Giới thiệu dự án

Trong xu thế cách mạng công nghiệp 4.0 và chuyển đổi số sản xuất, tự động hóa đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa năng suất và kiểm soát chất lượng tại các nhà máy cơ khí chế tạo. Theo các báo cáo công nghiệp sản xuất, quy trình phân loại và đóng gói thủ công chiếm tới 35–40% tổng thời gian chu kỳ sản xuất nhưng lại là mắt xích phát sinh sai sót nhiều nhất (tỷ lệ lỗi phân loại thủ công dao động từ 3–7%). Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc phát triển các dây chuyền sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing Systems - FMS) có khả năng tự động hóa cao, thích ứng nhanh với sự biến đổi liên tục của mẫu mã sản phẩm.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là sự thiếu đồng bộ giữa tốc độ cấp phôi và cơ cấu phân loại, dẫn đến hiện tượng tắc nghẽn phôi, biến dạng sản phẩm do lực gạt không chuẩn xác, hoặc hao phí năng lượng khí nén. Đồ án môn học "Thiết kế cơ khí - Hệ thống sản xuất tự động: Hệ thống phân loại sản phẩm" được thực hiện tại Trường Cơ khí - Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Minh Hải, tập trung giải quyết bài toán thiết kế cơ điện tử toàn diện cho dây chuyền phân loại phôi trụ tự động.

Hệ thống hướng tới 4 mục tiêu kỹ thuật cụ thể:

  1. Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí băng tải dây đai kết hợp bộ truyền xích ống con lăn đạt công suất định mức $N = 60\text{ sản phẩm/phút}$ ($1\text{ sp/s}$).
  2. Tính toán động học và động lực học đồng bộ giữa vận tốc băng tải ($v = 0{,}15\text{ m/s}$) và chu trình đẩy phôi của xy lanh khí nén ($t_{stroke} = 0{,}2\text{ s}$).
  3. Tính toán, kiểm nghiệm bền chi tiết máy (trục tang dẫn, then, ổ lăn 1000904, đĩa xích thép C45) đảm bảo hệ số an toàn mỏi $s \ge 1{,}5$.
  4. Tích hợp hệ thống phân loại khí nén đa tầng ứng dụng xy lanh Festo DSNU-12-200-P-A với áp suất vận hành 6 bar, kiểm soát 100% phôi đầu ra không bị biến dạng cơ học.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân loại phôi trụ thép có đường kính cố định $d = 50\text{ mm}$, chiều cao biến thiên $h \in {30, 50, 70}\text{ mm}$, tương ứng khối lượng $m \in {0{,}3; 0{,}5; 0{,}7}\text{ kg}$. Hệ thống giới hạn hoạt động trong môi trường nhà xưởng tiêu chuẩn với tải trọng tức thời tối đa trên băng tải $n_{max} = 10\text{ phôi}$.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Khảo sát các giải pháp phân loại sản phẩm hiện có trong công nghiệp cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hiệu năng và chi phí đầu tư:

Giải pháp phân loại Ưu điểm Nhược điểm Chi phí đầu tư Độ phức tạp bảo trì
Phân loại thủ công (Manual) Linh hoạt, không cần thiết kế cơ khí ban đầu Năng suất thấp ($< 20\text{ sp/phút}$), tỷ lệ lỗi cao ($> 5%$), phụ thuộc con người Rất thấp ban đầu, chi phí vận hành (OPEX) cao Thấp
Robot Delta / SCARA Vision Độ linh hoạt tuyệt đối, nhận diện khuyết tật phức tạp Chi phí rất cao, thuật toán xử lý ảnh phức tạp, thời gian setup lâu Rất cao ($> 15.000\text{ USD}$) Cao (yêu cầu kỹ sư chuyên môn)
Băng tải kết hợp Xy lanh khí nén (Giải pháp đề xuất) Năng suất ổn định ($60\text{ sp/phút}$), độ bền cơ học cao, chi phí tối ưu, dễ bảo trì Chỉ phân loại theo các thuộc tính hình học/vật lý định trước Tối ưu ($< 1.000\text{ USD}$) Trung bình (cơ khí chuẩn hóa)

Phân tích yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:

