Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Chí Hưng

Sinh viên thực hiện

:

Đặng Xuân Hải

MSSV

:

20131217

Lớp

:

KT CĐT 02 - K58

Hà Nội, 2016

Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.........................................2
1.1 Giới thiệu chung........................................................................................................2
1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.................................................................2
1.3 Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống......................................................................................3
1.4 Lựa chọn phương án thiết kế.............................................................................................3
CHƯƠNG 2:
CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ TÍNH TỐN
THIẾT KẾ........................................................................................................................5
2.1 Thơng số đầu vào và tính tốn sơ bộ................................................................................5
2.2 Tính tốn thiết kế băng tải..................................................................................................6
2.2.1 Giới thiệu và lựa chọn băng tải...............................................................................6
2.2.2 Các thông số cơ bản của băng tải...........................................................................7
2.2.3 Tính lực căng băng tải ban đầu..............................................................................7
2.3 Tính tốn lựa chọn động cơ...............................................................................................8
2.3.1 Giới thiệu..........................................................................................................8
2.3.2 Tính tốn thơng số và chọn động cơ....................................................................10
2.4. Bộ truyền động........................................................................................................12
2.4.1 Giới thiệu và lựa chọn bộ truyền..........................................................................12
2.4.2 Tính tốn bộ truyền đai..........................................................................................12
2.5. Hệ thống cấp phôi tự động..............................................................................................15
2.6. Trục tang băng tải trước..................................................................................................16

2.6.1 Trục tang băng tải sau............................................................................................16
2.6.2 Piston xilanh đẩy sản phẩm...................................................................................17
2.6.3 Van đảo chiều.................................................................................................18
2.6.4 Tính tốn lựa chọn xilanh.....................................................................................19
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

1


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

2.7. Cảm biến quang......................................................................................................23
2.8. Rơ le và nút ấn........................................................................................................25
2.9. Bộ điều khiển PLC..................................................................................................26
CHƯƠNG 3:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN...........................................................................................28
3.1 Lập trình điều khiển PLC S7200.....................................................................................28
3.1.1 Bài toán điều khiển.................................................................................................28
3.1.2 Lưu đồ thuật tốn....................................................................................................28
3.1.3 Câu lệnh lập trình trên STEP 7 MICRO/WIN...................................................30
3.2 Hệ thống khí nén và sơ đồ điện.......................................................................................32
CHƯƠNG 4:
THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM SOLIDWORKS.............34
4.1 Giới thiệu phần mềm SolidWorks...................................................................................34
4.2 Mơ hình các thành phần của hệ thống..........................................................................35
4.2.1 Khung đỡ........................................................................................................35
4.2.2 Băng tải cao su...............................................................................................35
4.2.3 Động cơ..........................................................................................................36

4.2.4 Hệ thống cấp phôi..........................................................................................36
4.2.5 Trục tang băng tải..........................................................................................37
4.2.6 Đai truyền động..............................................................................................38
4.3 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao...............................................38
KẾT LUẬN.....................................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................40

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

2


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

3


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày
càng cao, vì thế bài tốn về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải
quyết. Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó địi hỏi sự
nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân cơng lao động. Q trình sản xuất

càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính
cạnh tranh cho các doanh nghiệp.
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa hiện đại hóa sử
dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các q trình sản xuất,
gia cơng, chế biến sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất
linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt
vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot cơng nghiệp. Trong đó có một khâu quan
trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phận loại sản phẩm.
Đồ án Thiết kế hệ thống Cơ điện tử với đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản
phẩm theo chiều cao” được nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng
thời giúp cho học sinh sinh viên thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở
trường với những ứng dụng bên ngồi thực tế. Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng
trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm.
Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân cơng đi kèm với giảm
chi phí sản xuất.
Do kiến thức cịn hạn hẹp và thời gian thực hiện khơng nhiều nên trong q trình
thực hiện sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Đề tài rất mong được sự góp ý của quý
thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Chí Hưng đã hướng dẫn tận tình, tạo
nhiều điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Đặng Xuân Hải

