(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.66 MB, 77 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót
chai tự động
Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
Người duyệt: TS. NGÔ THANH NGHỊ
Sinh viên thực hiện: HOÀNG VĂN DUY
HOÀNG ANH TUẤN
Số thẻ sinh viên
: 101150161
101150194
Lớp: 15CDT1
Đà Nẵng, 12/2019
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
- Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Duy
MSSV: 101150161
Lớp: 15CDT1
Hoàng Anh Tuấn
Lớp: 15CDT1
MSSV: 101150194
- GV hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
- GV duyệt:
TS. Ngô Thanh Nghị
1. Nhu cầu thực tế đề tài:
- Xã hội ngày càng phát triển, đời sống người dân ngày càng được cải thiện. Do đó
nhu cầu ăn uống của người dân củng ngày càng được nâng cao. Chính vì vậy mà những
năm gần đây nhu cầu sử dụng các loại thực phẩm đóng gói, nước uống đóng chai (như
cocacola, pepsi, trà xanh, nước ép trái cây,...) ngày càng tăng lên đáng kể, không chỉ vậy
trong các lĩnh vực cơng nghiệp, y tế,… cũng cần có những sản phẩm chứa trong bình,
chai, lọ,… do đó sự ra đời và phát triển của ngành công nghiệp chiết rót chai tự động là
điều tất yếu.
- Hệ thống chiết rót chai tự động là chiết một thể tích nhất định chất lỏng và rót vào
các chai, bình, lọ,... Các hệ thống, máy chiết rót tự động được sử dụng nhiều trong
ngành công nghiệp thực phẩm. Ngành công nghiệp yêu cầu năng suất cao, nghiêm ngặt
về vệ sinh an toàn thực phẩm. Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ có
cấu tạo và cách hoạt động khác nhau.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động.
- Nghiên cứu và ứng dụng lập trình PLC điều khiển tự động hệ thống.
- Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm thiết kế cơ khí, điện và khí nén ứng dụng
vào việc thiết kế và chế tạo mơ hình có khả năng ứng dụng thực tế.
- Xây dựng hệ thống có thể cho phép lựa chọn các thơng số theo u cầu thực tiễn với
độ chính xác cho phép.
- Ứng dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu bên ngồi vào việc thiết kế và chế
tạo hệ thống.
3. Nội dung đề tài đã được thực hiện:
- Số trang thuyết minh: 70 trang
- Số bản vẽ: 5 bản vẽ A0
- Mơ hình: 1
4. Kết quả đạt được:
- Phần lý thuyết:
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
i
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
+ Thiết kế cơ khí hệ thống bằng phần mềm Solidwork.
+ Lập trình điều khiển hệ thống bằng phần mềm STEP 7 MICRO/WIN.
+ Lý thuyết về bộ điều khiển PLC, động cơ DC giảm tốc, xy lanh khí nén, rơ-le, van
điện từ khí nén.
+ Nghiên cứu, tìm hiểu và điều khiển các cơ cấu xy lanh khí nén.
- Phần tính tốn, thiết kế:
+ Thiết kế và chế tạo phần cơ khí.
+ Thiết kế và thi cơng các mạch điền khiển.
+ Đã chế tạo thành cơng mơ hình hoạt động tương đối ổn định.
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
ii
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: HOÀNG VĂN DUY
Số thẻ sinh viên: 101150161
HOÀNG ANH TUẤN
Số thẻ sinh viên: 101150194
Lớp:15CDT1
Khoa: Cơ Khí
Ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử
1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Tham khảo tài liệu thực tế
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Chương 1: Tổng quan về đề tài.
Chương 2: Tính tốn và thiết kế hệ thống cơ khí.
Chương 3: Tính tốn và thiết kế hệ thống điều khiển.
Chương 4: Kết luận.
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
Bản vẽ tổng thể hệ thống: 1 A0
Bản vẽ sơ đồ động : 1 A0
Bản vẽ sơ đồ mạch điện: 1 A0
Bản vẽ lưu đồ thuật toán: 1 A0
Bản vẽ các cụm chi tiết: 1 A0
6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
25/08/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án:
15/12/2019
Trưởng Bộ môn ……………………..
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 08 năm 2019
Người hướng dẫn
TS. Đặng Phước Vinh
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
iii
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
LỜI NĨI ĐẦU
Trong q trình cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa, tự động hóa là một nhân tố đóng
vai trị quan trọng. Nhờ có tự động hóa trong công nghiệp, các nhà máy đã và đang trở
nên hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lượng, nguyên vật liệu và nguồn nhân lực.
Tự động hóa trong cơng nghiệp là việc sử dụng các hệ thống quản lý như máy tính,
robot và cơng nghệ thơng tin để điều khiển các loại máy móc và quy trình sản xuất
khác nhau trong cơng nghiệp. Sau cơ khí hóa, tự động hóa chính là bước thứ hai trong
trong q trình cơng nghiệp hóa.
Ngày nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm đóng gói, đóng chai ngày càng phổ biến.
Để đạt được hiểu quả cao trong việc sản xuất các sản phầm này thì khơng thể thiếu các
dây chuyền, hệ thống sản xuất tự động. Các hệ thống này thường được điều khiển bởi
bộ lập trình PLC, là bộ lập trình được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong
công nghiệp bởi những tính năng ưu việt của nó. Với các tiêu chuẩn cơng nghiệp cao
và khả năng lập trình logic mạnh, PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều
khiển tự động hóa. Vì vậy trong phạm vi hiểu biết của mình nhóm đã lựa chọn đề tài
“ Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động”.
Trong quá trình thực hiện đồ án cùng với sự nỗ lực của bản thân và áp dụng những
kiến thức được trang bị ở trường, chúng em đã có nhiều cố gắng để hoàn thành tốt nhất
đồ án này. Tuy nhiên do kiến thức và khả năng cịn có hạn nên khó tránh khỏi những
thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và giúp đỡ chân thành của
các thầy cơ khoa Cơ khí cũng như của các bạn sinh viên để đồ án được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Đặng Phước Vinh đã tận tình hướng dẫn
và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.