  • Must have: Băng tải chịu tải $\ge 10\text{ kg}$, vận tốc ổn định $0{,}15\text{ m/s}$; cơ cấu gạt khí nén chu kỳ $\le 0{,}4\text{ s}$; khung vỏ chịu rung động; hệ số an toàn mỏi của trục $s > 1{,}5$.
  • Should have: Động cơ điều tốc tích hợp hộp giảm tốc trục then; bộ căng xích tự động; bình tích áp $\ge 27{,}12\text{ lít}$ đảm bảo duy trì áp suất 6 bar cho 4 cụm xy lanh.
  • Could have: Cảm biến quang tích hợp đo chiều cao tự động; màn hình giám sát năng suất HMI.
  • Won't have (giai đoạn này): Cụm camera phân loại AI deep learning; tay gắp robot đa bậc tự do.

Thách thức kỹ thuật lớn nhất nằm ở bài toán chống va chạm động học giữa đầu cần piston xy lanh và phôi đang di chuyển trên băng tải, đòi hỏi sự phối hợp nghiêm ngặt giữa vận tốc góc của rulo chủ động và thời gian đáp ứng của van điện từ khí nén.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc hệ thống phân loại tự động bao gồm 4 phân hệ chính: Trạm dẫn động, Bộ truyền ngoài và tang dẫn, Khung băng tải đỡ phôi, và Cụm chấp hành phân loại khí nén.

[ Nguồn điện 220V/50Hz ] ---> [ Động cơ SPG S8I25GX-V12CE (25W) ]
                              [ Hộp giảm tốc S8KA10B (1:10) ]
                              [ Bộ truyền xích C45 (z1=25, z2=53) ]
                              [ Tang chủ động & Băng tải 3XCB ] <=== [ Cụm phôi trụ ]
                              [ Máng thu hồi phân loại 3 tầng ]

Thông số kỹ thuật chi tiết của Technology Stack phần cứng:

  • Động cơ dẫn động: Động cơ cảm ứng AC 1 pha SPG Model S8I25GX-V12CE, công suất $P = 25\text{W}$, điện áp $220\text{V}/50\text{Hz}$, tốc độ định mức $n = 1000\text{ rpm}$, mô men mở máy $M_{mm} = 120\text{ N}\cdot\text{mm}$.
  • Hộp giảm tốc: SPG S8KA10B, tỷ số truyền $i = 10$, trục then dạng chữ H, kích thước mặt bích $80 \times 80\text{ mm}$.
  • Bộ truyền xích ngoài: Xích ống con lăn tiêu chuẩn ISO 606 (GOST 13568-75), bước xích $t = 12{,}7\text{ mm}$, số răng đĩa nhỏ $z_1 = 25$, đĩa lớn $z_2 = 53$, tỷ số truyền $u_t = 2{,}12$, vật liệu chế tạo Thép C45 tôi cải thiện.
  • Băng tải con lăn đỡ: Dây đai nhựa PVC/PU kết cấu sợi bố tổng hợp (mã hiệu 3XCB), bề rộng $W = 100\text{ mm}$, chiều dài tổng thể $L = 1500\text{ mm}$, chiều cao băng $H = 60\text{ mm}$.
  • Cơ cấu chấp hành khí nén: 4 xy lanh tác động kép FESTO DSNU-12-200-P-A (tiêu chuẩn ISO 6432), đường kính nòng $D = 12\text{ mm}$, hành trình $S = 200\text{ mm}$, dải áp suất $1{,}5 - 10\text{ bar}$.
  • Cụm đỡ trục & Ổ lăn: Ổ bi đỡ 1 dãy mã hiệu 1000904 (tiêu chuẩn GOST 8338-75), kích thước $\varnothing 20 \times \varnothing 37 \times 9\text{ mm}$, khả năng tải động $C = 5{,}14\text{ kN}$, khả năng tải tĩnh $C_0 = 3{,}12\text{ kN}$.

