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

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.
Tơi xin bày tỏ lịng 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 hồn 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
tơi hồn thành luận án này.
Xin cảm ơn các nhà Khoa học, các bạn tại Viện Ứng dụng Công nghệ, Bộ

Khoa học Cơng nghệ, Viện Nghiên cứu Cơ Khí, Bộ Cơng thƣơng… đã giúp đỡ tơi
hồn thành luận án này.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ sự kính trọng, biết ơn và lịng 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
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Cơng 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 cơng 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 phơi dạng phễu rung có đƣờng xoắn vít .............................. 7
1.1.2. Thiết bị cấp phơi 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 ngồi nƣớc ................................................. 11
1.4.1.Tình hình nghiên cứu nƣớc ngồi ........................................................... 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 TỐN 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 phơi ....................................................... 29
2.2.2. Các thơng số ảnh hƣởng đến q q 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 phơi ........................................................................................ 35
2.2.2. Phơi có các bề mặt là mặt trịn xoay trong và ngồi .............................. 36
2.2.3. Phơi có các bề mặt là mặt phẳng ........................................................... 37
2.2.4. Phơi có hình dạng phức tạp, tập hợp của các bề mặt tròn xoay trong,
ngồi, mặt phẳng và các bề mặt định hình. .............................................................. 38
2.3. Phân loại thiết bị cấp phôi dạng phễu rung.................................................... 40
2.4. Tính tốn thiết kế thiết bị cấp phơi dạng phễu rung. ..................................... 42
2.4.1. Tính tốn thiết kế các thơng số của thiết bị. .......................................... 42
2.4.1.1. Phân tích sản phẩm .......................................................................... 42
2.4.1.2. Chọn vật liệu làm phễu .................................................................... 42
2.4.1.3. Cân bằng năng suất của cơ cấu cấp phôi rung động ....................... 43
2.4.1.4. Xác định các thơng số hình học của phễu rung ............................... 43
2.4.1.5. Xác định kích thƣớc của đế máy rung ............................................. 45

2.4.1.6. Xác định thông số cho nhíp đàn hồi ................................................ 47
2.4.1.7. Xác định biên độ rung động ............................................................ 48
2.4.1.8. Tính nam châm điện ........................................................................ 50
2.4.1.9. Xác định kích thƣớc của giảm chấn cao su [3] ............................... 52

iv


2.4.2. Thiết kế cấu hình kênh phân loại ........................................................... 54
2.4.2.1.Phân tích đối tƣợng và yêu cầu định hƣớng ..................................... 54
2.4.2.2. Lựa chọn cấu hình hệ thống kênh phân loại .................................... 54
Kết luận chƣơng 2. ................................................................................................ 57
CHƢƠNG 3. MƠ HÌNH HĨA, KIỂM TRA VÀ XÁC NHẬN MÔ PHỎNG SỐ HỆ
THỐNG THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 59
3.1. Mơ hình hóa thiết bị cấp phơi dạng phễu rung .............................................. 59
3.1.1. Công cụ thực hiện mô hình hóa ............................................................. 59
3.1.2. Mơ hình hóa phễu rung .......................................................................... 60
3.1.2.1. Thơng số thiết kế phễu rung theo tính tốn (bảng 2.4) ................... 60
3.1.2.2. Quy trình thực hiện .......................................................................... 61
3.1.2.3. Kết quả............................................................................................. 61
3.1.3. Mơ hình hóa các chi tiết của nguồn rung ............................................... 62
3.1.3.1. Quy trình thực hiện .......................................................................... 62
3.1.3.2. Cơng cụ thiết kế và kết quả mơ hình hóa ........................................ 62
3.1.4. Lắp ráp hệ thống .................................................................................... 64
3.1.4.1. Quy trình lắp ráp .............................................................................. 64
3.1.4.2. Tiến hành lắp ráp ............................................................................. 64
3.1.4.3. Kết quả lắp ráp................................................................................. 66
3.2. Tự động hóa thiết kế bằng tham số sử dụng CATIA ..................................... 66
3.2.1. Xây dựng liên kết giữa các tham số bằng hàm số ................................. 66
3.2.1.1. Tham số cho phễu chứa ................................................................... 66

