Đồ án Thiết kế và tiến tới chế tạo các loại máy móc đa dạng đáp ứng nhu cầu của sản xuất và đời sống

Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 1 - Lời mở đầu Trong thời đại ngày nay , các loại máy móc ít nhiều đều có tính chất tự động hoặc bán tự động . Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng và sản xuất thực phẩm , các hệ thống máy tự động đang ngày càng chiếm vai trò then chốt trong việc làm giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động . Đối với khâu đóng gói sản phẩm , việc sử dụng các loại máy tự động để thay thế cho công việc đóng gói thủ công là một đều tất yếu vì đây là khâu tốn rất nhiều sức lao động cho những công việc lặp đi lặp lại một cách không cần thiết . Do đó , trong hoàn cảnh nước ta hiện nay , nhu cầu đối với các loại máy đóng gói là rất lớn và rất đa dạng . Tuy nhiên , lâu nay thị trường này vốn thuộc về các nhà sản xuất thiết bị nước ngoài với rất nhiều ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm , việc sản xuất máy móc trong nước thường không đáp ứng tốt về mặt chất lượng và năng suất mặc dù vẫn có ưu thế về giá thành . Vì vậy , đòi hỏi bức bách đối với lớp kỹ sư trẻ hiện nay là phải thiết kế những loại máy ngày càng tốt hơn trên cơ sở kế thừa những thành tựu đã đạt được của những đàn anh đi trước và mạnh dạn áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới nhất của thế giới vào việc thiết kế và tiến tới chế tạo các loại máy móc đa dạng đáp ứng nhu cầu của sản xuất và đời sống . Mặc dù việc thiết kế các loại máy công nghiệp rất phức tạp và chắc chắn không tránh khỏi sai xót do trình độ và kinh nghiệm thực tế của sinh viên nước ta vẫn còn thấp so với các nước, nhưng hy vọng rằng với sự dìu dắt của các thầy cô và sự nổ lực tự thân của các sinh viên trẻ , trong tương lai gần chúng ta sẽ tự sản xuất được những loại máy đáp ứng được đòi hỏi của thị trường . Một ngày nào đó , chúng ta sẽ bắt kịp trình độ công nghệ của thế giới . Ngày đó sẽ đến ! Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 2 - Chương I NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA MÁY ĐÓNG GÓI Trong xã hội hiện nay , mọi sản phẩm sau khi sản xuất ra đều phải được bao gói dưới nhiều dạng khác nhau nhằm mục đích bảo quản sản phẩm lâu dài , giữ vệ sinh , tiện lợi trong vận chuyển , tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm . Mặt khác , đóng gói cũng là một cách để định lượng nhất là đối với những mặt hàng tiêu dùng và thực phẩm . Tùy theo hình dạng và kết cấu của sản phẩm mà có những cách đóng gói khác nhau . Các loại máy đóng gói có thể được phân loại như sau : - Máy đóng gói vật liệu dạng khối : máy đóng gói mì ăn liền , bánh kẹo , xà bông - Máy đóng gói vật liệu dạng lỏng : máy đóng gói sữa , dầu sa-tế , dầu gội đầu - Máy đóng gói vật liệu dạng rời : máy đóng gói đường , bột ngọt , cà phê , bột giặt ... Đối với máy đóng gói , khâu định lượng là khâu quan trọng nhất . Ứng với sai số cho phép , sẽ có những cách định lượng khác nhau nhưng căn bản được chia làm hai dạng : định lượng theo thể tích và định lượng theo trọng lượng . Cơ cấu định lượng theo thể tích thường được dùng với vật liệu dạng rời , có ưu điểm là đơn giản và dễ chế tạo nhưng không thể mang lại độ chính xác cao khi so sánh với cơ cấu định lượng theo trọng lượng . Định lượng theo thể tích có thể dùng kiểu tang quay , kiểu đĩa , kiểu vít xoắn , kiểu rung Vật liệu để chế tạo cơ cấu định