Đà Nẵng, ngày 15 tháng 12 năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện
Hồng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
iv
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong đồ án này là do chúng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực
tiếp của thầy giáo TS. Đặng Phước Vinh.
Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng
trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối, chúng tôi xin
chịu hồn tồn trách nhiệm.
Nhóm sinh viên thực hiện
Hồng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
v
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................ i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ....................................................................... iii
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................... iv
CAM ĐOAN ............................................................................................................... v
MỤC LỤC ................................................................................................................. vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ..................................................................viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG.............................................................. 2
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa.......................................................... 2
1.1.1. Tổng quan ................................................................................................... 2
1.1.2. Đặc điểm và phân loại ................................................................................. 3
1.1.3. Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa ................................................... 4
1.2. Hệ thống chiết rót chai tự động .......................................................................... 6
1.2.1. Giới thiệu chung .......................................................................................... 6
1.2.2. Đặc điểm ..................................................................................................... 7
1.3. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 8
1.4. Cấu trúc đồ án.................................................................................................... 9
Chương 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ .......................... 11
2.1. Kết cấu của hệ thống........................................................................................ 11
2.2. Băng tải ........................................................................................................... 12
2.3. Cơ cấu bơm nước............................................................................................. 18
2.3.1. Tính chọn động cơ bơm nước .................................................................... 18
2.3.2. Tính chọn xy lanh khí nén ......................................................................... 19
2.4. Mâm xoay........................................................................................................ 21
2.5. Cơ cấu cấp nắp tự động.................................................................................... 23
2.6. Cơ cấu đóng và vặn nắp chai ........................................................................... 27
2.7. Cơ cấu đẩy và gắp chai .................................................................................... 29
2.8. Cơ cấu đẩy thùng ............................................................................................. 31
2.9. Hệ thống cơ khí ............................................................................................... 32
Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ................. 35
3.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thống .......................................................................... 35
3.2. Thiết bị đầu vào và ra ...................................................................................... 35
3.2.1. Tính tốn và lựa chọn thiết bị .................................................................... 35
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
vi
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
3.2.2. Cảm biến khoảng cách hồng ngoại E18-D80NK ........................................ 39
3.2.3. Cảm biến KEYENCE LR – ZB100N ......................................................... 40
3.2.4. Van điện từ khí nén Airtac 4V210 – 08 ..................................................... 41
3.2.5. Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân dẹt OMRON ............................................. 43
3.3. Bộ điều khiển lập trình PLC ............................................................................ 45
3.3.1. Giới thiệu .................................................................................................. 45
3.3.2. Điều khiển dùng PLC ................................................................................ 46
3.3.3. Lựa chọn bộ điều khiển lập trình PLC ....................................................... 47
3.3.3. PLC Simens S7-200 CPU 224 DC/DC/DC ................................................ 48
3.4. Sơ đồ điện hệ thống điều khiển ........................................................................ 53
3.5. Lưu đồ thuật toán............................................................................................. 54
Chương 4: KẾT LUẬN............................................................................................ 58
4.1. Kết quả đạt được.............................................................................................. 58
4.2. Hạn chế ........................................................................................................... 58
4.3. Hướng phát triển .............................................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 59
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 61
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
vii
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 2. 1: Góc mái một số dạng vật liệu di chuyển. .............................................. 14
Bảng 2. 2: Hệ số dốc băng tải. ............................................................................... 15
Bảng 2. 3: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc JGB 37 – 520......................... 16
Bảng 2. 4: Thông số động cơ bơm nước DC 385. .................................................. 19
Bảng 2. 5: Thông số kỹ thuật xy lanh 1 và 2. ......................................................... 21
Bảng 2. 6: Thông số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc ZHENG ZS-RI179i. .............. 23
Bảng 2. 7: Thông số kỹ thuật xy lanh chặn. ........................................................... 23
Bảng 2. 8: Thông số kỹ thuật của lị xo. ................................................................. 25
Bảng 2. 9: Thơng số kỹ thuật động cơ DC giảm tốc GM37. ................................... 29
Bảng 2. 10: Thông số kỹ thuật xy lanh 4 và 5. ....................................................... 29
Bảng 2. 11: Thông số kỹ thuật xy lanh 6, 7, 8, 9. ................................................... 31
Bảng 2. 12: Thông số kỹ thuật xy lanh 10. ............................................................. 32
Bảng 3. 1: Thông số kỹ thuật cảm biến khoảng cách hồng ngoại E18-D80NK....... 40