3.2.1.2. Tham số cho đế đỡ phễu chứa ......................................................... 67
3.2.1.3. Tham số cho đế trên nhíp đàn hồi ................................................... 67
3.2.1.4. Tham số cho nhíp đàn hồi ............................................................... 67
3.2.1.5. Tham số cho đế máy rung ............................................................... 67
3.2.2. Thiết kế theo tham số bằng phần mềm Catia......................................... 68
3.2.2.1. Sơ đồ q trình tự động hóa thiết kế bằng tham số ......................... 68
3.2.2.2. Quá trình thực hiện tham số hóa trong Catia................................... 68
v


3.3. Kiểm tra và xác nhận mơ hình số .................................................................. 70
3.3.1. Xác định tần số dao động riêng ............................................................. 70
3.3.1.1. Cơng cụ mơ phỏng số ...................................................................... 70
3.3.1.2. Quy trình mơ phỏng......................................................................... 71
3.3.1.3. Kết quả mô phỏng ........................................................................... 75
3.3.2. Xác định hệ số ma sát giữa phôi và phễu .............................................. 77
3.3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm đo: Máy đo VF. ................................................... 77
3.3.2.2. Phƣơng pháp đo lực ma sát trên máy VF ........................................ 77
3.3.2.3 Các số liệu trên máy VF ................................................................... 78
3.3.2.4. Thông số cơ bản của máy đo hệ số ma sát VF .............................. 78
3.3.2.5. Trình tự thí nghiệm: ...................................................................... 78
3.3.3.

Xác định tần số dao động của hệ thống ............................................ 79

3.3.3.1. Thiết bị Detector III của FAG ......................................................... 79
3.3.3.2. Thiết bị đo của Nacentech ............................................................... 81
3.3.4.
Xác định biên độ dao động và xây dựng hàm động học tƣơng đƣơng
hệ thống………………. ........................................................................................... 82

3.3.4.1. Sơ đồ và thiết bị đo .......................................................................... 83
3.3.4.2. Kết quả và xử lý số liệu ................................................................... 84
3.3.4.3. Xây dựng hàm động học tƣơng đƣơng cho chuyển động của phễu 84
3.4.Mô phỏng số thiết bị ....................................................................................... 87
3.4.1. Công cụ mô phỏng [42] ......................................................................... 87
3.4.2. Quy trình mơ phỏng trên MSC ADAMS ................................................ 88
3.4.2.1. Xác định nguyên lý làm việc của quá trình mơ phỏng .................... 88
3.4.2.2. Các thơng số thực hiện mô phỏng ................................................... 89
3.4.2.3. Kết quả mô phỏng trên MSC ADAMS ........................................... 90
Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................. 91
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 ....................................................................................................................... 92

vi


4.1. Đánh giá sự ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phơi 92
4.1.1. Trình tự thực hiện .................................................................................. 92
4.1.2. Xử lý số liệu và kết quả ......................................................................... 92
4.2. Đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến năng suất cấp phơi ...................... 96
4.2.1.

Quy trình thực hiện ........................................................................... 96

4.2.2.

Xử lý số liệu và kết quả .................................................................... 97

4.3. Tối ƣu hóa điện áp và góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phơi ...... 98

4.3.1.

Quy trình tối ƣu................................................................................. 99

4.3.2.

Các đại lƣợng đầu vào ...................................................................... 99

4.3.3.

Các đại lƣợng đầu ra ......................................................................... 99

4.3.4.

Các đại lƣợng cố định ....................................................................... 99

4.3.5.

Xây dựng quy hoạch thực nghiệm. ................................................. 100

4.3.5.1. Quy trình lấy số liệu mô phỏng số .............................................. 100
4.3.5.2. Số liệu mô phỏng số .................................................................... 100
4.3.5.3. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm [39,40,41] ............................. 102
4.3.5.4. Tìm hàm hồi quy ......................................................................... 104
4.3.5.5. Tối ƣu hóa hàm mục tiêu ............................................................ 105
4.3.6.

Thực nghiệm, kiểm tra và so sánh với mơ hình số ......................... 106

4.4 Tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng phơi đến năng suất cấp phơi ....................... 108

4.4.1.

Kết cấu và cấu hình hệ thơng điều hƣớng ...................................... 108

4.4.2.

Năng suất cấp phôi .......................................................................... 109

4.4.3.

Các đại lƣợng cố định ..................................................................... 110

4.4.4.