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

1

Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1.1 Giới thiệu chung
Ngày nay, việc tập trung hóa- tự động hóa cơng tác quản lí, giám sát và điều
khiển các hệ thống tự động nhằm năng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tránh
rủi ro, tiết kiệm được chi phí.
Hệ thống phân loại sản phẩm được ứng dụng nhiều trong sản xuất tự động hàng
hóa với số lượng lớn, giúp phân loại nhanh những sản phẩm đạt yêu cầu và những
sản phẩm bị lỗi (phế phẩm) cũng như phân loại thành những nhóm có đặc điểm
khác nhau phục vụ cho những công đoạn sản xuất sau này.
Trong các nhà máy sản xuất hàng thực phẩm, nhà máy sản xuất gạch ốp lát cho
ngành xây dựng hay sản xuất các chi tiết cơ khí, linh kiện điện tử …, dòng sản
phẩm được tạo ra sau hàng loạt những qui trình cơng nghệ cần được kiểm tra để
đảm bảo loại bỏ được những phế phẩm cùng với đó phân loại những sản phẩm đạt
chất lượng thành những nhóm cùng loại khác khau, tạo điều khiện thuận lợi cho
quá trình lưu kho để phân phối ra thị trường hay phục vụ tốt hơn cho những công
đoạn sản xuất tiếp theo. Hơn nữa, nó cịn có thể tích hợp thêm chức năng dãn
nhãn, đếm và quản lý sản phẩm..., giúp nâng chất lượng của sản phẩm và nâng cao
hiệu quả hoạt động của dây chuyền sản xuất.
Từ những yêu cầu thực tế đó mà hệ thống tự động phân loại sản phẩm đã sớm
được hình thành và phát triển, trở thành một khâu quan trọng trong một hệ thống
sản xuất tự động, để thực hiện chức năng kiểm tra, phân loại đảm bảo sự vận hành
liên tục của dịng phơi liệu trong quá trình sản xuất tự động. Đạt được mục tiêu
nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm, làm chủ giá thành và chất lượng sản phẩm,
tăng khả năng linh hoạt phát triển sản phẩm, thay đổi mẫu mã đáp ứng nhu cầu thị
trường.

1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao
Trong thực tế sản xuất chúng ta rất dễ bắt gặp những dây chuyền mà sản phẩm
đầu ra có kích thước khác nhau, cụ thể ở đây là chiều cao. Để tối giản chi phí lao
động và tránh cho công nhân những công việc nhàm chán, giảm tỉ lệ sai sót trong
dây chuyền, hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo chiều cao được ra đời.
Hệ thống hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định chiều cao
của sản phẩm. Sau đó dùng cơ cấu chấp hành để phân loại sản phẩm có chiều cao

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

2


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

khác nhau. Cơ cấu chấp hành có thể là xylanh đẩy, cần gạt được dẫn động từ động
cơ…

Hình 1.1 Minh họa Mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao
1.3. Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống
Mục tiêu đặt ra là thiết kế: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao có kiểu
dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.
Để đạt được mục tiêu này chúng ta cần thiết kế mơ hình cơ khí, điều khiển được
động cơ và hệ thống hoạt động tự động. Ngồi ra cịn có các vấn đề khác như là: vật
liệu mơ hình, nguồn cung cấp, tính tốn thơng số chi tiết...
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
- Vấn đề cơ khí: phân tích tính tốn và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của
các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính

thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị
hỏng.
1.4. Lựa chọn phương án thiết kế


-

Phương án 1:
Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm
Sử dụng 2 sensor đặt trước xilanh để nhận biết sản phẩm
Sử dụng 3 động cơ servo DC có gắn cần gạt làm nhiệm vụ cấp phôi và phân
loại sản phẩm

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

3


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

Sử dụng bộ điều khiển PLC để nhận tín hiệu từ sensor và hoạt động của hệ
thống
Ưu điểm: Hệ thống hoạt động độc lập hơn vì chỉ cần nguồn cấp điện, khơng cần
thêm hệ thống cấp khí nén như khi dùng xilanh khí nén.
Nhược điểm: Sử dụng động cơ servo kèm cần gạt làm giảm độ tin cậy, tốc độ, khả
năng hoạt động ổn định của hệ thống, gây khó khăn trong việc điều khiển và tăng chi

phí chế tạo, lắp đặt.
 Phương án 2:
- Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm
- Đặt 2 sensor trước 2 xilanh để nhận biết sản phẩm
- Sử dụng 3 xilanh để cấp phôi và phân loại sản phẩm
- Sử dụng bộ điều khiển PLC để điều khiển hoạt động của hệ thống
Ưu điểm: Có khả năng vận chuyển sản phẩm nhanh hơn, năng suất cao hơn. Sử
dụng hệ thống xilanh khí nén cho tốc độ làm việc nhanh với độ tin cậy và chính
xác cao hơn. Điều khiển dễ dàng, hoạt động ổn định. Lắp đặt dễ dàng, giá thành
thấp.
Nhược điểm: Phụ thuộc vào hệ thống khí nén, khơng hoạt động được nếu khơng có
hệ thống cung cấp khí nén.
 Kết luận: Trong phạm vi yêu cầu của đồ án này ta sẽ chọn phương án 2, vì
các ưu điểm nêu trên và thực tế trong các nhà máy sản xuất hiện nay thường có
lắp đặt sẵn hệ thống cung cấp khí nén nên sẽ khắc phục được phần nào những
nhược điểm.
-

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

4


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

CHƯƠNG 2
CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ TÍNH
TỐN THIẾT KẾ

2.1 Thơng số đầu vào và tính tốn sơ bộ
a. Thơng số đầu vào hệ thống

1.
2.
3.
4.
5.