Bảng 3. 2: Thông số kỹ thuật cảm biến KEYENCE LR – ZB100N........................ 41
Bảng 3. 3: Thông số kỹ thuật van điện từ khí nén Airtac 4V210 -08. ..................... 43
Bảng 3. 4: Thông số kỹ thuật Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân OMRON. ................ 44
Bảng 3. 5: So sánh phương pháp điều khiển PLC và Rơ-le. ................................... 45
Bảng 3. 6: So sánh PLC Mitsubishi và Siemen. ..................................................... 47
Bảng 3. 7: Thông số kỹ thuật của PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC. ................... 49
Hình 1. 1: Tự động hóa trong sản xuất. .................................................................... 2
Hình 1. 2: Bộ điều khiển PID vịng lặp khép kín có dịng phản hồi. ......................... 4
Hình 1. 3: Hệ thống chiết rót đóng chai tự động cơng ty VERALL. ......................... 7
Hình 1. 4: Dây chuyền sản xuất hiện đại đạt tiêu chuẩn châu Âu của Satori............. 9
Hình 2. 1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống. ...................................................... 11
Hình 2. 2: Sắt V lỗ ................................................................................................. 12
Hình 2. 3: Băng tải PVC ........................................................................................ 13
Hình 2. 4: Động cơ DC giảm tốc JGB37 – 520. ..................................................... 16
Hình 2. 5: Cấu tạo của băng tải. ............................................................................. 17
Hình 2. 6: Động cơ bơm nước DC 385. ................................................................. 19
Hình 2. 7: Cấu tạo xy lanh loại 1 chiều. ................................................................. 20
Hình 2. 8: Xy lanh khí nén hãng Airtac.................................................................. 20
Hình 2. 9: Cấu tạo cơ cấu bơm nước. ..................................................................... 21
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
viii
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
Hình 2. 10: Cấu tạo cơ cấu mâm xoay. .................................................................. 22
Hình 2. 11: Cấu tạo cơ cấu chặn mâm xoay. .......................................................... 23
Hình 2. 12: Cấu tạo cơ cấu cấp nắp........................................................................ 24
Hình 2. 13: Thơng số kỹ thuật của lị xo. ............................................................... 25
Hình 2. 14: Thanh gạt nắp chai. ............................................................................. 25
Hình 2. 15: Cấu tạo cơ cấu cấp phơi (nắp) tự động. ............................................... 26
Hình 2. 16: Cơ cấu đóng và vặn nắp chai. .............................................................. 28
Hình 2. 17: Đầu vặn nắp chai................................................................................. 28
Hình 2. 18: Xy lanh đơi TN16X40 – S................................................................... 29
Hình 2. 19: Cơ cấu đẩy và gắp chai. ...................................................................... 30
Hình 2. 20: Cấu tạo cơ cấu đẩy thùng. ................................................................... 31
Hình 2. 21: Hệ thống cơ khí. .................................................................................. 32
Hình 2. 22: Mơ hình thực tế. .................................................................................. 33
Hình 3. 1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống. .............................................................. 35
Hình 3. 2: Cảm biến quang .................................................................................... 36
Hình 3. 3: Cơ chế hoạt động của Rơ-le trung gian (tiếp điểm). .............................. 38
Hình 3. 4: Cảm biến khoảng cách hồng ngoại E18-D80NK. .................................. 39
Hình 3. 5: Cảm biến KEYENCE LR – ZB100N. ................................................... 40
Hình 3. 6: Cấu tạo và ký hiệu của van điện từ khí nén 5/2...................................... 41
Hình 3. 7: Van điện từ khí nén Airtac 4V210 – 08. ................................................ 43
Hình 3. 8: Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân dẹt OMRON. ........................................ 43
Hình 3. 9: Sơ đồ điều khiển PLC. .......................................................................... 46
Hình 3. 10: Bộ lập trình PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC. ................................. 48
Hình 3. 11: Sơ đồ chân giao tiếp CPU 224 DC/DC/DC ......................................... 49
Hình 3. 12: Sơ đồ kết nối RS – 232/PPI. ................................................................ 51
Hình 3. 13: Sơ đồ chân cổng truyền thơng. ............................................................ 51
Hình 3. 14: Giao diện phần mềm STEP 7-MICRO/WIN. ....................................... 52
Hình 3. 15: Sơ đồ điện hệ thống điều khiển. .......................................................... 53
Hình 3. 16: Sơ đồ chân I/O. ................................................................................... 53
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
ix
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
MỞ ĐẦU
Mục đích: Thiết kế chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động nhằm ứng dụng hệ thống
tự động hóa vào trong cơng nghiệp, nó sẽ làm tăng năng suất và tránh nhưng sai sót có
thể xảy ra trong quá trình sản xuất.
Mục tiêu đề tài: Thực hành các kiến thức về thiết kế cơ khí, gia cơng cơ khí, lập
trình điều khiển PLC,… đã học trong thời gian qua vào thực tế, nhằm củng cố lại kiến
thức hỗ trợ cho việc đi làm sau này.
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
a) Phạm vi: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động.
Hệ thống bao gồm những phần chính như: băng tải, cơ cấu bơm nước, mâm xoay, cơ
cấu cấp nắp tự động, cơ cấu vặn nắp, cơ cấu gắp chai, cơ cấu đẩy thùng.
b) Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống sản xuất tự động, bộ lập trình điều khiển PLC.
c) Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm sản xuất và lập trình điều khiển hệ
thống.
d) Nghiên cứu thiết kế: Tính tốn, thiết kế cơ cấu cơ khí, lập trình điều khiển.
e) Chế tạo: Dựa vào kết quả tính tốn và thiết kế sau đó tiến hành thi cơng chế tạo
mơ hình.
Thuyết minh gồm có 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về đề tài.
Chương 2: Tính tốn và thiết kế hệ thống cơ khí.
Chương 3: Tính tốn và thiết kế hệ thống điều khiển.
Chương 4: Kết luận.
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
1
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa
1.1.1. Tổng quan
- Tự động hóa hoặc điều khiển tự động, là việc sử dụng nhiều hệ thống điều khiển
cho các thiết bị hoạt động như máy móc, xử lý tại các nhà máy, nồi hơi, lò xử lý nhiệt,
chuyển mạch trong mạng điện thoại, chỉ đạo và ổn định của tàu, máy bay và các ứng
dụng khác với sự can thiệp của con người là tối thiểu hoặc giảm. Một số quy trình đã
được hồn tồn tự động.
Hình 1. 1: Tự động hóa trong sản xuất.
- Lợi ích lớn nhất của tự động hóa là nó tiết kiệm lao động, ngồi ra nó cũng được
sử dụng để tiết kiệm năng lượng, nguyên vật liệu và nâng cao chất lượng với độ chính
xác cao.
