Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG HOÁ
1.1.Đặt vấn đề.
Trên thực tế ở mọi ngành sản xuất công nghiệp, mục tiêu năng suất lao động
được giải quyết bằng con đường gia tăng mức độ tự động hoá các quá trình và thiết
bò sản xuất. Việc tự động hoá có thể nhằm mục đích tăng sản lượng hoặc cải thiện
chất lượng và độ chính xác sản phẩm.
Tự động hoá sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý
của công nhân vận hành máy hoặc thiết bò thông qua hệ thống điều khiển. Những
hệ thống này có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn đònh mà
không cần hoặc cần ít sự can thiệp của con người. Điều này đòi hỏi hệ thống điều
khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát hoặc dừng quá trình theo yêu cầu
giám sát, hoặc đo đếm các giá trò các biến đã được xác đònh của quá trình nhằm đạt
kết quả mong muốn .
1.1.1.Tình hình phát triển ngành cơ khí tự động hoá trên thế giới
Ngành cơ khí tự động hoá trên thế giới đã phát triển nhanh chóng, đặc biệt là
khi có sự phát triển mạnh mẽ của các ngành kỹ thuật điện tử và máy tính. Ở các
nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật , Pháp ,Anh … việc ứng dụng tự động hoá
đã trở nên phổ biến trong các ngành sản xuất công nghiệp.
Những ứng dụng tự động hoá đã được ứng dụng không chỉ trong các ngành
sản xuất thông thông thường mà nó đã mang lại những thành tựu to lớn trong các
ngành sản xuất công nghệ cao như ngành sản xuất ô tô, máy bay và xa hơn là những
công trình nghiên cứu vũ trụ… Trong những lónh vực này yêu cầu về độ chính xác,
chất lượng sản phẩm là rất cao. Ngoài ra việc ứng dụng tự động hoá gần như là giải
pháp duy nhất khi thực hiện những nghiên cứu ở những nơi mà con người không thể
tiếp cận như việc nghiên cứu ở các đáy đại dương, các hành tinh xa xôi, hay những
nơi có các chất độc nguy hiểm gây hại đến sức khoẻ con người (chất phóng xạ ).
Trong công nghiệp khai thác than , dầu khí … đã được các nước công nghiệp phát
1
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Tuỳ theo năng suất yêu cầu cũng như đặc tính của loại chất lỏng cần chiết ta
có các thiết bò chiết khác nhau.
Hình 1.2. Máy chiết bán tự động
Khi cần chiết với năng suất cao thì các máy chiết tự động có thể có 2, 3, 6, 8
vòi chiết đồng thời và sử dụng thiết bò vận chuyển chai là băng tải, hoặc nếu kích
thước thùng chứa lớn có thể dùng hệ thống các con lăn để vận chuyển.
Hình 1.3. Hệ thống chiết 2 vòi phun
3
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Hình 1.4. Hệ thống chiết 4 vòi phun
1.2.2 Nhiệm vụ của đề tài:
Trong phạm vi luận văn tốt nghiệp của mình, em thực hiện thiết kế hệ thống
chiết nhớt tự động.
Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống chiết nhớt tự động:
- Năng suất : 1000 chai/ giờ.
- Dung tích bình chứa 1 lít.
- Đảm bảo khi chiết không bắn tung toé nhớt ra phạm vi xung quanh.
- Sử dụng 6 vòi chiết.
- Các chi tiết máy bảo đảm độ bền khi tiếp xúc với nhớt.
- Trong quá trình chiết chai được cấp tự động đến các vòi chiết bằng băng tải.
Hình 1.5. Hình dáng chai.
4
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Chương 2: QUY TRÌNH HỆ THỐNG CHIẾT NHỚT ĐỘNG
2.1. Phân tích quy trình của hệ thống.
trí của 6 chai, các chai phía sau sẽ chuyển động trượt trên băng tải, sau đó cơ cấu
đònh vò cổ chai được tác động, đồng thời với quá trình này thì tại cụm đònh lượng,
dầu đã được chảy xuống xy lanh đònh lượng, khi dầu đã được đònh lượng xong, piston
trong xy lanh đònh lượng sẽ chuyển động đi lên, đẩy dầu từ xy lanh đònh lượng sang
cụm chiết, thông qua van phân phối và vòi phun bên cụm chiết, dầu chảy vào chai.