Hệ thống cấp phôi tự động
Nguồn lực cấp phôi và đẩy phơi: Khí nén
Nguồn lực quay băng tải: Động cơ điện
Chiều dài băng tải : L= 62 cm
Thơng số hình học phơi:
Hình trụ : h1=8 cm, h2=7 cm, h3=5 cm;
d1= d2= d3=d = 5 cm,
6.
Trọng lượng phôi: Pmin = 0.3 Kg; Pmax = 5.5 Kg
7.
Năng suất làm việc : N = 8 sản phẩm/phút
b. Tính tốn sơ bộ từ dữ liệu đầu vào
Ta chọn khoảng cách giữa 2 sản phẩm là x =10cm => Tối đa có 4sp trên băng
chuyền tại 1 thời điểm bất kì.
Tổng khối lượng sản phẩm lớn nhất: M=4.5,5=22kg (để tính lực căng ban
đầu,chọn cơng suất động cơ)
Để đảm bảo năng suất làm việc 8 sp/phút, thời gian 1 sản phẩm đi hết băng tải là: t
= 60:8.4 = 30s
Vận tốc của băng tải là:
V=

L 0,62
=
= 0.021(m/s) (để tính số vịng quay chọn động cơ)
t
30

2.2 Tính toán thiết kế băng tải
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

5


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

2.2.1 Giới thiệu và lựa chọn băng tải
Trong sản xuất công nghiệp băng tải được ứng dụng rộng rãi để vận chuyển hàng hóa
và nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất. Trong các nhà máy sản xuất vật liệu xây
dựng, phụ tùng cơ khí, khai thác khống sản, các nhà máy sản xuất hàng thực phẩm,
đồ ăn nhanh, nước giải khát; các nhà máy tái chế vật liệu, lắp ráp sản phẩm,… . Ở bất
kỳ một nhà máy sản xuất hàng loạt, hàng khối nào, ta đều có thể dễ dàng bắt gặp hình
ảnh của những băng tải vận chuyển, nó là hình ảnh của dây chuyền sản xuất, đóng một
vai trị quan trọng trong việc tự động linh hoạt sản xuất, tăng năng xuất, giải phóng
sức lao động của con người.

Hình 1.2 Mơ hình băng tải trong thực tế
Các thành phần băng tải:
-Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật
-Trạm dẫn động, truyền động cho bộ phận kéo

-Bộ phân căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo
-Hệ thống đỡ làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc.
Có nhiều loại băng tải khác nhau tùy thuộc vào đặc tính của hàng hóa vận chuyển
như băng tải xích, băng tải con lăn, băng tải đai, băng tải đứng, băng tải xoắn ốc, …
Trong phạm vi đồ án sản phẩm là những khối trụ có trọng lượng 0,3 – 5,5 kg, tương
đối nhẹ, cho nên em lựa chọn phương án sử dụng băng tải dây đai cao su.
Đai cao su có đặc tính: bền, đàn hồi tốt, ít bị ảnh hưởng bới độ ẩm và sự thay đổi
của nhiệt độ, đai vải cao su được sử dụng khá rộng rãi. Đai cao su có khả năng vận
chuyển êm, truyền động nhanh, ổn định, do phơi hình trụ có bề mặt tiếp xúc tương
đối, trọng lượng vừa phải nên khả năng ma sát tốt, làm việc chính xác. Khi khơng u
cầu góc nghiêng lớn và khơng u cầu di chuyển theo đường cong thì đai tải cao su
hồn tồn có thể đáp ứng tốt u cầu làm việc.

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

6


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

2.2.2 Các thơng số cơ bản của băng tải
-

Loại băng tải: vải cao su, tiết diện hình chữ nhật (b×h).Chọn chiều rộng của
băng là b =100 mm, độ dày h=3 mm, khối lượng riêng là 1250 kg/m3 .
Chọn đường kính tang của băng tải sao cho:

h

d tan g



1
40  d tan g  120mm

Chọn dtang = 100mm để đảm bảo điều kiện.
-

Hệ số ma sát trượt giữa tang thép với băng tải là µ=0,3

2.2.3 Tính lực căng băng tải ban đầu

Ở thời điểm băng tải bắt đầu chuyển động thì lực căng lớn nhất do dây
băng tải và 4 sản phẩm trên băng tải có thể gây ra là:
Fc = M_∑.g = ( Msp+M bt ).g
Fc=[ Mmax+(2L+πD)hbρ ].g
Fc =[4.5,5+(2.0,62+π.0,1).(3.10-3).0,1.1250].9,81
Fc =221,54 (N)

Băng tải muốn chuyển động được thì lực vịng F t tạo ra do ma sát giữa
băng tải và tang thép phải thỏa mãn điều kiện:
Ft ≥Fc = 221,54 (N) chọn Ft = 222 (N).