- Thuật ngữ "tự động hóa", lấy cảm hứng từ các máy tự động, chưa được sử dụng
rộng rãi trước năm 1947, khi Ford thành lập một bộ phận tự động hóa. Trong thời gian
này ngành cơng nghiệp đã được áp dụng nhanh chóng điều khiển phản hồi, mà đã
được giới thiệu trong những năm 1930.
- Tự động hóa đã được thực hiện bằng những phương tiện khác nhau bao gồm cơ
khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính. Các hệ thống phức tạp như các nhà
máy hiện đại, máy bay và tàu thường kết hợp chúng với nhau.
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
2
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
- Hệ thống tự động hóa đang ngày càng thể hiện được vai trị quan trọng của mình
trong các q trình chế tạo, sản xuất, lắp ráp, đóng gói và kiểm tra sản phẩm trong các
nhà máy hiện đại.
1.1.2. Đặc điểm và phân loại
a) Đặc điểm
- Các ưu điểm chính của tự động hóa là:
+ Tăng thơng lượng, năng suất.
+ Cải thiện chất lượng sản phẩm.
+ Cải thiện thống nhất quy trình hay sản phẩm.
+ Tăng tính nhất qn của đầu ra.
+ Giảm chi phí nhân cơng.
- Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để nâng cao năng suất, chất
lượng:
+ Cài đặt tự động hóa trong các hoạt động để giảm thời gian chu kỳ.
+ Cài đặt tự động với một mức độ chính xác cao là cần thiết.
+ Thay thế công việc khai thác của con người trong các cơng việc có liên quan đến
thể chất hay đơn điệu cứng.
+ Thay thế con người trong công việc thực hiện trong môi trường nguy hiểm
(nhiệt độ cao, hóa chất, núi lửa, cơ sở hạt nhân, dưới nước,…).
+ Thực hiện nhiệm vụ vượt quá khả năng của con người về kích thước, trọng
lượng, tốc độ, sức chịu đựng,…
+ Cải thiện kinh tế: Tự động hóa có thể cải thiện kinh tế của các doanh nghiệp, xã
hội. Ví dụ, khi một doanh nghiệp đầu tư tự động hóa, cơng nghệ phục hồi đầu tư hay
làm tăng thu nhập của mình do tự động hóa như Đức hay Nhật Bản trong thế kỷ 20.
+ Giảm thời gian hoạt động và thời gian xử lý cơng việc đáng kể.
+ Giải phóng người lao động để đảm nhiệm vai trò khác.
+ Cung cấp công việc ở cấp cao hơn trong việc phát triển, triển khai, bảo trì và
hoạt động của các quá trình tự động.
- Những khó khăn chính của tự động hóa là:
+ Các mối đe dọa an ninh, dễ bị tổn thương: Một hệ thống tự động có thể có một
mức giới hạn của trí thơng minh, và vì thế dễ bị mắc lỗi bên ngoài phạm vi trước mắt
của mình về kiến thức.
+ Khơng thể đốn trước, chi phí phát triển quá mức: Các nghiên cứu và phát triển
chi phí của tự động hố có thể vượt q chi phí định mức của q trình.
SVTH: Hồng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
3
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
+ Chi phí ban đầu cao: Việc tự động hóa của một sản phẩm mới thường địi hỏi
một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi phí đơn vị sản phẩm, mặc dù chi phí tự động
hóa có thể được lan truyền trong nhiều sản phẩm và thời gian.
b) Phân loại
- Các dây chuyền tự động với sự xuất hiện của robot, xe tự hành AGV, băng tải
công nghiệp, hệ thống cấp phôi tự động tạo ra nhiều phương án linh hoạt với nhiều lựa
chọn cho các nhà máy. Từ đó ứng dụng vào nhiều cơng đoạn khác nhau trong q
trình tạo ra sản phẩm. Có thể tạm thời phân ra các loại dây chuyền theo từng mục đích
sử dụng như sau:
+ Dây chuyền sản xuất tự động (sản xuất bánh kẹo, linh kiện điện tử,…).
+ Dây chuyền lắp ráp tự động (lắp ráp ô tô, lắp ráp điện thoại,…).
+ Dây chuyền đóng gói tự động (đóng gói sản phẩm, đóng gói thùng carton,...).
+ Dây chuyền kiểm tra tự động (kiểm tra chất lượng sản phẩm, QC,...).
1.1.3. Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa
a) Bộ điều khiển gián đoạn (on/off)
- Một trong những bộ điều khiển đơn giản nhất là điều khiển on/off. Ví dụ để điều
khiển các thiết bị nhiệt trong gia đình chẳng hạn như nồi cơm điện, nó cần một cái rơle nhiệt để đóng và ngắt điện. Trong Rơ-le nhiệt có một lò xo đàn hồi, khi nhiệt độ
tăng lên lò xo sẽ bị giãn nở ra, dựa vào đặc tính trên người ta có thể tạo ra chức năng
đóng ngắt dòng điện khi nhiệt độ tăng đến một mức mong muốn. Loại điều khiển này
có thể thuộc một trong hai kiểu điều khiển vòng lặp mở và điều khiển vòng lặp kín.
- Điều khiển trình tự, trong đó một chuỗi lập trình của riêng rẽ các hoạt động được
thực hiện, thường dựa trên logic hệ thống có liên quan đến trạng thái của hệ thống.
- Các loại tiên tiến của tự động hóa, cách mạng hóa sản xuất, máy bay, thông tin
liên lạc và các ngành công nghiệp khác, là điều khiển phản hồi, mà thường liên tục và
liên quan đến việc lấy số đo bằng cách sử dụng một cảm biến và điều chỉnh tính tốn
để giữ cho các biến đo lường trong phạm vi bộ điều khiển.
b) Bộ điều khiển PID
Hình 1. 2: Bộ điều khiển PID vịng lặp khép kín có dịng phản hồi.