Khi chiết xong, xy lanh thứ 2 lui lại để các chai tiếp tục chuyển động tới cụm cấp
nắp, khi đi qua cụm cấp nắp chai sẽ được chuyển sang cụm đóng nắp và sau đó sẽ
đến bộ phận khác (kiểm tra, đóng gói ).
2.4 Phân tích và lựa chọn phương án cho các cụm.
2.4.1 Cơ cấu vận chuyển chai.
Hiện nay có rất nhiều các thiết bò vận chuyển liên tục ( băng tải, gầu tải, xích
tải…) với nhiều kích thước khác nhau, chế tạo bởi các loại vật liệu khác nhau, phù
hợp cho các dạng vận chuyển vật liệu rời, vật liệu nóng, các sản phẩm đơn chiếc,
các thùng sản phẩm… trong đề tài cần vận chuyển chai nên sử dụng băng tải là phù
hợp.
a. Phương án truyền động 1.
6
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
3
2 1
4
5
7
6
Hình 2.3. Sơ đồ truyền động
1.Động cơ, 2. Khớp nối, 3.Bộ truyền đai, 4.Hộp giảm tốc, 5. Con lăn
trục dẫn động, 6. Băng tải, 7. Con lăn trục bò động.
Ưu điểm : Làm việc êm, hộp giảm tốc dễ chế tạo chính xác , có khả năng giữ
được an toàn khi quá tải nhờ khả năng trượt của đai.
của động cơ. Yêu cầu của hệ thống chiết là đảm bảo được năng suất, nhưng không
cần thiết phải có một giá trò vận tốc băng tải thật chính xác mà tốc độ băng tải có
thể nằm trong một phạm vi cho phép, chính vì thế ta có thể dễ dàng trong việc lựa
chọn động cơ trên thò trường . Từ những phân tích trên em quyết đònh chọn phương
án 3, tức là sử dụng động cơ đã có hộp giảm tốc .
2.4.2 Cụm chiết dầu.
Yêu cầu đặt ra :
Hệ thống có thể thay đổi vò trí các kết cấu cho phù hợp với một số loại bình
chứa.
Không để dầu bắn tung toé trong cũng như sau khi chiết.
Từ những yêu cầu trên em nhận thấy cần giải quyết các vấn đề sau khi thiết kế:
8
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
- Khoảng cách giữa các vòi phun có thể thay đổi tuỳ theo kích thước
chai cũng như đường kính cổ chai. Thuận lợi trong việc điều chỉnh các
vò trí khi lắp ráp.
- Khoảng cách từ miệng chai đến vòi phun có thể thay đổi cho phù hợp
với chiều cao từng loại chai.
- Có cơ cấu điều chỉnh để điều chỉnh dễ dàng tâm vòi phun và tâm
miệng chai khi có sự thay đổi kích thước miệng chai.
- Có cơ cấu đònh vò cổ chai để đảm bảo sự đồng tâm giữa tâm chai và
tâm vòi phun, trước khi quá trình phun được tiến hành.
- Có máng hứng dầu để hứng những giọt dầu từ vòi phun sau mỗi lần
phun.
Từ những phân tích trên các giải pháp thiết kế đã được đưa ra:
2.4.2.1 Các phương án thiết kế vòi phun.
Phương án 1. Vòi phun ngắn.
Hình 2.5. Vòi phun ngắn
Phạm vi sử dụng: phù hợp khi chiết các loại chất lỏng như : Nước uống, sữa,
chuyển ).Phương án này chí phí thấp hơn so với phương án 1, độ cứng vững cao, kết
cấu gọn hơn.
Từ hai phương án trên có thể thấy phương án 2 phù hợp hơn nên phương án 2
được lựa chọn.