Mô phỏng số kết cấu điều hƣớng.................................................... 111

Kết luận chƣơng 4 ............................................................................................... 113
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 114
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................... 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 117
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 123

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 lị xo lá
Góc của lực qn tính và mặt phẳng nghiêng

mm
Nm

Hệ số ma sát giữa phơi và rãnh
Bƣớc xoắn
Mơ men xoắn

16
17
18
19
20


μs
t
T

21
22

Track

23
24


SUS 304

25

Vct

Phần mềm NX
Chiều dài lị 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 cơn bậc[3]. .................................................................. 41
Bảng 2. 4. Bảng thông của phễu rung cấp phôi ........................................................ 53

Bảng 2. 5. Đặc điểm của các bẫy đối với phôi là nắp chai vaccine ......................... 55
Bảng 3. 1. Thông số cơ bản của phễu phôi............................................................... 60
Bảng 3. 2. Thông số cơ bản của các chi tiết còn lại ................................................. 63
Bảng 3. 3. Thơng số đặc tính vật liệu đƣợc sử dụng ................................................ 72
Bảng 3. 4. Thông số hiệu chỉnh sensor ..................................................................... 79
Bảng 3. 5. Kết quả đo từ máy đo ma sát động.......................................................... 79
Bảng 3. 6. Bảng thông số thiết bị đo của hãng FAG ................................................ 80
Bảng 3. 7. Bảng thông số và thiết bị đo của NACENTECH .................................... 82
Bảng 3. 8. Bảng thông số thiết bị đo VIBROPOST 80 ............................................ 83
Bảng 3. 9. Bảng giá trị biên độ tịnh tiến, góc xoay và hàm động học tƣơng
đƣơngxác định bằng thực nghiệm ............................................................................ 87
Bảng 3. 10. Thông số vật liệu ................................................................................... 89
Bảng 4. 1. Kết quả mô phỏng ................................................................................... 95
Bảng 4. 2. Vận tốc của phôi phụ thuộc vào điện áp ................................................. 97
Bảng 4. 3. Kết quả mô phỏng ................................................................................. 102
Bảng 4. 4. Bảng giá trị hệ số của hàm hồi quy ....................................................... 105
Bảng 4. 5. Giá trị vận tốc xác định bằng thực nghiệm ........................................... 106
Bảng 4. 6. Vận tốc của phôi xác định bằng mô phỏng số ...................................... 106
Bảng 4. 7. Bảng so sánh vận tốc bằng thực nghiệm và bằng mô phỏng số ........... 107
Bảng 4. 8. Các cấu hình điều hƣớng....................................................................... 109

ix


Bảng 4. 9. Kết quả mô phỏng đánh giá các cấu hình điều hƣớng sau 30s đầu tiên 112
Bảng 4. 10. Kết quả mô phỏng đánh giá tổng thời gian cấp phôi ......................... 112

x

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1.Cơ cấu cấp phơi rung sử dụng bánh lệch tâm [3] ....................................... 7
Hình 1. 2. Cơ cấu cấp phơi 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 lị 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 phơi rung động thẳng ............................................................ 10
Hình 1. 7. Kết quả thực nghiệm với một phơi duy nhất[6] ...................................... 12
Hình 1. 8. Kết quả thực nghiệm với 200, 400, 800 phôi .......................................... 13
Hình 1. 9. Mơ hình phân tích lực của phễu cấp phơi rung ....................................... 13
Hình 1. 10. So sánh chuyển vị theo phƣơng X của phôi giữa lý thuyết và mơ phỏng
số ............................................................................................................................... 13
Hình 1. 11. Mối quan hệ giữa biên độ rung và tốc độ di chuyển của phơi .............. 14
Hình 1. 12. Sáu trạng thái của phơi khi thực nghiệm ............................................... 15
Hình 1. 13. Kết quả với phơi theo chiều nằm (LT) .................................................. 15
Hình 1. 14. Kết quả với phơi theo chiều đứng (UT) ................................................ 15
Hình 1. 15. Kết quả với phôi theo chiều ngang (CT) ............................................... 16
Hình 1. 16. Kết quả mơ 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 mơ hình số ..................................... 18
Hình 1. 20. Ảnh hƣởng của tần số rung đến dịch chuyển của khối.......................... 18
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 mơi trƣờng số ........................................... 19
Hình 1. 23. Tần số dao động riêng xác nhận bằng thực nghiệm .............................. 20
Hình 1. 24. Sự phụ thuộc của vận tốc phơi 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. Mơ hình thực nghiệm ............................................................................ 21
Hình 1. 27. Biểu đồ Bode ......................................................................................... 22
Hình 1. 28. Mơ 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 phơi theo phƣơng Z ...................................................... 24
Hình 1. 34. Lực tác dụng khi phơi 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 dịng 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 phơi rung dạng phễu có máng dẫn dạng xoắn vít[3], [4],[23]
.................................................................................................................................. 29
Hình 2. 2. Sơ đồ lực tác dụng lên phơi 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 phơi[4]
.................................................................................................................................. 32
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 phơi [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] ................. 35
Hình 2. 9. Cơ cấu định hƣớng cho phơi đáy phẳng[3] ............................................. 38
Hình 2. 10. Cơ cấu định hƣớng cho phơi trịn đáy phẳng[3] .................................... 39