SVTH: Hồng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
4
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral
Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát được sử
dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là bộ
điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi. Bộ điều khiển
PID sẽ tính tốn giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị
đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh
giá trị điều khiển đầu vào. Trong trường hợp khơng có kiến thức cơ bản (mơ hình tốn
học) về hệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID sẽ là bộ điều khiển tốt nhất. Tuy
nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính tốn phải điều
chỉnh theo tính chất của hệ thống, trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông
số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống.
c) Bộ điều khiển tự động tuần tự và điều khiển tuần tự logic
- Điều khiển tuần tự có thể là một chuỗi cố định hay logic sẽ thực hiện các hành
động khác nhau tùy thuộc vào trạng thái hệ thống khác nhau. Một ví dụ về một chuỗi
điều chỉnh nhưng nếu không cố định là một bộ đếm thời gian trên một máy tưới cỏ.
- Một sự phát triển sớm của điều khiển liên tục là chuyển tiếp, do đó rơle điện tham
gia tiếp xúc điện có thể bắt đầu hoặc ngắt điện đến một thiết bị. Rơ-le đầu tiên được sử
dụng trong các mạng điện, khi được phát triển để kiểm soát các thiết bị khác, chẳng
hạn như khi khởi động và dừng động cơ điện công nghiệp lớn hoặc đóng mở van
solenoid. Sử dụng rơ-le cho mục đích kiểm soát cho phép kiểm soát hướng hành động,
nơi các hành động có thể được kích hoạt theo trật tự nào đó, để đáp ứng với các sự
kiện bên ngồi.Ví dụ liên quan đến việc duy trì chuỗi an tồn cho các thiết bị như điều
khiển cầu swing, nơi một tia khóa cần thiết để được tự do trước khi cầu có thể được di
chuyển, và các tia khóa có thể không được phát hành cho đến khi cửa an tồn đã bị
đóng cửa.
- Thường khố liên động được thêm vào một mạch điều khiển. Giả sử rằng các
động cơ trong ví dụ này là cung cấp năng lượng, máy móc mà có một nhu cầu quan
trọng để bơi trơn. Trong trường hợp này một khóa liên động có thể được thêm vào để
đảm bảo rằng các máy bơm dầu đang chạy trước khi động cơ bắt đầu. Timers, công tắc
giới hạn và mắt điện là những yếu tố phổ biến khác trong mạch điều khiển.
- Van điện từ được sử dụng rộng rãi trong khí nén hoặc chất lỏng thủy lực để cấp
nguồn cho thiết bị truyền động vào các thành phần cơ khí. Trong khi động cơ được sử
dụng để cung cấp chuyển động quay liên tục, cơ cấu truyền động thường là một lựa
chọn tốt hơn, không liên tục tạo ra một phạm vi giới hạn của chuyển động cho một
thành phần cơ khí, chẳng hạn như di chuyển cánh tay cơ khí khác nhau, mở hoặc đóng
các van.
SVTH: Hồng Văn Duy – Hồng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
5
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
d) Bộ điều khiển dùng máy tính
- Máy tính có thể thực hiện cả hai điều khiển liên tục và kiểm sốt thơng tin phản
hồi, và thường là một máy tính duy nhất sẽ làm cả hai trong một ứng dụng cơng
nghiệp. Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) là một loại vi xử lý có mục đích đặc biệt
thay thế nhiều các thành phần như giờ và trình tự trống được sử dụng trong hệ thống.
Máy tính điều khiển q trình nhằm mục đích chung đã ngày càng thay thế điều khiển
riêng lẻ, với một máy tính duy nhất có thể thực hiện các hoạt động của hàng trăm bộ
điều khiển. Máy tính điều khiển q trình có thể xử lý dữ liệu từ một mạng lưới các
PLC, dụng cụ và các bộ điều khiển để thực hiện các điển hình (như PID) kiểm sốt của
nhiều biến số cá nhân hoặc trong một số trường hợp, để thực hiện điều khiển phức tạp
thuật toán sử dụng nhiều đầu vào và các thao tác tốn học. Họ cũng có thể phân tích
dữ liệu và tạo ra thời gian thực, hiển thị biểu đồ cho các nhà khai thác thực hiện các
báo cáo cho các nhà khai thác, các kỹ sư và quản lý.
- Kiểm soát của một máy rút tiền tự động (ATM) là một ví dụ về một q trình
tương tác, trong đó một máy tính sẽ thực hiện một chuỗi logic đáp ứng với các lựa
chọn người sử dụng dựa trên thông tin lấy từ một cơ sở dữ liệu trên hệ thống. Q
trình ATM có điểm tương đồng với các quy trình giao dịch trực tuyến khác. Các câu
trả lời hợp lý khác nhau được gọi là kịch bản. Quá trình như vậy thường được thiết kế
với việc sử dụng các sơ đồ, trong đó có văn bản hướng dẫn của các mã phần mềm.
1.2. Hệ thống chiết rót chai tự động
1.2.1. Giới thiệu chung
- Hiện nay, với cơng nghệ hiện đại, rất nhiều quy trình cơng nghiệp được tự động
hóa. Trong đó dây chuyền chiết rót chai tự động là một trong những hệ thống được sử
dụng rất phổ biến và rộng rãi. Một hệ thống sản xuất các chất lỏng đóng chai thường
được phân chia thành nhiều khâu nối tiếp nhau. Một quy trình khép kín có thể được
mơ tả như sau:
- Sau khi được rửa sạch, các chai được băng tải đưa đến hệ thống rót liệu , tới vị trí
khâu cấp chai, các chai được đưa vào hệ thống băng tải, trước tiên được cho qua hệ
thống rửa. Chai dùng trong hệ thống đóng chai thường là chai thành phẩm, nên thường
tại khâu này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi rót, để đảm bảo có thể bố trí các cơ cấu cơ
khí để kẹp giữ chai. Tại đây, chất lỏng được chiết vào chai theo các phương pháp khác
nhau như: chiết đẳng áp, chiết đẳng tích, chiết định lượng,… Khi chiết xong, chai
được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nắp chai. Khâu đóng nắp bao gồm cơ cấu cấp
nắp và đóng nắp. Cơ cấu đóng có thể là xylanh (với nút dập) hoặc motor (với nút vặn).