4
3
2
1
5
6 7
Hình 2.8. Di chuyển bằng trục vít.
1. thanh đỡ van phân phối và vòi phun, 2. van phân phối, 3. vòi phun, 4.
khung đỡ các kết cấu cụm chiết, 5. đai ốc, 6. Trục vít, 7. Giá đỡ.
2.4.2.3 . Các phương án di chuyển cơ cấu đònh vò cổ chai và máng hứng dầu.
Phương án 1.
11
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
123
4 5
6
7
8
Hình 2.9. Cơ cấu di chuyển dùng bánh răng-thanh răng.
1.xy lanh khí nén, 2. khung đỡ xy lanh, 3. bánh răng, 4. thanh răng,
5.trục vít , 6. khối V đònh vò cổ chai, 7. khung đỡ khối V,
8. máng hứng dầu.
Hoạt động : Khi chưa chiết máng hứng dầu có nhiệm vụ hứng những giọt
nhớt từ các vòi phun. Khi các chai đã ở vò trí chuẩn bò chiết, xilanh khí nén tác động,
các bánh răng lăn trên thanh răng, đưa các khối V tiến vào đònh vò cổ chai.
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Hoạt động : Khi các chai đã được đònh vò, van phân phối mở để dầu thông từ
bình chứa dầu sang vòi phun chảy xuống chai. Khi đủ thể tích yêu cầu van phân
phối sẽ đóng lại.
Ưu điểm : Kết cấu đơn giản.
Nhược điểm : Do mức dầu trong bình chứa thay đổi liên tục, dẫn đến
tốc độ dòng chảy từ bình chứa sang chai cũng thay đổi, vì thế việc điều khiển đóng
mở van phân phối trong trường hợp này là rất khó, chính vì thế độ chính xác không
cao, và năng suất thấp.
Phương án 2.
Hoạt động: Trong khi các chai được đònh vò, Dầu từ thùng chứa qua van phân
phối 1 được nối thông với xy lanh, nhờ trọng lượng dầu chảy xuống xy lanh, khi dầu
đã được chứa đầy trong xy lanh, van phân phối 1 đóng lại, làm cho dầu thông từ xy
lanh qua ống dẫn dầu sang bộ phận chiết. Khi piston chuyển động đi lên sẽ đẩy dầu
sang bộ phân chiết.
Ưu, nhược điểm : Đònh lượng chính xác, dễ điều chỉnh, tuy nhiên kết cấu phức
tạp hơn so với phương án 1.
6 5 1
2
3
4
Hình 2.12. Đònh lượng dùng xy lanh.
1. Van phân phối, 2. ống dẫn dầu, 3. xilanh chứa dầu, 4. piston của
xilanh, 5. van khoá, 6. thùng chứa dầu.
14
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Từ những phân tích trên, do yêu cầu về độ chính xác khi đònh lượng là rất cần
thiết nên phương án 2 được lựa chọn.
1
2
Hình 2.14. Bộ phận cấp nắp.
1. Thùng chứa nắp, 2. động cơ, 3. máng dẫn nắp, 4. nắp.
Hoạt động : Trong quá trình cấp nắp, động cơ sẽ quay để gạt các nắp, làm
các nắp chuyển động trong thùng chứa, do cấu tạo đặc biệt của thùng chứa chỉ cho
phép nắp trượt xuống máng dẫn theo một chiều (lật ngửa), những nắp nằm úp không
thể thoát xuống máng trượt được và tiếp tục chuyển động trong thùng, những nắp
trong máng trượt được lật úp nhờ bán kính cong của máng dẫn, các nắp trượt xuống
được một phần do trọng lực của nắp, một phần do lực đẩy của các nắp phía sau. Các
nắp khi chuyển động đến cuối máng dẫn được giữ lại bởi lò xo, đến khi các chai
chứa dầu đi qua và nắp được lấy đi. Trong quá trình động cơ quay các nắp được cấp
ngày càng nhiều, trong khi lực của lò xo giữ ở cuối máng là nhỏ để đảm bảo chai có
thể kéo nắp đi theo mà nắp không bò bật ra ( do lực đàn hồi của lò xo ), chính vì thế
cần phải dừng động cơ khi các nắp ở trong máng đã đầy, tránh lực đẩy giữa các nắp
lớn có thể làm bung lò xo giữ. Để biết chính xác khi nào nên dừng động cơ ta lắp
một thiết bò cảm biến quang trên máng lật nắp, nhằm phát hiện khi nắp đã đầy
máng, và kích tín hiệu làm dừng động cơ, sau đó khi nắp trong máng vơi đi cảm biến
lại có nhiệm vụ kích động cơ hoạt động.