Hình 2. 11. Cơ cấu định hƣớng cho phơi dạng trụ trịn[3] ....................................... 39
Hình 2. 12. Cơ cấu định hƣớng cho phôi dạng trụ trơn[3] ....................................... 39
Hình 2. 13. Kích thƣớc của phễu trụ thẳng ............................................................. 40
Hình 2. 14. Kích thƣớc của phễu cơn bậc ............................................................... 41
Hình 2. 15. Hình dạng và kích thƣớc của nắp chai vaccine .................................... 42
Hình 2. 16. Thơng số hình học của phễu rung ......................................................... 44
Hình 2. 17. Chuyển động của phơi bị ném lên ......................................................... 48
Hình 2. 18. Lực tác dụng lên lò xo lá [3] ................................................................. 50

xii


Hình 2. 19. Hình dạng và kích thƣớc của nắp chai vaccine ..................................... 54
Hình 2. 20. Trạng thái phơi trƣớc định hƣớng và trạng thái phơi u cầu ............... 54
Hình 2. 21. Hệ thống kênh phân loại cho phôi dạng (a) vành khăn và (b) trụ bậc đặc
.................................................................................................................................. 54
Hình 2. 22. Cấu hình hệ thống kênh phân loại cho nắp chai vaccine....................... 57
Hình 3.1. Hệ thống cấp nắp chai vaccine ................................................................. 60
Hình 3. 2. Phễu rung cấp nắp chai cao su ................................................................. 60
Hình 3. 3. Q trình thực hiện mơ hình hóa phễu rung ............................................ 61
Hình 3. 4. Mơ hình hóa phễu rung............................................................................ 61
Hình 3.5. Các bƣớc mơ hình hóa các chi tiết của nguồn rung ................................. 62
Hình 3.6. Đế gá phễu rung........................................................................................ 63
Hình 3.7. Đế trên lị xo lá ......................................................................................... 63
Hình 3.8. Lị xo lá ..................................................................................................... 63
Hình 3.9. Đế máy...................................................................................................... 63
Hình 3.10. Tấm giảm chấn ....................................................................................... 63
Hình 3.11. Các bƣớc lắp ráp hệ thống ...................................................................... 64
Hình 3.12. Phễu rung và đế gá ................................................................................. 64
Hình 3.13. Cụm phễu rung ....................................................................................... 65

Hình 3.14. Cụm nguồn rung ..................................................................................... 65
Hình 3.15. Cụm điều khiển....................................................................................... 65
Hình 3.16. Kết quả lắp ráp hệ thống rung cấp nắp chai vaccine .............................. 66
Hình 3. 17. Quy trình tham số hóa ........................................................................... 68
Hình 3. 18. Q trình đƣa liên kết tham số từ Exel vào Catia.................................. 69
Hình 3. 19. Cây thƣ mục các hàm số của từng tham số ........................................... 70
Hình 3. 20. Quy trình phân tích hình thái trên Ansys Workbench ........................... 71
Hình 3. 21. Module Modal ...................................................................................... 71
Hình 3. 22. Tên vật liệu đƣợc khởi tạo .................................................................... 72
Hình 3. 23. Cây thƣ mục toolbox ............................................................................. 72
Hình 3. 24. Thơng số vật liệu SUS 304 .................................................................... 73
Hình 3. 25. Cây thƣ mục Geometry ......................................................................... 73
Hình 3. 26. Gán vật liệu cho phễu rung cấp phơi ..................................................... 73
Hình 3. 27.Gán liên kết đế gá phễu và đế trên lị xo lá ............................................ 74
Hình 3. 28. Mơ hình phần tử .................................................................................... 74
xiii