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
6
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
Hình 1. 3: Hệ thống chiết rót đóng chai tự động cơng ty VERALL.
- Sau khi đóng xong nắp, là khâu dán nhãn, đây có thể được coi là khâu đơn giản
nhất trong hệ thống đóng chai. Cơ cấu keo bơi dính được gắn ngay trên băng tải và bố
trí tiếp tuyến sao cho tì vào mặt chai, ngồi chuyển động thẳng trên băng tải, chai còn
chuyển động quay trịn do lực tì của cơ cấu bơi keo. Tương tự với cơ cấu cấp nhãn,
chai sau khi bôi keo, quay tròn, cuốn băng giấy nhãn 1 vòng quanh chai.
- Khâu cuối cùng là khâu kiểm tra và đóng gói sản phẩm. Khâu kiểm tra bao gồm
một loạt các cảm biến để kiểm tra chất lượng sản phẩm (đủ định mức, đóng nắp, dán
nhãn đạt yêu cầu…) Sau khi kiểm tra sẽ qua cơ cấu phân loại, 1 tay gạt sẽ loại bỏ chai
sang 1 băng tải khác. Các chai đạt tiêu chuẩn sẽ qua khâu đóng gói, chai được xếp
thành khối nhờ các tay máy gạt và nâng hạ.
Như vậy tồn bộ quy trình cơng nghệ chiết chai được tự động hóa hồn tồn.
1.2.2. Đặc điểm
Với một quy trình khép kín như vậy thì vai trị của ngành sản xuất chiết rót mang lại
khơng hề nhỏ:
- Nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành: Tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất
cao hơn so với hoạt động bằng tay tương ứng. Hệ thống có thể rót hàng nghìn chia mỗi
giờ, tùy theo dung tích của chai.
- Giảm số lượng và chi phí nhân cơng: Hệ chống chiết rót đã hoạt động một cách tự
động dẫn đến công việc ít hơn và đơn giản hơn cho phép cần ít cơng nhân hơn, tùy
theo dung tích của chai.
- Sự an tồn: Bằng việc tự động hóa các hoạt động và chuyển người vận hành máy
từ vị trí tham gia tích cực sang vai trị đốc cơng, cơng việc trở nên an toàn hơn.
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
7
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
- Nâng cao chất lượng sản phẩm: Hệ thống chiết rót khơng những sản xuất với tốc
độ nhanh hơn thủ cơng, mà cịn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối
với các yêu cầu khắt khe của sản phẩm đóng chai.
Tuy nhiên hệ thống chiết rót có chi phí đầu tư cao: việc chuyển từ sử dụng nhân
công con người sang dây chuyền sản xuất tự động địi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất
cao. Ngồi ra, củng cần có chi phí cho việc đào tạo nhân công vận hành các loại thiết
bị, máy móc hiện đại và phức tạp.
1.3. Tính cấp thiết của đề tài
- Xã hội ngày càng phát triển, đời sống người dân ngày càng được nâng cao. Do đó
nhu cầu ăn uống của người dân củng được nâng cao. Chính vì vậy mà những năm gần
đây nhu cầu về các loại thực phẩm đóng gói, nước uống đóng chai (như cocacola,
pepsi, trà xanh, nước ép trái cây,...) ngày càng tăng lên đáng kể, không chỉ vậy trong
các lĩnh vực cơng nghiệp, y tế,… củng cần có những sản phẩm chứa trong chai, bình
lọ,… do đó sự ra đời và phát triển của ngành cơng nghiệp chiết rót nước và đóng nắp
chai tự động là điều tất yếu.
- Hệ thống chiết rót tự động là chiết một thể tích nhất định chất lỏng và rót vào các
chai, bình, lọ,... Các hệ thống, máy chiết rót tự động được sử dụng nhiều trong ngành
công nghiệp thực phẩm. Ngành công nghiệp yêu cầu năng suất cao, nghiêm ngặt về vệ
sinh an toàn thực phẩm. Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ có cấu
tạo và cách hoạt động khác nhau.
- Theo đánh giá của nhiều hệ thống bán lẻ, thực phẩm và đồ uống là 2 ngành có sự
ổn định tăng trưởng hàng đầu tại siêu thị. Đây đều là những ngành cung cấp nhu yếu
phẩm hàng ngày và trực tiếp cho người tiêu dùng.
- Cứ 10 giỏ hàng ở siêu thị sẽ có 4-5 giỏ hàng xuất hiện các sản phẩm nước đóng
chai, đánh giá của giám đốc marketing của một hệ thống bán lẻ tại TP.HCM cho thấy
sức nóng tăng trưởng của lĩnh vực này.
- Bên cạnh các sản phẩm cung cấp năng lượng như nước trái cây, sản phẩm đóng
chai hỗn hợp thì nước tinh khiết bắt đầu có sự chuyển dịch mạnh do nhu cầu sử dụng
nước có chất lượng tốt tăng lên. Trước đây người dân quan niệm, nước tinh khiết đóng
chai cũng là nước, mua ở đâu cũng như nhau. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ,
khả năng sản xuất ra các sản phẩm giữ được khoáng chất tốt cho sức khoẻ đã khiến
người tiêu dùng bắt đầu thay đổi quan điểm.