Ta đi xác định mối liên hệ giữa lực căng ban đầu F0 với lực vòng Ft (bỏ
qua ma sát do lực ly tâm gây ra)
Ta có :
Ft = F1– F2 (1)
F0 =

F 1−F 2
(2)
2

Hình
2.1. Các lực F 1 và F 2tác dụng lên tang băng tải
 Mặt khác áp dụng phương trình Euler ta có
F1=eµα (3)
Trong đó: µ là hệ số ma sát giữa băng tải và tang thép: µ=0,3
α là góc ơm: α =180o= π (rad).
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

7


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

Thay (3) vào (1) và (2) ta có :

{
→

F t=F 2 ì( e à 1)
1
F0 = F 2 ì(e µα +1)
2

(e μα +1)
Ft 2(e μα −1)
e 0,3 π +1
→ F0 =
=
F
=
ì222
t
0,3
Fo
2(e 1)
2(e à 1)
e +1

=> F0 = 252,73 N
Chọn lực căng đai ban đầu là F0 =253 N
2.3 Tính tốn lựa chọn động cơ
2.3.2 Giới thiệu và lựa chọn loại động cơ
Trong mơ hình, vì sử dụng truyền động băng chuyền dây đai và không yêu cầu tải
trọng lớn nên khơng cần động cơ có cơng suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản của băng
chuyền như là:
- Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Khơng địi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều. Hơn nữa, động cơ điện một chiều cho
phép thay đổi trị số momen và vận tốc góc trong một phạm vi rộng, khởi động êm,
hãm và đảo chiều dễ dàng, do đó được dùng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển
bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm.
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dịng điện một chiều, được

dùng rất phổ biến trong cơng nghiệp và ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay
liên tục trong một phạm vi hoạt động.

Hình 1.3.Động cơ điện một chiều thực tế
Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều:
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

8


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng có dịng
điện. Các thanh dẫn có dịng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho
Rotor quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay
được nửa vịng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiến cổ góp đổi chiều
dịng điện, giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt
từ trường sẽ cảm ứng sức điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn
tay phải. Ở động cơ một chiều thì sức điện động ngược chiều với dịng điện nên còn
gọi là sức phản điện động.
Phân loại động cơ điện một chiều
Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều
được chia thành:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có dịng điện kích từ và từ thơng động
cơ khơng phụ thuộc vào dịng điện phần ứng. Nguồn điện mạch kích từ riêng biệt so
với nguồn điện mạch phần ứng.
- Động cơ điện một chiều kích từ song song: khi nguồn điện một chiều có cơng
suất vơ cùng lớn, điện trở trong của nguồn coi như bằng khơng thì điện áp nguồn sẽ là

không đổi, không phụ thuộc vào dòng điện trong phần ứng động cơ. Loại động cơ một
chiều kích từ song song cũng được coi như kích từ độc lập.
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần
ứng.
- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: gồm hai dây quấn kích từ, dây quấn kích từ
song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song là chủ
yếu.
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặt
vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dịng điện. Điều khiển tốc độ của động cơ có thể
bằng cách điều khiển các điểm chia điện áp của bình ắc quy, điều khiển bộ cấp nguồn
thay đổi được, dùng điện trở hoặc mạch điện tử...
Chiều quay của động cơ có thể thay đổi được bằng cách thay đồi chiều nối dây của
phần kích từ, hoặc phần ứng, nhưng không thể được nếu thay đổi cả hai. Thông
thường sẽ được thực hiện bằng các bộ công tắc tơ đặc biệt (Cơng tắc tơ đổi chiều).
2.3.2 Tính tốn thơng số và chọn động cơ
 Momen soắn T cần truyền trên trục tang băng tải là:
T = Ft (

D
0,1
¿ =222× =11,1 (N.m)
2
2

 Công suất cần thiết trên trục tang băng tải là:
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

9

Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

Pct=Ftv =222×0,021 = 4,66 (W)
 Số vịng quay mà tang quay được trong1 phút là:
ntang =