lượng dùng trong các máy đóng gói thực phẩm thường là inox để đảm bảo tính thẩm mỹ cũng như chất lượng và vệ sinh thực phẩm . Ngoài ra cũng có thể sử dụng nhựa hay các loại vật liệu khác nhưng không phổ biến . Máy đóng gói thường gặp phải sai số ở bộ phận cắt bao (cắt không đúng vị trí vạch đánh dấu) do đó phải có một cơ cấu làm nhiệm vụ bù trừ sai số này (có thể dùng hệ thống bánh răng vi sai hoặc bù trong quá trình điều khiển) . Máy đóng gói cà phê được thiết kế trong đồ án này thuộc dạng máy đóng gói vật liệu rời với kiểu định lượng bằng thể tích , có khả năng thay đổi trọng lượng cần định lượng và thay đổi kích thuớc bao . Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 3 - Chương II THIẾT KẾ SƠ BỘ MÁY ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ I . Yêu cầu kỹ thuật của máy Máy dùng để đóng gói sản phẩm là gói cà phê ( ví dụ như cà phê Trung Nguyên) có trọng lượng 100 ÷ 500 g / gói , năng suất từ 30 đến 45 gói trong 1 phút với dạng bao có nếp gấp hai bên hông và ba đường hàn ( hai đầu bao và dọc theo chiều dài bao) với mặt cắt ngang có hình dạng như sau Hình 1 Chất liệu bao gói là màng OPP dạng cuộn có đường kính từ 250 ÷ 450 mm bề rộng bao là 230 mm Kích thước của gói 100 g : Hình 2 Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 4 - Mặt cắt ngang của bao 100 g (khi được căng theo hai chiều) : Hình 3 Bề rộng các mép hàn là 10 mm , độ sai lệch cho phép là 0,5 mm . Yêu cầu quan trọng của máy là phải cắt bao đúng vị trí những đường vạch trên mép bao (vạch màu trắng trên nền nâu) do đó cần có các cảm biến nhận diện vị trí cắt và phải tiến hành bù trừ đi sai số phát sinh do việc chế tạo máy không chính xác , sai số do in sai vị trí vạch , sai số do biến dạng nhiệt của bao và của máy . Nhiệt độ cần thiết để hàn bao là khoảng 160ºC Khung máy làm bằng thép ống vuông 40×40 mm gắn với nhau bằng mối hàn và được bọc bên ngoài bằng tole inox 1.5 mm . Tấm đỡ các trục là thép tấm dày 8 mm được hàn vào khung máy . Đế của khung máy cũng được làm bằng thép tấm 10 mm . Do yêu cầu về mặt chất lượng cà phê và đảm bảo vệ sinh thực phẩm nên các cơ cấu tiếp xúc trực tiếp với bao gói và cà phê như các con lăn căng bao , bộ phận tạo hình , phễu cấp liệu , trục con lăn ép , mâm gạt bột , cơ cấu định lượng đều được làm bằng inox . Dưới chân máy có thể lắp các bánh xe để di chuyển tiện lợi . Máy không được quá cao gây khó khăn cho quá trình cấp liệu . Ngoài ra , còn có các yêu cầu về mặt thẩm mỹ và kết cấu hợp lý để khi vận hành người công nhân không bị vướng víu gây khó khăn , yêu cầu về việc vận hành phải đơn giản , bảo quản và bảo dưỡng máy dễ dàng . Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 5 - II. Các phương án thiết kế máy 1) Phương án 1 – Máy đóng gói hoạt động theo nhịp Ở phương án này máy hoạt động theo nhịp sản xuất được tạo bởi ly hợp hay cơ cấu Man . Vì làm việc theo nhịp , lực căng của cuộn bao gói sẽ thay đổi liên tục do đó cần có cơ cấu điều hòa lực căng để máy hoạt động chính xác . Ưu điểm của dạng thiết kế này là hệ thống điều khiển đơn giản , mỗi khi cảm biến quang phát hiện thấy vạch định vị thì bộ phận điều khiển phát lệnh cấp liệu và hàn (hàn dọc bao và hàn hai đầu bao đều bằng thanh kẹp , không dùng con lăn) do đó không cần hệ thống bù vi sai , hoạt động chính xác hơn . Nhược điểm lớn nhất của loại này là năng suất không cao do có những khoảng thời gian chờ giữa các động tác của các cơ cấu do ảnh hưởng của quán tính . 