc ở chế độ cộng hƣởng. Quá trình thực nghiệm nhằm mục đích điều chỉnh
thiết bị tìm ra các thông số tối ƣu cho hệ thống. Tuy nhiên hệ thống này hoạt động
nhờ lực kích rung ở chế độ cộng hƣởng, phễu cấp là một khối thống nhất (các cơ
cấu dẫn hƣớng và phân loại đƣợc gắn cứng lên phễu). Với mỗi loại phôi khác nhau
thì phễu cũng nhau. Khi muốn thay đổi kết cấu trong quá trình thực nghiệm gần nhƣ
phải chế tạo mới dẫn đến không đảm bảo kịp sản xuất cũng nhƣ tiêu phí về thời
gian và tiền bạc. Vì vậy, xây dựng một quy trình thiết kế hệ thống đúng ngay từ lần
đầu tiên nhằm giảm thời gian thiết kế, chế tạo và điều chỉnh. Để đạt đƣợc mục đích
trên việc nghiên cứu bản chất của quá trình động lực học của quá trình cấp phôi từ
đó chỉ ra các đặc điểm về thông số kết cấu và ảnh hƣởng của nó đến quá trình cấp
phôi, qua đó đƣa ra đƣợc phƣơng án và qui trình thiết kế, kiểm định cho chế tạo cho
loại phôi đƣợc nghiên cứu và một quy trình thiết kế chế tạo theo phƣơng án chủ
động cộng hƣởng cho các dạng phôi khác.
Những đặc điểm nêu trên là định hƣớng cho việc lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học và tối ưu kết
cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động”
2. Đối tƣợng nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu, khảo sát động lực học quá trình di chuyển của phôi
trên phễu. Tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng trong hệ thống cấp phôi tự động theo
nguyên lý rung động.
3
3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng của hệ thống cấp phôi tự
động theo nguyên lý rung động. Các thông số động lực học, kết cấu ảnh hƣởng đến
năng suất cấp phôi.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán hệ thống cấp phôi tự động dạng xoắn
vít theo nguyên lý rung động.
- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm để mô phỏng số hoạt động hệ thống. Khảo
sát động lực học và tối ƣu một số thông số của phễu rung dạng xoắn vít.
-
Nghiên cứu chế tạo thiết bị thực nghiệm nhằm đánh giá và kiểm chứng mô
phỏng số.
- Khảo sát động lực học và tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng của hệ thống cấp
phôi tự động theo nguyên lý rung động.
4. Mục đích nghiên cứu
- Giảm thời gian thiết kế hệ thống đảm bảo thiết bị hoạt động ở chế độ cộng
hƣởng.
- Giảm thời gian hiệu chỉnh, thử nghiệm để hệ thống hoạt động trong vùng
cộng hƣởng.
- Xây dựng một mô hình thiết bị trong môi trƣờng số nhằm thử, xác nhận ứng
xử của phôi và kết cấu phễu rung cấp phôi.
- Đƣa ra một quy trình thiết kế, hiệu chỉnh, kiểm nghiệm thiết bị để hệ thống
sau khi chế tạo đƣa vào sản xuất đúng ngay từ lần đầu tiên.
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung
động.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi tự động
theo nguyên lý rung động
- Mô hình hóa, kiểm tra và xác nhận mô phỏng số hệ thống thực nghiệm
- Khảo sát động lực học và tối ƣu kết cấu điều hƣớng trong hệ thống cấp phôi
tự động theo nguyên lý rung động.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp phôi tự
động dạng phễu rung. Các thông số động lực học và kết cấu ảnh hƣởng đến năng
suất cấp phôi, từ đó xác định đƣợc mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án.
- Nghiên cứu mô phỏng: Dựa vào kết quả tính toán thiết kế hệ thống mô hình
hóa và mô phỏng. Mô hình mô phỏng đƣợc kiểm tra và xác nhận thông qua các dữ
4
liệu thực nghiệm. Sử dụng phần mềm mô phỏng động lực học đa vật thể với mô
hình số đã xác nhận để đánh giá sự ảnh hƣởng của các thông số động lực học và kết
cấu tới năng suất cấp phôi cũng nhƣ xác định tần số dao động riêng để phục vụ cho
thiết kế chủ động cộng hƣởng
- Nghiên cứu thực nghiệm: Xác định thuộc tính của phôi cần cấp và xây
dựng dữ liệu quan hệ giữa vận tốc, góc xoay, chuyển vị theo phƣơng đứng với điện
áp và chế độ cộng hƣởng của cơ hệ tƣơng ứng với tần số của điện áp đầu vào
- Nghiên cứu tối ưu: Sử dụng mô hình số đánh giá sự ảnh hƣởng của tần số,
biên độ, góc xoay, góc nghiêng rãnh xoắn, hình dáng và thứ tự đến năng suất cấp
phôi. Tối ƣu hóa giá trị nghiêng rãnh xoắn và thứ tự kênh phân loại đến năng suất
cấp phôi trong nguyên tắc làm việc chủ động công hƣởng.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a. Ý nghĩa khoa học
1. Chỉ ra đƣợc bản chất động lực học của quá trình cấp phôi từ đó chỉ ra đặc
điểm của thông số động lực học, kết cấu và ảnh hƣởng của nó đến năng suất cấp
phôi.
2. Bằng lý thuyết và thực nghiệm đã xây dựng đƣợc mối quan hệ giữa một số
yếu tố công nghệ : điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn và vận tốc (năng suất) cấp phôi
đồng thời đã xác định đƣợc vận tốc cấp phôi lớn nhất khi góc nghiêng = 1.2560,
tại mức điện áp 170V.