60 v 60× 0,021
=4,01 (vịng/phút)
=
πD
π × 0,1

Số vịng quay u cầu:

n yc  n bt .u d .u h
trong đó :
ud - tỉ số truyền sơ bộ của bộ truyền đai , chọn bằng 3
uh - tỉ số truyền của hộp giảm tốc răng trụ 2 cấp, chọn bằng 14
Số vòng quay yêu cầu tính được: nyc = 168,42 vg/ph

Bảng 2.1: Danh sách động cơ
Theo bảng 2.1 ta chọn động cơ : DS-42RP7750245000-27K có:
Pđc =22,79 (W)và n đc= 197,2 (v/ph)
197,2

 Phân phối tỷ số truyền U = 4,01 = 49,2

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

10


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

 Chọn Uh = 12 = Ubr1.Ubr2=3,83.2,61→ Uđ =

U
Uh

=

49,2
12

= 4,1

Hình 2.2. Bảng kết quả phân phối tỉ số truyền tối ưu cho các cấp bánh răng
trong hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ.
2.4 Bộ truyền động
2.4.1 Giới thiệu và lựa chọn bộ truyền
Ta sử dụng bộ truyền ngoài để truyền chuyển động giữa hai trục có khoảng cách
tương đối lớn hay để tạo ra không gian làm việc linh động hơn của chi tiết máy. Hai
bộ truyền thường được sử dụng là bộ truyền đai và bộ truyền xích.
Theo yêu cầu của đồ án nên em chọn bộ truyền đai để sử dụng vì những lý do:
-Vận hành êm không ồn.

-Chống quá tải cho động cơ.
-Cấu tạo đơn giản giá thành rẻ.
-Dễ điều chỉnh.
2.4.2 Tính tốn bộ truyền đai
Ta chọn bộ truyền đai dẹt.
Công suất động cơ và số vòng quay của động cơ: Pdc = 22,79 W; ndc = 197,2 v/ph
+) Tính đường kính bánh đai
Đường kính bánh đai d1:

d1  (5,2...6,4). 3 T1
 Moment trên trục động cơ là:

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

11


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

P ct .9,55 .106 0,02279.9,55. 106
=
= 1104 (N.mm)
Tđc =
nđc
197,2

 d1 = (5,2…6,4). √3 T đc= (53,74...66,14)
Chọn d1 trong dãy tiêu chuẩn: d1 = 63mm

Đường kính bánh đai d2:

d2 

u d .d1
1 

trong đó:
ud - tỉ số truyền sơ bộ của bộ truyền đai lấy bằng 3

 - hệ số trượt của đai lấy bằng 0,02
 d2 =192,3mm
Chọn theo dãy tiêu chuẩn: d2 = 200mm
Kiểm nghiệm tỉ số truyền của bộ truyền:
Tỉ số truyền thực tế:U ' đ =

200.(1−0,01)
= 3,11
63

Tỉ số truyền sơ bộ: usb = 3
'
 Sai lệch tỷ số truyền là U dd=

3,11−3
×100% =3,6% <4 %
3

Vậy tỉ số truyền đảm bảo theo u cầu tính tốn.

+) Tính khoảng cách trục và chiều dài đai
Khoảng cách trục a:
Khoảng cách trục sơ bộ được chọn theo công thức: a sb  (1,5...2)(d1  d 2 )mm
(3.2.4)
asb = (1,5…2).(63+200) =(394,5…526) (mm)
Ta chọn asb= 410(mm)
Chiều dài đai:

l  2a  

d1  d 2 (d 2  d1 ) 2

2
4a

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

(3.2.5)
12


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

 l = 1244mm
Chọn chiều dài đai theo tiêu chuẩn: l = 1250mm
Xác định lại khoảng cách trục a:

l

a

  d1  d 2 
(d1  d 2 ) 2
 [l 
]  4(d 2  d1 ) 2
2
2
4

(3.2.6)

Vây khoảng cách trục thực tế a=407 mm
. Tính góc ơm trên bánh đai nhỏ
α1=180o -57.

(d 2−d 1)
=160,8o¿ 120o
a

→ thỏa mãn u cầu về góc ơm

 Xác định tiết diện đai:
+Tiết diện đai dẹt được xác định dựa vào chỉ tiêu về khả năng kéo của đai
Tiết diện đai xác định bởi A =b.δ = Ft

Kđ
[σ ¿¿ k ]¿

Trong đó:

- b và s lần lượt là chiều rộng và chiều dày đai (mm)
- Ft là lực vòng (N)
- Kđ là hệ số tải trọng động
- [σ ¿¿ F ]¿ là ứng suất có ích cho phép (MPa)
+Chọn độ dày đai δ :
Chiều dàyδ của đai sợi tổng hợp nên dùng trong khoảng:
1 1
1 1
÷ ¿ d =( ÷ ¿ .63=(0,9÷ 1,26 ¿ (mm)
70 50 1 70 50
→ chọn δ theo tiêu chuẩn của đai sợi tổng hợpδ =1,2 (mm)
δ =(