Hình 3. 29. Ngàm đế dƣới lị xo lá ........................................................................... 75
Hình 3. 30. Thiết lập các Mode và phạm vi phân tích ............................................. 75
Hình 3. 31. Bảng giá trị các tần số dao động riêng cơ bản ....................................... 76
Hình 3. 32. Hình thái chuyển động tại các tần số dao động riêng cơ bản ................ 76
Hình 3. 33. Máy đo hệ số ma sát trƣợt VF ............................................................... 77
Hình 3. 34. Mẫu thử và thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa cao su và SUS304 . 78
Hình 3. 35. Thiết bị đo dao động theo phƣơng ngang bằng thiết bị hãng FAG ....... 79
Hình 3. 36. Thiết bị đo dao động theo phƣơng thẳng đứng ..................................... 80
Hình 3. 37. Kết quả đƣợc xử lý trên phần mềm Trendline....................................... 81
Hình 3. 38. Thiết đo của Viện ứng dụng công nghệ (Nacentech) ............................ 81
Hình 3. 39. Kết quả đo đƣợc xử lý trên phần mềm của NI ...................................... 82
Hình 3. 40. Thiết bị đo VIBROPOST 80 ................................................................. 83

Hình 3. 41. Kết quả đo đƣợc xử lý trên phần mềm ReX .......................................... 84
Hình 3. 42. Quy trình xây dựng hàm động học tƣơng đƣơng cho phễu ................... 85
Hình 3. 43. Sơ đồ tính góc xoay ............................................................................... 86
Hình 3. 44. Quy trình mơ phỏng trên MSC ADAMS .............................................. 88
Hình 3. 45. Giao diện gán các thông số về vật liệu trên MSC ADAMS .................. 89
Hình 3. 46. Giao diện gắn liên kết giữa phễu và phơi .............................................. 90
Hình 3. 47. Cửa sổ Function Builder để gắn hàm động học ................................... 90
Hình 3. 48. So sánh giá trị vận tốc mô phỏng và vận tốc trên mơ hình thực .......... 91
Hình 4. 1. Quy trình tìm giá trị góc nghiêng rãnh xoắn tối ƣu bằng mơ phỏng ....... 93
Hình 4. 2. Tham số hóa giá trị trong CATIA ........................................................... 94
Hình 4. 3. Biểu đồ vị trí theo thời gian trong MSC ADAMS .................................. 94
Hình 4. 4. Sơ đồ tính vận tốc bằng mơ phỏng số ..................................................... 94
Hình 4. 5. Đồ thị sự phụ thuộc giá trị vận tốc – góc nghiêng rãnh xoắn với điện áp
160V ......................................................................................................................... 96
Hình 4. 6. Các bƣớc đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến vận tốc phôi ............. 96
Hình 4. 7. Đồ thị vận tốc phụ thuộc vào điện áp với góc nghiêng rãnh xoắn 2,50 .. 97
Hình 4. 8. Sơ đồ tối ƣu hóa ....................................................................................... 99
Hình 4. 9. Quy trình lấy số liệu mơ phỏng ............................................................. 101
Hình 4. 10. Biểu đồ các điểm rời rạc từ số liệu thực nghiệm ................................. 102
Hình 4. 11. Kết quả tìm hàm hồi quy trên MATLAB ............................................ 104
Hình 4. 12. Đồ thị kết quả tối ƣu ............................................................................ 105
xiv


Hình 4. 13. Biểu đồ vận tốc phụ thuộc vào điện áp với góc nghiêng 1,30 ............ 107
Hình 4. 14. Quy trình tối ƣu hóa cơ cấu điều hƣớng .............................................. 108
Hình 4. 15. Ba bẫy và các tham số hình học ảnh hƣởng đến chức năng của chúng
................................................................................................................................ 109
Hình 4. 16. Trạng thái phôi trƣớc định hƣớng và định hƣớng phơi u cầu .......... 110
Hình 4. 17. Q trình mơ phỏng số đánh giá cấu hình điều hƣớng........................ 111

Hình 4. 18. Cơ cấu điều hƣớng thiết bị cấp phôi dạng rung .................................. 112