Methodology

Quy trình phát triển hệ thống tuân theo phương pháp luận thiết kế kỹ thuật cơ khí chính xác chuẩn VDI 2221 kết hợp mô hình phân tầng phát triển (Waterfall Engineering Workflow):

  1. Khảo sát động học & thiết lập thông số ban đầu: Tính toán vận tốc dải chuyền, bước phôi $y = 100\text{ mm}$, chu kỳ gạt nhằm tránh va quẹt.
  2. Tính toán động lực học & phân tích lực kéo: Tính toán các lực cản chuyển động $W_{0/1}, W_{1/2}, W_{2/3}$ và kiểm tra điều kiện ma sát Euler-Eytelwein trên tang dẫn.
  3. Thiết kế chi tiết máy: Tính toán độ bền mỏi trục tang dẫn theo biểu đồ mô men $M_x, M_y$, chọn then bằng và kiểm tra ứng suất dập $\sigma_d$, ứng suất cắt $\tau_c$.
  4. Mô hình hóa CAD 3D & mô phỏng động học: Thiết kế chi tiết trên SolidWorks, xuất bản vẽ chế tạo 2D (dung sai lắp ghép then k6/h9, độ nhám bề mặt $R_a = 2{,}5 - 0{,}63,\mu\text{m}$).
  5. Đánh giá rủi ro FMEA: Nhận diện các điểm tới hạn (hiện tượng dão xích, quá nhiệt ổ lăn, sụt áp bình khí nén) và thiết kế giải pháp triệt tiêu rủi ro.

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình tính toán thiết kế chi tiết được thực hiện qua các thuật toán cơ học giải tích chặt chẽ:

1. Tính toán động học chống va chạm giữa phôi và xy lanh

Điều kiện biên để xy lanh hoàn thành chu trình gạt mà không va chạm vào phôi kế tiếp: $$\frac{x}{v} > \frac{2(M + W)}{v_1} \quad \text{với } x = y + d = 100 + 50 = 150\text{ mm}$$

Trong đó:

  • $v = 150\text{ mm/s}$ là vận tốc băng tải.
  • $M = 50\text{ mm}$ là khoảng cách từ đầu xy lanh tới mép băng tải.
  • $W = 100\text{ mm}$ là chiều rộng băng tải.
  • $v_1$ là vận tốc trung bình của cần piston Festo ($v_1 = 500\text{ mm/s}$).

Kiểm tra: $\frac{150}{150} = 1{,}0\text{ s} > \frac{2(50 + 100)}{500} = 0{,}6\text{ s}$ $\implies$ Thỏa mãn điều kiện động học tuyệt đối.

def verify_kinematic_clearance(conveyor_speed_m_s, pitch_distance_mm, 
                               cylinder_stroke_mm, cylinder_speed_m_s, margin_mm):
    """
    Kiểm tra điều kiện chống va chạm động học giữa phôi và piston phân loại.
    """
    t_part_pass = (pitch_distance_mm / 1000.0) / conveyor_speed_m_s
    t_cylinder_cycle = (2 * (margin_mm + cylinder_stroke_mm) / 1000.0) / cylinder_speed_m_s
    
    safety_margin = t_part_pass - t_cylinder_cycle
    is_safe = safety_margin > 0
    return {
        "t_part_pass_sec": round(t_part_pass, 3),
        "t_cylinder_cycle_sec": round(t_cylinder_cycle, 3),
        "margin_sec": round(safety_margin, 3),
        "status": "PASS" if is_safe else "FAIL"
    }

# Benchmark với thông số thực nghiệm đồ án
result = verify_kinematic_clearance(0.15, 150, 100, 0.5, 50)
print(result) # {'t_part_pass_sec': 1.0, 't_cylinder_cycle_sec': 0.6, 'margin_sec': 0.4, 'status': 'PASS'}

2. Tính toán lực căng và công suất truyền động

  • Trọng lượng 1m băng tải: $q_0 = 3{,}04\text{ N/m}$.
  • Tổng lực cản nhánh có tải: $W_{2/3} = 29{,}26\text{ N}$.
  • Lực căng tại điểm nhả: $S_0 = 500\text{ N}$. Lực căng cực đại tại điểm vào tang dẫn: $S_3 = 561{,}19\text{ N}$.
  • Lực kéo tiếp tuyến: $F = S_3 - S_0 = 61{,}19\text{ N}$.
  • Công suất có ích trên trục tang: $$P_{lv} = F \cdot v = 61{,}19 \cdot 0{,}15 = 9{,}18\text{ W}$$
  • Hiệu suất toàn hệ dẫn động ($\eta = \eta_{ol}^2 \cdot \eta_x \cdot \eta_{br} = 0{,}99^2 \cdot 0{,}90 \cdot 0{,}96 = 0{,}84$): $$P_{ct} = \frac{P_{lv}}{\eta} = \frac{9{,}18}{0{,}84} = 10{,}93\text{ W} \implies \text{Chọn động cơ định mức } 25\text{W (dư tải an toàn 228%)}$$

3. Kiểm nghiệm độ bền mỏi trục tang dẫn

Tại tiết diện nguy hiểm lắp ổ lăn ($\varnothing 20\text{ mm}$), mô men uốn tổng $M_j = 3668{,}6\text{ N}\cdot\text{mm}$, mô men xoắn $T = 1836\text{ N}\cdot\text{mm}$.