+ Xác định lực vòng F t:
1000 Pct 1000.0,02279
=
= 35 (N)
0,65
v
π d 1 nđc π .0,063 .197,2
vớiv =
=
= 0,65 (m/s)
60
60
F t=

+ Chọn hệ số tải trọng động K đ =1,1
+ Tính ứng suất có ích cho phép [σ ¿¿ F ]¿ :
[σ ¿¿ F ]¿ =[σ ¿¿ F ]0 ¿.C α . C v . C 0

Trong đó:

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

13


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

o [σ ¿¿ F ]0 ¿ là ứng suất có ích cho phép xác định bằng thực nghiệm đối với
các loại đai ,ứng với d 1=d 2(α=1800 ), bộ truyền đặt nằm ngang, v=10 m/s,
tải trọng tĩnh.
Trị số [σ ¿¿ F ]0 ¿ tính theo cơng thức:
[σ ¿¿ F ]0 ¿ =k 1 −k 2 δ /d1
Với k 1 và k 2 là các hệ số phụ thuộc vào ứng suốt căng ban đầu δ 0.
Theo điều kiền làm việc của bộ truyền đai ta chọn δ 0=7,5 (MPa)
Tra bảng ta có các hệ số: k 1 =11,4 v à k 2=233
Từ đó→[σ ¿¿ F ]0 ¿ =k 1 −k 2 δ /d1=11,4o

233.1,2
=6,96(MPa)
63

C α: hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ơm xác định bởi:
C α=1-0,003(180-α )=1-0,003(180-160,8)=0,9424

o

C v : hệ số kể đến ảnh hưởng của lực li tâm đến độ bám của đai,

được xác định bởi:
C v =1-k v(0,01 v 2−1)= 1-0,01.(0,01.1,082−1)=1,0098

o

C 0:hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền trong khơng
gian và phương pháp căng đai, ta chọn C 0=1

⇛ [σ ¿¿ F]¿ =[σ ¿¿ F ]0 ¿.C α . C v . C 0=6,96. 0,9424. 1,0098.1 = 6,62 (MPa)
K đ 35.1,1
⇛ Tiết diện đai A=b.δ = F t
=
= 5,8 (mm2 )
[σ F ] 6,62
A 5,8
= 4,8 (mm)
Mà δ =1,2 (mm) → b = =
δ
1,2
→Chọn chiều rộng đai theo tiêu chuẩn b = 20 (mm)
→ Chọn tiết diện đai theo tiêu chuẩn A = b.s = 20.1,2 = 24 (mm2 )

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

14


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

Hình 9. Các thơng số của đai sợi tổng hợp
2.5 Hệ thống cấp phôi tự động
Hiện nay, các quá trình sản xuất các sản phẩm trong các ngành cơng nghiệp nói
chung đều phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày càng cao. Để đảm bảo được q
trình sản xuất ổn định và nhanh chóng thì cần thiết phải có q trình cung cấp phơi
chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp (cấp đúng lúc) và liên tục theo chu
trình hoạt động của dây chuyền một cách tin cậy.
Vì vậy, q trình cấp phơi là một trong những yêu cầu cần thiết cần phải được
nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm nâng cao năng
suất lao động và chất lượng sản phẩm. Hệ thống cấp phôi tự động phải cung cấp phơi
một cách kịp thời, chính xác, đúng số lượng.
Là một cơ cấu cấp phôi, sản phẩm vào cho băng tải, sản phẩm xuất ra được chia
đều, từng sản phẩm một và các sản phẩm đi ra cách nhau một khoảng thời gian nhất
định sao cho phù hợp với năng suất và vận tốc băng tải. Đóng vài trị quan trọng cho
quá trình bắt đầu của hệ thống.
- Ý nghĩa của hệ thống cấp phôi tự động.
Biến những máy bán tự động thành máy tự động. Dây chuyền sản xuất thành
đường dây tự động.
Mang lại hiệu quả kinh tế nhờ giảm tổn thất về thời gian.
Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đặc biệt là trong môi trường độc hại,
nhiệt độ cao, phơi có trọng lượng lớn…
Trong hệ thống phân loại sản phẩm đang xét, phôi là những khối trụ có đường kính
bằng nhau, sự khác nhau chủ yếu là ở chiều cao. Trong đồ án này, em lựa chọn
phương án cấp phôi tự động gián đoạn theo chu kỳ.