xv


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong sản xuất hiện đại ngày nay, các công đoạn nhƣ gia cơng, 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 phơi liệu cho q trình trên là cần thiết. Đến nay,
đã có nhiều loại thiết bị phục vụ cho quá trình cấp phơi 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 phơi cơ bản sau đây:
cấp phôi dạng cuộn, cấp phôi dạng thanh hoặc tấm, cấp phơi dạng lỏng, bột, khí,
cấp phơi dạng rời từng chiếc.
Mỗi kiểu cấp phơi 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 phơi 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 phơi trên khơng phù hợp cho các loại
phơi 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 mơi 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, giá thuê nhân công lao động rẻ nên hệ thống ít
đƣợc sử dụng tại các nhà máy trong nƣớc mà 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 cơng nhân hiện nay thấp, nhất là
những cơng 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 thơng qua các lị 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. Thơng thƣờng, đó là các lực dọc
trục theo phƣơng thẳng đứng hoặc lực pháp tuyến giữa đế và phễu theo phƣơng
pháp tuyến với 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 của phôi 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 trở lại máng.
Trong quá trình nhảy lên và rơi xuống này, chuyển động tịnh tiến đƣợc hình thành
và phơi di chuyển lên phía trƣớc một khoảng so với vị trí cũ trên máng.

Việc tính tốn, thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cho sản phẩm là nắp 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 phơi khác nhau, địi hỏi thay đổi thiết kế phù
hợp nhằm tối ƣu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống cấp phôi.
Thiết kế thiết bị rung cấp phơi 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. Do vậy, cần
giảm thiểu thời gian thiết kế, chế tạo nhờ khai thác các cơng cụ số hỗ trợ q trình
thiết kế, mơ phỏng thay cho thử nghiệm trên mơ hình thực
Hiện nay một phƣơng pháp thiết kế đƣợc áp dụng cho số đơng bài tốn 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 tốn (phễu,
có cấu điều hƣớng, lị xo lá…). Kết quả của q trình này là các thông số thiết kế
của một thiết bị cấp phôi dạng rung động đƣợc đƣa ra.

2


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
lên phƣơng án các giải pháp thiết kế đƣợc đƣa ra và có thể tính tốn đến chi phí chế
tạo. Các quy trình cơng nghệ và phƣơng án gia cơng đƣợc đƣa ra trong q 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 tốn (phễu, có cấu điều hƣớng,
lị xo lá…). Kết quả của q trình này là một hệ thống cấp phơi tự động theo ngun

lý kích rung đƣợc hình thành.
Đây là một hệ thống thích hợp, ngồi ghép nối về mặt cơ học mà còn phải làm
việc ở chế độ cộng hƣởng. Do đó phải điều chỉnh các thơng số động lực học để nó
làm việc ở chế độ cộng hƣởng. Q 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 phơi 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 phơi từ
đó chỉ ra các đặc điểm về thơng số kết cấu và ảnh hƣởng của nó đến quá trình cấp
phơi, qua đó đƣa ra đƣợc phƣơng án và qui trình thiết kế, kiểm định cho chế tạo cho
loại phơi 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 q trình di chuyển của phơi
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 tốn hệ thống cấp phơi tự động dạng xoắn
vít theo ngun 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 mơ hình thiết bị trong mơi trƣờng số nhằm thử, xác nhận ứng
xử của phôi và kết cấu phễu rung cấp phơi.
- 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 tốn thiết kế hệ thống cấp phôi tự động
theo nguyên lý rung động
- Mơ 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 phơi, từ đó xác định đƣợc mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án.
- Nghiên cứu mô phỏng: Dựa vào kết quả tính tốn thiết kế hệ thống mơ hình
hóa và mơ phỏng. Mơ hình mơ 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 mơ
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 phơi 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 mơ 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
phơi. 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 phơi từ đó chỉ ra đặc
điểm của thơng 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 cơng nghệ : điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn và vận tốc (năng suất) cấp phôi
đồng thời đã xác định đƣợc vận tốc cấp phơi 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 phơi 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 phơi theo ngun 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 mơ 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 mơ phỏng số để tối ƣu hóa q 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 q 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 phơi rung dạng phễu có máng dẫn hình xoắn vít đƣợc sử dụng
cấp các loại phơi 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]
-

Phơi có bề mặt phẳng (vịng đệm, nút chai cao su, tấm…) các phơi này trƣợt

-

trên máng dẫn khi di chuyển.
Phơi hình trụ. Các phơi này có thể trƣợt hoặc lăn trên máng dẫn

-

Phơi hình cầu hoặc hình trụ có bán kính cầu ở đầu, các phôi này thƣờng lăn
khi di chuyển trên máng dẫn.

Các loại phơi 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 phơi di chuyển theo máng dẫn dạng xoắn vít 3. Khi phơi 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. Phơi 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 phơi rung có nam châm điện [3]

Hình 1.2 là cơ cấu cấp phơi 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. Q
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 lị xo lá [3]: góc α càng lớn thì lực tác dụng P1 càng lớn và ngƣợc lại. Các lực

8