2) Phương án 2 – Máy đóng gói hoạt động liên tục Đây là phương án được dùng phổ biến vì cho năng suất cao . Đặc điểm của hệ thống loại này là luôn luôn xuất hiện sai số ở vị trí cắt giữa các gói , sai số này xuất hiện do nhiều nguyên nhân , trong đó hai nguyên nhân chủ yếu là sai số hệ thống của máy và sai số ngẫu nhiên ở khoảng cách của hai vạch liên tiếp trên bao gói (do sự biến dạng nhiệt hoặc do in sai vị trí) . Do đó hệ thống này đòi hỏi phải có cơ cấu bù trừ sai số này, cơ cấu này sẽ hoạt động liên tục làm cho sai số dao động trong một phạm vi cho phép . Ngoài ra ta cũng có thể bù trừ sai số này bằng giải thuật điều khiển . Qua phân tích ở trên , ta thấy phương án hai đáng lựa chọn hơn vì trong hoạt động sản xuất ngày nay , yếu tố năng suất luôn được đặt lên hàng đầu và việc chế tạo hệ thống bù trừ sai số vị trí cắt cũng không quá phức tạp . Như vậy phương án hai sẽ được sử dụng trong khuôn khổ đồ án này với việc bù trừ sai số bằng giải thuật điều khiển . III . Nguyên lý làm việc của máy Sơ đồ nguyên lý của máy : Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 6 - Hình 4 Bao cuộn được đưa vào trục đỡ có gắn bạc chặn hai đầu 1, đầu bao được kéo qua các con lăn căng bao 2 và con lăn đều hòa lực căng bao bằng trọng lượng trục đến bộ phận tạo hình ban đầu 4 rồi đến bộ phận tạo hình chính 5 . Tại đây bao được uốn theo hình dáng yêu cầu rồi đưa qua cặp con lăn ép 6 tạo nếp để đến phễu cấp liệu 7 . Sau đó bao được kéo cuốn qua cảm biến quang 8 để xác định chiều dài bao , tiếp tục đến cặp con lăn hàn 9 ( hàn dọc chiều dài bao) , rồi đến cặp con lăn cuốn bao 10 (là nguồn động lực kéo bao) . Cuối cùng bao đi đến bộ phận hàn đáy bao 11 (đồng thời hàn đầu bao của bao trước đó) và cắt . Kết hợp với chuyển động cuốn bao và cắt bao là chuyển động theo Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 7 - nhịp của cửa cấp liệu và chuyển động quay để trộn và cấp liệu của mâm gạt bột 13 đặt bên dưới thùng chứa liệu 12 . Bao được định hình bởi bộ phận tạo hình có hình dạng như sau : Hình 5 Bộ phận tạo hình được lắp trên các rãnh trượt để có thể điều chỉnh ra vào , lên xuống để phù hợp với sự chuyển động của bao . Nhiệt độ để hàn loại bao này khoảng 160°C . Bao được hàn mí (dọc bao) thông qua cặp con lăn hàn bao được gia nhiệt bằng điện trở gắn ở lòng trục con lăn (điện trở không quay theo con lăn) , bề mặt con lăn có khía nhám để bao không trượt và để truyền nhiệt tốt hơn . Hai đầu bao được hàn bằng cặp má hàn làm bằng đồng (Cu) được gia nhiệt bằng điện trở đặt bên trong và trượt (nhờ lực của cặp xylanh khí nén) trên cùng một đường ray là hai thanh ray hình trụ gắn theo phương ngang và song song với nhau như hình vẽ sau Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 8 - Hình 6 Bộ phận định lượng là một hộp vuông có thể tích chứa đủ lượng vật liệu cần cấp cho mỗi gói . Hộp định lượng (hình 7) được đẩy bởi một xylanh khí nén làm hộp di chuyển qua lại giữa cửa cấp và cửa xả . Để cho cà phê không đóng thành vòm trên cửa cấp (hiện tượng rất thường gặp đối với vật liệu rời) và để trộn di chuyển vật liệu từ những nơi khác đến cửa cấp liệu ta dùng một cơ cấu tay gạt quay quanh tâm của thùng chứa liệu với tốc độ được điều chỉnh bằng biến tần sao cho phù hợp với tốc độ đóng mở của cửa cấp liệu (chỉ cần phù hợp một cách tương đối) . Hình 8 Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 9 - Hình dáng trục