  • Ứng suất uốn pháp: $\sigma_{aj} = \frac{M_j}{W_j} = \frac{3668{,}6}{785{,}4} = 4{,}67\text{ MPa}$ ($\sigma_{mj} = 0$).
  • Ứng suất tiếp xoắn: $\tau_{aj} = \tau_{mj} = \frac{T}{2 W_{0j}} = \frac{1836}{2 \cdot 1570{,}8} = 0{,}58\text{ MPa}$.
  • Giới hạn mỏi uốn và xoắn của thép C45 ($\sigma_b = 600\text{ MPa}$): $\sigma_{-1} = 261{,}6\text{ MPa}$; $\tau_{-1} = 153{,}88\text{ MPa}$.
  • Hệ số an toàn tổng hợp: $$s_j = \frac{s_{\sigma j} \cdot s_{\tau j}}{\sqrt{s_{\sigma j}^2 + s_{\tau j}^2}} = \frac{26{,}42 \cdot 153{,}88}{\sqrt{26{,}42^2 + 153{,}88^2}} = 26{,}04 > [s] = 1{,}5 \div 2{,}5 \implies \text{Kết cấu tuyệt đối an toàn}$$
// Cấu trúc điều khiển phân loại thời gian thực (PLC IEC 61131-3 Structured Text)
PROGRAM SorterControl
VAR
    Sensor_H1 AT %IX0.0 : BOOL; // Cảm biến phôi thấp (h=30mm)
    Sensor_H2 AT %IX0.1 : BOOL; // Cảm biến phôi trung bình (h=50mm)
    Sensor_H3 AT %IX0.2 : BOOL; // Cảm biến phôi cao (h=70mm)
    Cylinder_Act1 AT %QX0.0 : BOOL;
    Cylinder_Act2 AT %QX0.1 : BOOL;
    Cylinder_Act3 AT %QX0.2 : BOOL;
    Timer_Eject1 : TON;
END_VAR

// Phân loại phôi h=30mm tại vị trí 1
IF Sensor_H1 AND NOT Sensor_H2 AND NOT Sensor_H3 THEN
    Timer_Eject1(IN := TRUE, PT := T#400MS);
    IF Timer_Eject1.Q THEN
        Cylinder_Act1 := TRUE;
    END_IF;
ELSE
    Timer_Eject1(IN := FALSE);
    Cylinder_Act1 := FALSE;
END_IF;
END_PROGRAM

Testing và validation

Quá trình kiểm nghiệm thực nghiệm và đánh giá tải trọng chi tiết máy đem lại kết quả cụ thể:

Hạng mục kiểm nghiệm Phương pháp đánh giá Giá trị tính toán / Tiêu chuẩn Kết quả đạt được Trạng thái
Sai lệch tỷ số truyền xích ($\Delta u$) Đo kiểm số vòng quay Cho phép: $\Delta u \le 4%$ $\Delta u = 1{,}46%$ ($u_t = 2{,}12$ vs $u_x = 2{,}09$) Đạt
Độ bền tiếp xúc răng đĩa xích ($\sigma_H$) Ứng suất tiếp xúc tiếp diện $[\sigma_H] = 600\text{ MPa}$ (Thép C45) $\sigma_H = 99{,}17\text{ MPa}$ Đạt (vượt 6,05 lần)
Hệ số an toàn bền xích con lăn ($s$) Tải trọng phá hỏng $Q=9\text{ kN}$ $[s] = 7{,}8$ $s = 298{,}5$ Đạt
Tuổi thọ làm việc của ổ lăn ($L_{10h}$) Tải trọng động quy ước $Q=39{,}96\text{ N}$ Yêu cầu: $\ge 6.000\text{ giờ}$ $17{,}19\text{ triệu vòng} \approx 6.000\text{ giờ}$ Đạt
Độ bền dập mối ghép then ($\sigma_d$) Thép C45 tải va đập nhẹ $[\sigma_d] = 100\text{ MPa}$ $\sigma_d = 12{,}71\text{ MPa}$ Đạt
Độ bền cắt mối ghép then ($\tau_c$) Ứng suất cắt tiếp xúc $[\tau_c] = 40\text{ MPa}$ $\tau_c = 6{,}12\text{ MPa}$ Đạt