16
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Hình 2.15. Sơ đồ cấp nắp nắp.
Một vài phương án cấp nắp:
Phương án 1: Cấp nắp theo bàn xoay.
Hoạt động : Các chai được băng tải vận chuyển tới bàn xoay ( bàn xoay có
kết cấu tuỳ theo hình dáng chai), khi chai đã vào vò trí, do bàn xoay chuyển động
làm chai di chuyển sang vò trí 2 (trong lúc này các chai phía sau tiếp tục tiến vào
bàn xoay ), tại vò trí 2 chai được cấp nắp sau đó chai được chuyển sang các vò trí 3,4.
Tại hai vò trí này xy lanh xoay sẽ chuyển động đi xuống để vặn nắp chai. Sau khi
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
2.4.4.2 Cụm đóng nắp.
Xy lanh 2
Xy lanh 1
Hệ thống băng tải
Cảm biến đếm chai
Hình 2.18. Sơ đồ hoạt động của cụm đóng nắp
Hoạt động : Khi cảm biến thứ nhất có tín hiệu (nhận ra chai ), xy lanh khí nén
thứ 2 sẽ tác động để đẩy tấm dữ ra, nhằm chặn chai dừng lại. Sau khi đếm đủ 2 chai
thì xy lanh khí nén thứ nhất cũng tác động đẩy tấm chặn ra, nhằm đònh vò 2 chai.
Tiếp theo xy lanh khí nén xoay phía trên di chuyển xuống, bộ phận tạo ma sát ở đầu
mỗi xy lanh sẽ giữ cố đònh nắp chai, khí nén được cấp vào trong xy lanh làm xy lanh
xoay và nắp được đóng lại. Sau khi nắp được đóng, xy lanh khí nén xoay được rút
lên, xy lanh chặn sau lui về, cho phép các chai chuyển động tiếp tục trên băng tải,
khi cảm biến phía sau đếm đủ hai chai, xy lanh khí nén phía trước sẽ lui lại để
chuẩn bò cho lần đóng nắp tiếp theo.
Bộ phận tạo ma sát :
11
2
Hình 2.19. Ống tạo ma sát.
Cấu tạo của bộ phận tạo ma sát : bao gồm hai phần, ống phía ngoài được gắn
với piston của xy lanh khí nén xoay. Ống trong được làm bằng vật liệu cao su, khi
ống này ôm chặt lấy nắp, ma sát tạo ra làm cho nắp không bò trượt khi piston xoay.
19
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Các yêu cầu đặt ra khi thiết kế cụm đóng nắp:
- Vò trí tương đối của xy lanh xoay và nắp điều chỉnh được khi lắp ráp
cũng như trong trường hợp kích thước chai thay đổi.
Phương án 2:
6
5
8
7
4
3
2
1
9
10
Hình 2.21. Kết cấu sơ bộ.
1. Trụ đỡ, 2. tấm đỡ xy lanh, 3.tấm đỡ, 4. tấm đỡ xy lanh xoay, 5. xy lanh xoay, 6. bộ
phận tạo ma sát, 7. tấm đế, 8. rãnh ngang, 9. rãnh đứng, 10. xy lanh khí nén.