- Khảo sát vào năm 2015 cho thấy, thị trường đồ uống đóng chai đã đạt ngưỡng gần
170 tỉ USD, dự kiến sẽ tăng gần 10% tới thời điểm 2020. Trong phân khúc ngành hàng
này, nước chiếm ưu thế với hơn 35% trong tổng thị phần thị trường, còn đồ uống có ga
đạt khoảng 22%. Nước uống đóng chai sẽ tăng nhanh nhất do người tiêu dùng có xu
SVTH: Hồng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
8
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
hướng thích dùng nước uống cung cấp nguồn năng lượng. Dự báo cũng chỉ ra rằng, thị
trường Châu Á - Thái Bình Dương sẽ tiếp tục dẫn đầu thế giới về tăng trưởng trong đó
có Việt Nam.
- Sức hấp dẫn tăng trưởng của ngành nước đóng chai đã thúc đẩy thêm nhiều doanh
nghiệp tham gia vào lĩnh vực này. Mới đây nhất, nhà máy nước thương hiệu Satori với
quy mô 30.000m2 (tại Khu công nghiệp Long Hậu, Long An). Với công suất dây
chuyền sản xuất nước tinh khiết đạt 10,000 chai/ 1 giờ cho dịng sản phẩm nước đóng
chai, 450 bình/ 1 giờ cho dịng sản phẩm nước đóng bình 20L, đáp ứng được khoảng
20 – 30% nhu cầu thị trường nước hiện tại. Với 4 dung tích là 350 ml, 500 ml, 1,5 lít
và 20 lít.
Hình 1. 4: Dây chuyền sản xuất hiện đại đạt tiêu chuẩn châu Âu của Satori.
1.4. Cấu trúc đồ án
Đồ án gồm có 4 chương, bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu đề tài
- Giới thiệu tổng quan đề tài
- Tính cấp thiết của đề tài
Chương 2: Tính tốn và thiết kế hệ thống cơ khí
- Thiết kế cơ khí cho từng cơ cấu của hệ thống như:
+ Băng tải
+ Mâm xoay
+ Cơ cấu cấp nắp tự động
+ Cơ cấu đóng và vặn nắp
+ Cơ cấu đẩy và gắp chai
+ Cơ cấu đẩy thùng
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
9
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
+ Bố trí các cơ cấu để được một hệ thống hồn chỉnh
- Tính tốn, thiết kế hệ thống truyền động cho từng cơ cấu
+ Lựa chọn phương án truyền động cho từng cơ cấu
+ Tính chọn động cơ
+ Tính chọn xy lanh
Chương 3: Tính tốn và thiết kế hệ thống điều khiển
- Tính tốn, thiết kế sơ đồ mạch điều khiển
- Lựa chọn bộ điều khiển
- Lựa chọn các loại cảm biến
- Lựa chọn các loại van khí nén, rơ-le
- Xây dựng lưu đồ thuật tốn
- Lập trình điều khiển hệ thống
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
10
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
Chương 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
2.1. Kết cấu của hệ thống
- Yêu cầu thiết kế:
+ Độ bền cao, kết cấu vững chắc.
+ Thiết kế đảm bảo an tồn, thân thiện.
+ Băng tải có kích thước hợp lí, gọn gàng, phù hợp với khơng gian.
+ Thực hiện việc chiết rót chai nước lọc đúng thể tích V = 297 ml.
+ Nắp chai được vặn chặt.
+ Các chai được gắp đúng vào vị trí hộp.
+ Hệ thống đạt năng suất 6 chai/phút.
- Với những yêu cầu đặt ra, nhóm đã đưa ra sơ đồ khối chức năng như sau:
Hình 2. 1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống.
- Hệ thống sẽ bao gồm:
+ Băng tải đầu vào: Đưa chai rỗng đến vị trí bơm nước và mâm xoay.
+ Cơ cấu bơm nước: Bơm nước vào chai theo đúng thể tích quy định.
+ Mâm xoay: Đưa chai đến các vị trí để thực hiện các chức năng cấp nắp, đóng
nắp và vặn nắp.
+ Băng tải đầu ra: Đưa chai đã được vặn nắp đến vị trí để gắp chai.
+ Cơ cấu gắp chai: Gắp chai đến vị trí thùng chứa.
+ Cơ cấu đẩy thùng: Đẩy thùng đã chứa 6 chai ra ngoài.
- Tiến hành thiết kế lần lượt các cơ cấu cơ khí của hệ thống.
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
11
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
2.2. Băng tải
- Băng tải là thiết bị truyền tải sản phẩm, nguyên vật liệu từ vị trí này sang vị trí
khác với tốc độ nhanh, hiệu quả và chính xác. Mục đích đưa băng tải vào các quy trình
sản xuất giúp tăng tính tự động hóa, tăng năng suất, tiết kiệm thời gian và nhân công.
- Các loại băng tải:
+ Băng tải xích.
+ Băng tải con lăn.
+ Băng tải PVC.
- Khung băng tải:
+ Nhơm định hình.
+ Sắt V lỗ.
+ Thép hộp vuông.
- Các cơ cấu truyền động:
+ Động cơ DC giảm tốc.
+ Động cơ DC kết hợp bộ truyền xích.
+ Động cơ DC kết hợp bộ truyền đai.
* Với quy mơ đồ án, nhóm đã lựa chọn phương án thiết kế như sau:
- Băng tải PVC.
- Khung băng tải sử dụng sắt V lỗ.
- Truyền động bởi động cơ DC giảm tốc.
* Đặc điểm
- Khung băng tải sử dụng sắt V lỗ:
Hình 2. 2: Sắt V lỗ
+ Dễ tháo ráp, có thể điều chỉnh và di dời.
+ Chống rỉ sét nhờ sơn tĩnh điện.
+ Đa dạng về kích thước.
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
12
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
+ Giá thành rẻ hơn nhơm định hình và thép hộp vuông.