3. Bằng mô phỏng số đã tối ƣu hóa hệ thống bẫy điều hƣớng để có năng suất
cao nhất cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động.
b. Ý nghĩa thực tiễn
1. Việc áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất giúp giảm thời gian
thiết kế, giảm chi phí chế tạo và nâng cao hiệu quả kinh tế trong việc thƣơng mại
hóa các hệ thống cấp phôi theo nguyên lý kích rung.
2. Kết quả của luận án còn để tham khảo trong việc đào tạo cán bộ thiết kế, kỹ
thuật, học viên cao học, nghiên cứu sinh của ngành kỹ thuật Cơ khí và Cơ điện tử.
8. Những điểm mới của đề tài
1. Đƣa ra một quy trình thiết kế chủ động cộng hƣởng.
2. Đƣa ra mô hình thiết bị trong môi trƣờng số nhằm thử nghiệm, xác nhận tứng
xử của phôi và kết cấu phễu rung cấp phôi.
3. Áp dụng mô phỏng số để tối ƣu hóa quá trình cấp phôi nhằm giảm thời gian
thực nghiệm cấp nắp chai vaccien trên máng dẫn hƣớng.
5
4. Đã xây dựng đƣợc phƣơng trình hàm hồi quy thực nghiệm về mối quan giữa
điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn và vận tốc (năng suất) cấp phôi. Đồng thời đã xác
định đƣợc vận tốc cấp phôi lớn nhất khi góc nghiêng thay đổi từ 1.10 đến 4,50,
điện áp Y thay đổi từ 100V đến 170V.
5. Bằng mô phỏng số đã tối ƣu hóa hệ thống bẫy điều hƣớng để có năng suất
cao nhất cho quá trình cấp nắp chai vaccien bằng cao su trên thiết bị cấp phôi tự
động theo nguyên lý rung động.
6
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO
NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG
1.1. Thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động
1.1.1. Thiết bị cấp phôi dạng phễu rung có đƣờng xoắn vít
Cơ cấu cấp phôi rung dạng phễu có máng dẫn hình xoắn vít đƣợc sử dụng
cấp các loại phôi rời có trọng lƣợng và kích thƣớc nhỏ[2][3]. Hệ thống này có thể
sử dụng cho các máy riêng biệt hoặc các dây chuyền sản xuất tự động.
Tùy thuộc vào độ ổn định trên máng dẫn phôi đƣợc chia ra làm ba nhóm [3]
-
Phôi có bề mặt phẳng (vòng đệm, nút chai cao su, tấm…) các phôi này trƣợt
-
trên máng dẫn khi di chuyển.
Phôi hình trụ. Các phôi này có thể trƣợt hoặc lăn trên máng dẫn
-
Phôi hình cầu hoặc hình trụ có bán kính cầu ở đầu, các phôi này thƣờng lăn
khi di chuyển trên máng dẫn.
Các loại phôi thuộc nhóm thứ nhất và thứ hai khi di chuyển có tính ổn định cao
hơn nhóm thứ 3.
Hình 1. 1.Cơ cấu cấp phôi rung sử dụng bánh lệch tâm [3]
Trong hệ thống này (hình 1.1) phễu rung 2 đƣợc gắn động cơ có bánh lệch
tâm tạo ra lực ly tâm. Phễu 2 đƣợc lắp lên chân 1 (lò xo lá), nó thực hiện các chuyển
động xoay (xung quanh trục thẳng đứng) và chuyển động tịnh tiến khứ hồi nhờ đó
mà phôi di chuyển theo máng dẫn dạng xoắn vít 3. Khi phôi di chuyển trên máng
dẫn sẽ có trạng thái trƣợt hoặc nhảy tùy thuộc vào biên độ dao động và góc nghiêng
α của các chân. Phôi từ phễu đƣợc di chuyển tới vị trí yêu cầu. Để cấp phôi đúng
nhịp, trên máng dẫn thƣờng đƣợc lắp các cơ cấu định hƣớng và ngắt phôi. Nếu trên
7
máng đã đầy phôi do lực cản các phôi sẽ trƣợt tƣơng đối trên máng hoặc rơi lại đáy
phễu.
Hình 1. 2. Cơ cấu cấp phôi rung có nam châm điện [3]
Hình 1.2 là cơ cấu cấp phôi rung động dạng phễu rung có sử dụng nam châm
điện để tạo rung động. Phễu rung 2 đƣợc lắp lên chân 3 (lò xo lá). Ở tâm của đáy
phễu đƣợc lắp phần ứng từ 4 của nam châm điện, trên đế 5 đƣợc lắp phần cảm từ 6
của nam châm điện. Để điều chỉnh lực kích rung ta có thể thay đổi khe hở giữa phần
lõi 6 và phần ứng từ 4 có thể đƣợc điều chỉnh nhờ vít 7 và bốn đế cao su số 8. Các
lò xo lá số 3 đƣợc đặt trên tấm đế 9. Để quá trình hoạt động của thiết bị này không
ảnh hƣởng đến các máy khác, hệ thống này có sử dụng ba giảm chấn số 10.
Chuyển phôi từ phễu đến máng tiếp nhận (máng chứa) đƣợc thực hiện trên
phần thẳng của máng chứa. Máng chứa này đƣợc nối tiếp với máng xoắn vít. Quá
trình kích rung đƣợc thực hiện nhờ nguồn rung 1.
Hình 1. 3. Sơ đồ lực tác dụng khi nam châm đặt tại tâm[3]
Ở các hệ thống trên lực quán tính và nam châm điện tỷ lệ với góc nghiêng α
của lò xo lá [3]: góc α càng lớn thì lực tác dụng P1 càng lớn và ngƣợc lại. Các lực
8