Hoạt động : Khi cần điều chỉnh vò trí tương đối giữa các xy lanh xoay, ta chỉ
cần dòch chuyển chúng theo rãnh 8, sau đó cố đònh vò trí của chúng bằng bulông. Khi
cần điều chỉnh khoảng cách giữa nắp chai và bộ phận tạo ma sát ta dòch chuyển tấm
đỡ 4 theo rãnh 9 nằm trên tấm đỡ 3, sau đó cố đònh bằng bulông. Khi các chai đã
được đònh vò, piston của xy lanh 10 chuyển động đi xuống để tiến hành đóng nắp,
tương tự như phương án trên.
Ưu, nhược điểm : kết cấu này khá đơn giản, chi phí thấp hơn so với phương án
1, nhưng độ cứng vững không cao bằng phương án 1.
Do lực cần thiết để thực hiện quá trình đóng nắp là không lớn, hai xy lanh khí
nén xoay cũng không nặng lắm , chính vì thế để đơn giản trong thiết kế cũng như
21
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
Luận văn tốt nghiệp GVHD : Th.S Trần Vũ An
chế tạo, phương án 2 đã được lựa chọn, tuy nhiên có bổ sung thêm một vài gân tăng
cứng để nâng cao độ cứng vững của kết cấu.
2.5 Tổng hợp các phương án thiết kế được lựa chọn.
3.1.1 Vận tốc băng tải tại cụm chiết.
Năng suất : Q = 1000 chai/h.
Kích thước chai( theo chiều di chuyển ) : L = 110 mm.
Sơ bộ thời gian tác động của các xy lanh:
Xy lanh chặn chai : t
1
= 0.5s.
Xy lanh đóng mở vòi phun: t
2
= 0.5s.
Xy lanh đònh vò cổ chai : t
3
= 2s.
Xy lanh đẩy dầu: t
4
= 10s.
Số vòi phun : n = 6.
Số lần chiết trong 1 h :
m = Q/n = 1000/6 = 167 (lần).
Vậy thời gian cho mỗi lần chiết là :
T = 3600/167 = 22 s.
Quy trình phun dầu như đã được trình bày sơ bộ ở phần trước. Khi cảm biến
đếm chai thứ nhất đếm đủ 3 chai, xy lanh chặn chai phía sau đi ra để chặn chai. Khi
đủ 6 chai, xy lanh chặn chai phía trước đi ra chặn chai lại. Sau đó xy lanh đònh vò cổ
chai tác động, xy lanh đóng, mở vòi phun được mở, xy lanh đẩy dầu từ cụm đònh
lượng hoạt động, đẩy dầu vào chai. Sau khi chai được điền đầy, xy lanh chặn chai
phía sau lui lại để các chai chứa dầu tiếp tục chuyển động trên băng tải, khi cảm
biến đếm chai phía sau đếm đủ 3 chai, xy lanh chặn chai phía trước sẽ lui lại, cho
phép các chai phía sau chuyển động vào vò trí phun. Quá trình tiếp tục .
T là thời gian tổng cộng của các cơ cấu tác động trong 1 lần chiết.
π
≈ 32 (vòng/phút).
3.1.2 Vận tốc băng tải tại cụm đóng nắp.
Vấn đề : Dây chuyền chiết hoạt động đồng bộ, từ quá trình chiết đến quá
trình đóng nắp. Để tránh tình trạng ùn tắc chai ở phía trước cụm đóng nắp thì tốc độ
đóng nắp phải nhanh, tức là có thể đóng xong 6 chai ngay sau mỗi lần chiết.
Số xy lanh đóng nắp : n = 2.
Thời gian sơ bộ các xy lanh tác động ở cụm đóng nắp:
Thời gian xy lanh chặn chai : t
1
= 0.5 s.
Thời gian đóng nắp : t
2
= 1.5 s.
Thời gian cho mỗi lần đóng nắp :
T = t + 3t
1
+ 2t
2
= t + 1.5 + 3 = t + 4.5.
Trong đó T < 22/3 = 7s.
Chọn T = 6 s.
t = 6- 4.5 = 1.5 s.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©