- Sản phẩm vận chuyển là chai nước có tải trọng nhỏ và yêu cầu độ đồng phẳng của
bề mặt làm việc nên chọn loại băng tải PVC:
+ Băng tải PVC là băng tải được làm từ chất liệu dẻo tổng hợp Poly vinyl clorua.
+ Có khả năng đàn hồi cao, chịu được nhiệt.
+ Khả năng kháng dầu và chịu lực kéo tốt.
+ Dễ dàng tháo lắp.
+ Vì đường kính chai nước d = 60 mm nên lựa chọn băng tải có bề rộng B = 100
mm. Chiều dài làm việc của băng tải L = 800 mm.
Hình 2. 3: Băng tải PVC
- Phương án truyền động sử dụng động cơ DC giảm tốc:
+ Kích thước nhỏ gọn, dễ gá đặt.
+ Có thể điều chỉnh tốc độ rộng và chính xác.
+ Mạch điều khiển đơn giản.
* Tính chọn động cơ DC giảm tốc
- Yêu cầu:
+ Chiều dài băng tải: L = 1750 mm
+ Vận tốc băng tải: V = 20 - 30 mm/s
+ Nguồn cung cấp: 12V DC
+ Độ rộng băng tải: B = 100 mm (Đường kính chai vận chuyển d = 60mm)
- Tính chọn động cơ
+ Vận tốc băng tải cần được giới hạn tùy thuộc vào dung lượng của băng tải, độ
rộng của băng tải và đặc tính của vật liệu cần vận chuyển. Sử dụng băng hẹp chuyển
động với vận tốc cao là kinh tế nhất, nhưng vận hành băng tải có độ rộng lớn lại dễ
dàng hơn so với băng tải hẹp.
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
13
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
+ Vận tốc băng tải thường được tính tốn nhằm đạt được lưu lượng vận chuyển
theo yêu cầu cho trước. Lưu lượng vận chuyển của một băng tải có thể được xác định
qua cơng thức:
Qt = 60A.V.γ.s
Trong đó: - Qt: Lưu lượng vận chuyển (tấn/ giờ).
- A: Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển (m2).
- γ: Khối lượng riêng tính tốn của khối vật liệu (tấn/ m3).
- V: Vận tốc băng tải (m/phút).
- s: Hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng (độ dốc) của băng tải.
Từ đó, có thể tính được vận tốc băng tải theo cơng thức sau:
𝑄𝑡
𝑉=
(m/phút)
60.𝐴.𝛾.𝑠
Các đại lượng trong cơng thức tính vận tốc được xác định như sau:
* Diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển
Diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển có thể được xác định như sau:
A = K.(0,9B - 0,05).2
Với
- A: Diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển (m2).
- K: Hệ số tính tốn.
- B: Độ rộng băng tải (m).
Dựa theo cơng thức trên ta tính được giá trị A = 0,0064 m2
*Góc mái
Góc mái của sản phẩm là góc hình thành giữa đường nằm ngang và mái dốc của sản
phẩm. Các giá trị thông thường như bảng 2.1.
Bảng 2. 1: Góc mái một số dạng vật liệu di chuyển.
Góc mái (độ)
Dạng vật liệu
10
Vật liệu mịn, khơ.
20
Các vật liệu hạt (than, sỏi, quặng…) có thể vận chuyển bằng
các dụng cụ thông thường.
30
Các vật liệu hạt lớn hoặc được cấp lên băng bằng các dụng cụ
đặc biệt, đảm bảo tính đồng nhất của khối.
Từ các yếu tố trên ta chọn giá trị góc mái là 300.
* Hệ số ảnh hưởng của độ dốc băng tải
Băng tải càng dốc thì lưu lượng vận chuyển vật liệu được càng thấp. Hệ số giảm lưu
lượng do độ dốc s được cho trong bảng 2.2.
SVTH: Hoàng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
14
Thiết kế và chế tạo hệ thống chiết rót chai tự động
Bảng 2. 2: Hệ số dốc băng tải.
Góc dốc (độ)
Hệ số s
Góc dốc (độ)
Hệ số s
2
1
21
0,78
4
0,99
22
0,76
6
0,98
23
0,73
8
0,97
24
0,71
10
0,95
25
0,68
12
0,93
26
0,66
14
0,91
27
0,64
16
0,89
28
0,61
18
0,85
29
0,59
20
0,81
30
0,56
- Từ bảng trên ta chọn hệ số s = 1.
- Từ các giá trị trên ta tính được vận tốc băng tải V= 1,8 m/phút ≈ 3 cm/s.
* Tính tốn cơng suất truyền dẫn băng tải
- Công suất làm quay trục con lăn kéo băng tải được tính theo cơng thức sau:
P = P1 + P2
Trong đó:
- P1 là cơng suất cần thiết để dịch chuyển sản phẩm.
- P2 là công suất cần thiết để khắc phục tổn thất do ma sát tồn tại trong các ổ
đỡ, ma sát giữa băng tải và con lăn khi băng tải không chạy.
- Lực cần thiết để vận chuyển vât liệu:
F1 = L. 𝜎.K1.g.cos𝛽
( với 𝛽 = 0 do băng tải là băng tải ngang )
Trong đó:
𝛽 : Góc nghiêng của băng tải.
L : Chiều dài của băng tải.
𝜎 : Khối lượng sản phẩm trên 1 m chiều dài băng tải.
K1: Hệ số tính đến khi dịch chuyển sản phẩm (chọn K1 = 0,05).
=> F1 = 1,75.1.0,05.10 = 0,88 (N)
- Công suất cần thiết để dịch chuyển sản phẩm:
P1 = F1.v = 0,8.1,8 = 1,44 (W)
- Lực cản sinh ra do các loại ma sát khi băng tải chuyển động khơng tải:
F2 = 2.L.𝜎𝑏 .K2.g.cos𝛽
SVTH: Hồng Văn Duy – Hoàng Anh Tuấn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
15