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

15


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

2.6 Hệ thống khí nén và tính tốn xilanh
2.6.1 Giới thiệu hệ thống khí nén và các thành phần
Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp
ráp, chế biến, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ
hoặc ở các mơi trường độc hại. Ví dụ, lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm,
các khâu phân loại, đóng gói sản phẩm thuộc các dây chuyền sản xuất tự động; trong
cơng nghiệp gia cơng cơ khí…
-

Ưu, nhược điểm cơ bản

+ Ưu điểm:
Do khơng khí có khả năng chịu nén (đàn hồi) nên có thể nén và trích chứa trong
bình chứa với áp suất cao thuận lợi, xem như một kho chứa năng lượng.
Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ, khí nén sau
khi sinh cơng cơ học có thể thải ra ngồi mà khơng gây hại cho mơi trường;
Tốc độ truyền động cao, linh hoạt, dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác;
Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả;
+ Nhược điểm:
Công suất truyền động không lớn. Ở nhu cầu cơng suất truyền động lớn, chi phí
cho truyền động khí nén sẽ cao hơn 10-15 lần so với truyền động điện cùng cơng suất,
tuy nhiên kích thước và trọng lượng lại chỉ bằng 30% so với truyền động điện;
Khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền động ln có xu hướng thay đổi do khả

năng đàn hồi của khí nén khá lớn, vì vậy khả năng duy trì chuyển động thẳng đều hoặc
quay đều thường khó thực hiện.
Dịng khí nén được giải phóng ra mơi trường có thể gây tiếng ồn.
-

Cấu trúc của hệ thống khí nén (The structure of Pneumatic Systems):

Thường bao gồm các khối thiết bị sau:
+Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an tồn, các thiết bị xử lý khí
nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô,…)…
+Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo
chiều cơ cấu chấp hành.
+Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút.
-

Các phần tử của hệ thống khí nén:

+ Nguồn khí nén: Trong công nghiệp, theo quy mô sản xuất, người ta thường xây
dựng một vài trạm khí nén phục vụ sản xuất với các mục đích khác nhau. Hệ thống
khí nén muốn làm việc bền vững, liên tục, tin cậy thì nguồn khí nén phải được tăng
cường ổn định về áp suất, phun dầu bôi trơn cho các phần tử điều khiển, cơ cấu chấp
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

16


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

hành…, do đó cần được trang bị một loạt phần tử nối tiếp nhau như máy nén khí có
thể tích hành trình khơng đổi, bình tích áp, bộ lọc hơi nước, bộ tra dầu, van điều chỉnh
áp suất có cửa tràn, …
+ Thiết bị xử lý khí nén: Thiết bị sấy khơ bằng q trình hóa học, bộ lọc và thiết bị sấy
khơ bằng q trình vật lý, bộ điều hịa phục vụ.
+ Phân phối khí nén: Thường gồm một hệ thống các ống dẫn để phân phối khí nén tới
nơi yêu cầu.
+ Các cơ cấu chấp hành: Có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén
thành động năng.
2.6.2 Piston xilanh đẩy sản phẩm
Piston xylanh bao gồm piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất 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 thẳng hoặc chuyển động vịng khơng liên tục. Piston xylanh được dùng
rất phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về, xylanh khí
nén có kết cấu 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 cơng 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 có khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của khơng khí nên có thể trích chứa
khí nén rất thuận lợi, khơng khí dùng để nén hầu như có số lượng khơng giới hạn và
có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển.
- Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rị rỉ khơng khí nén ở hệ thống ống
dẫn, do đó khơng 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 phịng ngừa q áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy
hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
Phân loại Piston xylanh
Có thể chia ra làm 2 loại: xylanh tác động đơn và xylanh tác động kép.

a)
b)
Hình 1.5. Các loại xy lanh thông dụng.
a) Xylanh tác động đơn.
b) Xylanh tác động kép.
- Xylanh tác động đơn (xylanh tác động một chiều) (Hình 1.5.a). Áp lực khí
nén chỉ tác dụng vào một phía của xylanh, phía cịn lại là do ngoại lực hay do lò xo tác
dụng.
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

17


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

- Xylanh tác dụng kép (xylanh tác dụng hai chiều) (Hình 1.5.b). Áp suất khí
nén được dẫn vào hai phía của xylanh do yêu cầu điều khiển mà xylanh sẽ đi vào hay
đi ra tùy thuộc vào áp lực.
Lựa chọn piston xylanh dùng trong hệ thống
Do đặc điểm của xy lanh tác động nhanh, hành trình khơng lớn, cố định nên ta
chọn xy lanh tác dụng hai chiều sử dụng trong hệ thống. Xylanh tác động hai chiều
giúp hệ thống được điều khiển một cách hoàn toàn tự động và chính xác.
2.6.3 Van đảo chiều
Van đảo chiều khí nén là phần tử dùng để đóng, ngắt, đảo chiều dịng khí nén, thơng
qua đó mà thay đổi được hướng tác động của cơ cấu chấp hành khí nén.
+Van 2/2: Có hai cổng, vào (1) và ra (2), hai trạng thái, van 2/2 có thể sử dụng làm
khóa ON/OFF đóng mở nguồn khí nén hoặc rẽ mạch khí nén.