con lăn ép mí bao như sau : Hình 9 Vì trục con lăn hàn mí bao hoạt động ở nhiệt độ cao (khoảng 160°C) nên ta không dùng ổ lăn mà dùng ổ trượt (bạc thau) tự chế tạo và được chỉnh sửa kỹ trong quá trình chạy thử máy để đảm bảo máy hoạt động tốt ở nhiệt độ yêu cầu . Do sự sai lệch ngẫu nhiên của khoảng cách giữa hai vạch chia liên tiếp trên chiều dài bao và sai số trong việc chế tạo các chi tiết cơ khí của máy nên sau một thời gian vận hành máy sẽ xuất hiện sai lệch cắt bao do đó đòi hỏi phải có một cơ cấu bù sai số. Thông thường có hai dạng bù sai số là bù bằng cơ khí và bù bằng điều khiển . Trong khuôn khổ đồ án này tôi xin chọn phương pháp bù bằng cách thay đổi thời gian đóng mở cửa cấp liệu và đóng mở hệ thống hàn và cắt đáy bao thông qua một encoder đo góc quay của trục cuốn kết hợp với cảm biến quang nhận diện chiều dài bao và cảm biến từ gắn ở bộ phận hàn và cắt bao . Động cơ cần nhiều tốc độ hoạt động (để tiện cho việc cân chỉnh máy và lắp đặt bao gói và hệ thống lúc đầu mỗi chu kỳ hoạt động) nên ta cần dùng bộ phận thay đổi tốc độ động cơ , trong trường hợp này ta dùng biến tần . Biến tần hoạt động theo nguyên lý thay đổi tần số cung cấp cho động cơ dẫn đến làm thay đổi vận tốc động cơ . OÅ tröôït OÁng chöùa cuoän ñieän t Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 10 - Chương III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY I. Tính động học máy Năng suất của máy : khoảng 40 gói/phút . Động cơ được sử dụng là loại động cơ ba pha không đồng bộ . Do yêu cầu cần có những tốc độ khác nhau khi vận hành và điều chỉnh máy nên động cơ được điều chỉnh tốc độ bằng biến tần . Chọn sơ bộ vận tốc động cơ là 1420 vòng/phút . Để thuận lợi trong tính toán và thiết kế ta chọn chu vi con lăn cuốn bằng chiều dài bao tức là bằng 195 mm . Vì vậy đường kính con lăn cuốn bao sẽ là : dcc = 0,195/π = 62,07 mm Lấy dcc = 62 mm . Sai số sẽ được bù trừ bằng hệ thống bù sai số hoạt động theo một encoder đo góc . Đường kính con lăn hàn bao : dch = 76 mm . Tỷ số truyền từ động cơ chính đến trục cuốn : ut = 1420/40= 35,5 Để phù hợp với thực tế chọn tỷ số truyền là 35 . Chọn tỷ số truyền của bộ truyền xích chính là ux = 2,5 . Suy ra tỷ số truyền của hộp giảm tốc uh = 35/2,5 = 14 . Ở đây ta sử dụng loại động cơ có gắn sẵn hộp giảm tốc với uh = 14 Vậy số vòng quay trục cuốn ứng với tỷ số truyền được chọn như sau ncc = 1420/35 = 40,57 gói/phút . Năng suất thực tế ứng với số vòng quay trục cuốn : Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 11 - N = 40,57×π×0,062/0,195 = 40,52 gói/phút . Thời gian đóng gói một bao cà phê T = 60/40,52 = 1,48 s Tốc độ quay của mâm gạt bột (4 tay gạt bột) bằng 1/4 tốc độ quay của trục cuốn bao , được tạo bởi một động cơ tích hợp hộp giảm tốc thứ hai hoạt động độc lập với hệ thống cuốn bao nhưng tốc độ cũng được điều chỉnh tăng giảm theo tốc độ cuốn bao bằng biến tần . Vận tốc dài của bao là : v = 40,52×0,195 = 7,901 m/ph = 0,132 m/s Vận tốc quay nhỏ nhất của cuộn bao (ứng với đường kính lớn nhất là dc = 450 mm): c c max 7,901n 5,59 d = =π× vòng/phút . Vận tốc quay lớn nhất của cuộn bao (ứng với đường kính nhỏ nhất khi hết bao là dc = 125 mm): c c min 7,901n 20,12 d = =π× vòng/phút . Vận tốc quay của các trục căng bao và trục cán nếp (có đường kính giống nhau dt = 28 mm) t t 7,901n 89,82 d = =π× vòng/phút Vận tốc quay của con lăn hàn bao (đường kính dch = 76 mm) t ch 7,901n 33,09 d = =π× vòng/phút Trục của encoder không gắn trực tiếp vào trục của con lăn cuốn bao mà đuợc truyền qua một bộ truyền bánh lăn với tỷ số truyền ue = 5 . Vậy vận tốc của trục encoder là ne = 40,57×5 = 202,85 vòng/phút . Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 12 - II. Động lực học Các lực tạo ra tải trọng trong quá trình vận hành máy bao gồm : 1. Lực quán tính của cuộn bao . 2. Lực ma sát tại các ổ lăn của : trục đỡ cuộn bao , các trục căng bao , cặp trục cán mép bao , hai cặp ổ lăn của cặp con lăn cuốn bao . 3. Lực ma sát sinh ra trên các cặp ổ trượt : cặp ổ trượt của cặp con lăn dẫn bao , hai cặp ổ trượt của cặp con lăn hàn bao . 4. Trọng lượng của một trục căng bao . 5. Lực ma sát sinh ra giữa bao và bộ phận tạo hình (gồm bộ phận tạo hình ban đầu và bộ phận tạo hình chính) . 6. Lực ma sát sinh ra giữa phễu cấp liệu và bao . 7. Trọng lượng của gói cà phê chưa cắt (lực này biến đổi theo chu kỳ) . 8. Hao phí trên bộ truyền xích . 9. Hao phí trên hộp giảm tốc . 1. Tính lực quán tính của cuộn bao Khi máy khởi động , động cơ cần sinh ra lực kéo đủ lớn để thắng quán tính của cuộn bao , đây cũng là lúc tải trọng đặt lên động cơ là lớn nhất . Khối lượng của cuộn bao đường kính 450 mm là m = 5 kg . Suy ra trọng lượng của cuộn bao gói khoảng 50N Trọng lượng của các bộ phận chặn hai đầu trục đỡ và ống lót là 59 N Vậy tổng trọng lượng cần tải là Q1 = 50 + 59 = 109N Mô hình tính toán như sau : Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 13 - F1 – lực kéo của động cơ tác động lên cuộn bao . Mqt – mômen quán tính của cuộn bao đối với tâm trục quay . m – khối lượng của cuộn bao . Từ phương trình cân bằng mômen quanh trục quay ta xác định được F : 2 qt z z 1 2 2 M J J a m a RF 0,72N R R R 2 R ×ε × × ×= = = = =× Trong công thức trên a là gia tốc dài của bao , vì thời gian mở máy đối với động cơ công suất nhỏ là rất nhanh nên ta lấy a = v = 0,132 m/s . 2. Lực ma sát tại các cặp ổ lăn trên trục đỡ cuộn bao , các trục trung gian (7 trục), trục cán mép (2 trục) và trục hàn bao Các lực này ta không cần tính mà chỉ cần dựa vào hiệu suất của các cặp ổ lăn (η ol= 0,99) để tăng thêm lực kéo của động cơ . Ở đây ta thấy có 11 cặp ổ lăn như lực kéo sẽ tăng thêm 1/0,9911 = 1,117 lần . 3. Lực ma sát tại cặp ổ trượt trên trục cuốn Tương tự như trên ta cũng không tính lực này mà chỉ dựa vào hiệu suất của ổ trượt (η ot = 0,98) để tăng tương ứng lực kéo của động cơ . Mqt m F1 R r Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 14 - Như vậy lực kéo sẽ phải tăng thêm 1/0,98 = 1,02 lần . 4. Trọng lượng của trục căng bao bằng trọng lượng Trọng lượng của trục đều hòa lực căng tính được như sau : Q2 = 70,4 N Kích thước trục như sau : 5. Lực ma sát sinh ra giữa bao và các bộ phận tạo hình a) Đối với bộ phận tạo hình ban đầu Lực căng bao tác dụng lên bao tại bộ phận tạo hình ban đầu cũng là lực kéo của động cơ lên các bộ phận trước bộ phận tạo hình (gồm có 7 cặp ổ lăn): F2 = (F1 + Q)/(0,997) = 76,3 N . Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 15 - Lực ma sát sinh ra trên bộ phận tạo hình ban đầu : Fms1 = k×F2×cos71,3 = 9,8N Trong công thức trên k = 0,4 là hệ số ma sát giữa bao và inox được xác định qua thí nghiệm . Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình ban đầu là F3 = F2 + Fms1 = 76,3 + 9,8 = 86,1N b) Đối với bộ phận tạo hình chính Boä phaän taïo hình chính Boä phaän taïo hình ban ñaàu Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 16 - Lực ma sát sinh ra trên bộ phận tạo hình ban đầu : Fms2 = k×F3×cos85,75 = 2,6N Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình chính là : F4 = F3 + Fms2 = 86,1 + 2,6 = 88,7N 6. Lực ma sát sinh ra giữa bao và phễu cấp liệu Lực kéo cần có của động cơ sau cặp trục tạo nếp : F5 = F4/ηol2 = 90,5N Lực ma sát sinh ra trên phễu cấp liệu : Fms3 = k×F5×cos84,92 = 3,2N Như vậy lực kéo bao cần có sau bộ phận tạo hình chính là : F6 = F5 + Fms3 = 90,5 + 3,2 = 93,7N Lực kéo cần thiết của động cơ sau trục cuốn (trừ đi hao phí trên cặp ổ trượt của cặp con lăn dẫn bao trước encoder , cặp ổ trượt trên trục hàn bao , cặp ổ lăn trên trục cuốn bao) Pheãu caáp lieäu Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 17 - F7 = F6/(ηol×ηot2) = 98,6N 7. Trọng lượng của bao cà phê chưa cắt Trọng lượng này cùng chiều với lực kéo của động cơ , do đó nó có tác dụng giảm tải trọng nhưng lại biến đổi theo chu kỳ (khi có khi không) nên ta không tính đến khi xác định tải trọng . 8. Hao phí trên bộ truyền xích Hiệu suất của bộ truyền xích ηx = 0,96 Lực kéo cần có của động cơ sau bộ truyền xích là F8 = F7/ηx = 102,7N 9. Hao phí trên hộp giảm tốc Ta chọn động cơ tích hợp hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp . Như vậy , tổn thất trên hộp giảm tốc bao gồm tổn thất trên hai bộ truyền bánh răng (hiệu suất ηbr = 0,97 và tổn thất trên hai cặp ổ lăn ηol =0,99) . Từ các lực trên suy ra công suất trục công tác (công suất trên trục cuốn) : Plv = F7×v/1000 = 0,013 kW Plv – Công suất làm việc . Công suất trên trục ra của hộp giảm tốc P1 = Plv/ηx = 0,0136 kW Công suất trên trục động cơ P2 = P1/( ηbr2×ηol2) = 0,0148 kW Với công suất trên ta chọn động cơ (hoặc loại khác tương đương) Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 18 - Ngoài ra còn có lực cần thiết để quay mâm gạt bột , lực này phải đủ lớn để chống lại lực cản của khối lượng cà phê chứa trong thùng cấp liệu . III. Hệ thống thiết bị sử dụng khí nén của máy Máy được trang bị ba xylanh khí nén : - Xylanh đóng mở cửa cấp liệu . - Hai xylanh đóng mở bộ phận hàn-cắt . Các xylanh này đều là xylanh tác động kép , có thể tích nhỏ, hành trình ngắn và thời gian tác động nhanh được điều khiển bằng solenoid . Các xylanh và hệ thống dẫn khí phải ở trong tình trạng tốt để có thể hoạt động đúng nhịp sản xuất . Lực tác động của xylanh cấp liệu được tính dựa vào trọng lượng cà phê được cấp , trọng lượng hộp cấp liệu và lực ma sát giữa phần chuyển động và phần cố định của cơ cấu cấp liệu . Lực tác động của cặp xylanh hàn-cắt không lớn , do đó chỉ cần chọn bất kỳ xylanh nào có hành trình phù hợp . IV. Hệ thống nhiệt của máy Hệ thống nhiệt của máy bao gồm : - Cặp con lăn ép mí bao với khoảng trống bên trong mỗi trục dùng để gắn điện trở sinh nhiệt (điện trở không tiếp xúc với thành trong của trục con lăn nên không quay theo trục) - Cặp thanh nhiệt hàn đầu bao (cũng là bộ phận cắt bao) có lỗ dọc theo chiều dài thân để gắn điện trở sinh nhiệt . Nhiệt cung cấp cho cả hai bộ phận hàn này được tính làm sao để duy trì nhiệt độ của chúng ở nhiệt độ cần thiết để hàn bao (khoảng 160°C) tức là phải trừ đi lượng nhiệt mất mát do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh (gồm truyền vào không khí và truyền vào hộp chứa con lăn) . Ở đây do lượng nhiệt cung cấp cho bao gói không lớn nên ta có thể bỏ qua lượng nhiệt này hoặc chỉ cần nhân thêm hệ số khi tính toán . Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 19 - V. Hệ thống điều khiển Máy được điều khiển bằng PLC loại nhỏ (khoảng 8 ngõ vào và 4 ngõ ra) Hệ thống cảm biến bao gồm : - Cảm biến quang học loại phản xạ được đặt lên mí bao (gần trục con lăn cuốn) có nhiệm vụ xác định vị trí vạch định vị trên bề mặt bao . Phải đảm bảo khoảng cách của cảm biến đến bề mặt bao phù hợp để phát huy tốt khả năng của cảm biến , đồng thời phải che chắn để chống nhiễu . - Cảm biến từ (là một công tắc từ) đặt song song với đường tâm của bộ phận hàn- cắt có nhiệm cụ tiếp nhận tín hiệu từ của nam châm vĩnh cửu đặt trên bộ phận này để xác định thời điểm hai thanh nhiệt gặp nhau (thời điểm cắt) . - Encoder đo góc lấy tín hiệu từ trục con lăn ép có nhiệm vụ xác định khoảng sai lệch giữa hai bao liên tiếp (với 3 vạch định vị) từ đó cung cấp số liệu cho hệ thống tiến hành bù trừ sai số . Encoder dùng loại có độ phân giải từ 50 đến 100 * Mạch động lực : máy gồm hai động cơ ba pha không đồng bộ được điều khiển vận tốc bằng biến tần và đóng cắt bằng khởi động từ . Sơ đồ mạch động lực như sau Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 20 - Hình 10 M1 – Động cơ cuốn bao . M2 – Động cơ quay mâm gạt bột . T1 và T2 – Các tiếp điểm của khởi động từ . 1RN 2RN 3RN T1 Bieán taàn T2 3RN 2RN 1RN M1 M2 Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 21 - * Mạch điều khiển (dùng PLC) : Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 22 - Chú thích : - X1 : Tín hiệu xung của encoder . - X2 : Tín hiệu của cảm biến quang xác định vạch . - X3 : Tín hiệu của cảm biến từ xác định vị trí đóng của bộ phận hàn- cắt . - Y0 : Ngõ ra điều khiển đóng mở bộ phận hàn-cắt và cửa cấp liệu . Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 23 - Chương IV VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG I. Vận hành máy Khi vận hành máy cần thực hiện theo các bước sau : - Điều chỉnh lực ép giữa hai con lăn cuốn bao và hai con lăn hàn bao nếu cần thiết - Lắp cuộn bao gói vào trục đỡ , luồn qua các trục trung gian đến bộ phận tạo hình , tiếp tục cuốn qua cặp trục cuốn tạo nếp đến phễu cấp liệu . Tại đây , hai mí bao được chập lại rồi đưa qua cảm biến quang đến cặp trục con lăn hàn mí bao . Cuối cùng bao được luồn qua cặp con lăn cuốn bao - Kiểm tra độ căng của bao . - Cân chỉnh lại vị trí của bộ phận tạo hình nếu cần thiết . - Đóng cầu dao điện nguồn cung cấp cho máy . - Bậc công tắc tổng (công tắc an toàn) . - Kiểm tra đèn báo pha , chỉ cho máy hoạt động khi cả ba đèn báo pha sáng - Cho cụm mâm gạt hoạt động - Cho toàn bộ hệ thống hoạt động ở tốc độ nhỏ chờ cho nhiệt độ của hệ thống hàn đạt nhiệt độ yêu cầu và hệ thống bù trừ đi sai số ban đầu . - Kiểm tra lại nhiệt độ của các bộ phận hàn . - Cuối cùng cho máy hoạt động đúng công suất . - Thường xuyên theo dõi hoạt động của máy kết hợp với việc cấp liệu khi máy cấp gần hết cà phê trong thùng cấp liệu . Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 24 - II. Bảo dưỡng máy Để máy hoạt động tốt cần thực hiện các biện pháp sau : - Làm vệ sinh máy trước và sau mỗi ca làm việc . - Kiểm tra dầu mở của hộp giảm tốc và các trục cuốn . - Không để cà phê dính vào các bộ phận chuyển động của máy . - Thường xuyên kiểm tra hệ thống điện và đảm bảo máy không bị vô nước trong mọi trường hợp . - Kiểm tra định kỳ các bộ phận khí nén , hệ thống cấp nhiệt . Đồ án Môn học Tự động hóa sản xuất - 25 - Lời kết luận Tài liệu tham khao Mục lục