+Van 3/2: Có cổng làm việc vào (1), ra (2), cổng xả (3) và hai trạng thái.

+Van 4/2 có 4 cổng làm việc vào (1), ra (2,4), chung một cổng xả (3), hai trạng thái.
Van 4/2 được ghép bởi van 3/2 trong một vỏ: một thường đóng, một thường mở.
+Van 5/2 có 5 cổng làm việc, vào (1), ra (2,4), hai cửa xả riêng cho mỗi trạng thái
(3,5), có hai trạng thái.
Van 5/2 dùng làm van đảo chiều điều khiển xy-lanh tác động kép và động cơ.

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

18


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

+Van 5/3 có 3 trạng thái, trong đó trạng thái trung gian (mind-position) là trạng thái
ổn định và luôn được thiết lập bởi các lị xo hồi khi khơng có bất kỳ một tín hiệu điều
khiển nào. Người ta thường gọi đó là trạng thái khơng. Hai trạng thái còn lại được
thiết lập và cùng tồn tại bởi hai tín hiệu điều khiển tương ứng như đối với van 5/2 điều
khiển một phía.
Van đảo chiều sử dụng trong hệ thống
Trong mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm, ta sử dụng van đảo chiều 5/2.
2.6.4 Tính tốn xilanh
Tính xylanh. Chọn trong hộp cấp phơi có 4 phơi.

s

D

d

F

p1

Pmsmax

p2

Hình2.4 Xylanh và lực tác dụng lên xylanh
Thông số đầu vào:
Khối lượng lớn nhất của phôi: 5,5 kg
Hệ số ma sát giữa phôi và băng tải: f=0,3
Hành trình của piston: H = 100mm
Ta tính áp lực do cần piston tạo ra theo cơng thức:

F

p1D 2
.
4

trong đó:
D - đường kính của xylanh
p1 - áp suất làm việc
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

19


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

Áp suất trong khoang làm việc 6 - 8 bar
Áp suất khoang thốt khí tối thiểu 1,4 bar
 - hệ số hiệu dụng của xylanh.
Đa số xylanh khí nén làm việc chịu tải trọng động. Khi đó do tổn hao về ma sát,
do có tính đàn hồi của khí nén khi chịu tải thay đổi, do sức ỳ của Piston trước khi dịch
chuyển vì thế hệ số hiệu dụng giảm thường chọn  = 0,5.
Chọn sơ bộ áp suất làm việc của hệ thống là: p = 8 bar = 8 KG/cm2 = 8.105 N/m2

p1D2

F
4

Để piston di chuyển được thì:
trong đó :

≥ Fmsmax

p1D2

F
4
F - lực do xylanh tác dụng lên sản phẩm

D - đường kính xylanh
Fmsmax - lực ma sát lớn nhất do sản phẩm gây ra
 Xi lanh băng tải: đẩy một phôi
Fmsmax = f.Pmax.g
= 0,3.5,5.9,81 = 16,19 N

√

Đường kính D của xi – lanh: D ≥ 4 Fm smax = 7,1 mm
pµπ

 Xy lanh cấp phơi tự động: ống cấp phôi chứa 4 phôi
Fmsmax = f.4.Pmax.g
= 0,3.4.5,5.9,81 = 64,75 N

√

Đường kính D của xi – lanh: D≥ 4 F msmax = 14,4 mm
pµπ

Chọn theo tiêu chuẩn: D=20 mm.
Chọn được xylanh theo nhà sản xuất với D= 20 mm và hành trình S= 100mm.
Nên ta chọn được xy lanh CM2C20-100, hai tác động

SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

20


Đồ án Thiết kế hệ thống điện tử

GVHD: TS. NGUYỄN CHÍ HƯNG

Hình 2.5 Xy lanh CM2

Đặc tính kỹ thuật:

-

Tính tốn điều chỉnh.

Xy lanh khí nén CM2C20-100 có tốc độ piston 5-75 cm/s. Để xy lanh hoạt động
trơn chu không đẩy phôi quá mạnh ta chọn giới hạn tốc độ của piston là v1=54cm/
s.
SVTH: Đặng Xuân Hải – KT Cơ điện tử 02 – K58

21