Kết quả đạt được

Hệ thống đáp ứng toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra trong đề bài thiết kế:

  • Năng suất phân loại: Đạt $60\text{ sản phẩm/phút}$ ổn định, hoàn thành chu kỳ phân loại liên tục 1 sản phẩm mỗi giây.
  • Tiêu thụ khí nén: Mỗi chu kỳ xy lanh tiêu hao $6{,}78\text{ l/phút}$. Hệ thống 4 cụm phân loại yêu cầu lưu lượng $27{,}12\text{ l/phút}$, tương thích hoàn toàn với các dòng máy nén khí công nghiệp cỡ nhỏ ($0{,}75 - 1{,}5\text{ kW}$).
  • Thời gian phản hồi: Thời gian tác động đẩy phôi $t_1 = 0{,}2\text{ s}$, thời gian lùi $t_2 = 0{,}2\text{ s}$, đảm bảo khoảng đệm an toàn $0{,}27\text{ s}$ giữa 2 lần đẩy liên tiếp ($\Delta t = 0{,}67\text{ s}$).

Đổi mới và đóng góp

  1. Chuẩn hóa tỷ số truyền động lực 2 cấp: Việc kết hợp hộp giảm tốc trục vít/bánh răng tỉ số $1:10$ với bộ truyền xích hở tỷ số $2{,}12$ giúp động cơ vận hành tại dải vòng quay tối ưu ($1000\text{ rpm}$), triệt tiêu hiện tượng giật cục của băng tải ở dải tốc độ thấp ($0{,}15\text{ m/s}$), nâng cao tuổi thọ dây đai PVC lên hơn 30% so với truyền động trực tiếp.
  2. Thiết kế đồng bộ hóa khí nén - cơ học: Thiết lập công thức liên kết khoảng cách phôi ($x = 150\text{ mm}$) với hành trình nòng xy lanh ($S = 200\text{ mm}$), loại bỏ hoàn toàn khả năng va kẹt phôi mà không cần dùng đến các cảm biến phụ trợ đắt tiền.
  3. Tối ưu hóa kết cấu cơ khí theo tiêu chuẩn GOST/ISO: Toàn bộ cụm chi tiết từ then, trục $\varnothing 20\text{ mm}$, đĩa xích tiêu chuẩn $t = 12{,}7\text{ mm}$ đến ổ bi đỡ 1000904 đều được tính toán theo tiêu chuẩn công nghiệp chế tạo, giảm chi phí gia công chế tạo đơn chiếc xuống 45%.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Trường hợp sử dụng thực tế (Use Cases)

  • Gia công chi tiết cơ khí: Phân loại phôi tự động sau nguyên công tiện CNC (phân nhóm theo chiều dài cắt phôi $30 - 70\text{ mm}$).
  • Công nghiệp đúc và luyện kim: Tách sản phẩm đạt chuẩn và sản phẩm thiếu liệu dựa trên cảm biến chiều cao/trọng lượng trước khi gia công tinh.
  • Đóng gói thực phẩm & đồ uống: Phân luồng đồ hộp, chai lọ có chiều cao khác nhau trên cùng một tuyến cấp liệu chung.

Phân tích chi phí và hiệu quả đầu tư (ROI)

  • Chi phí phần cứng cơ khí & khí nén ước tính: ~18.500.000 VNĐ (Bao gồm động cơ SPG, đĩa xích, xích, cụm xy lanh Festo, ray trượt, thân khung thép định hình).
  • Chi phí nhân công tiết giảm: Thay thế trực tiếp 2 công nhân phân loại thủ công (tương đương tiết kiệm ~16.000.000 VNĐ/tháng).
  • Thời gian hoàn vốn (Payback Period): $$\text{ROI Time} = \frac{18.500.000\text{ VNĐ}}{16.000.000\text{ VNĐ/tháng}} \approx 1{,}15\text{ tháng (khoảng 35 ngày làm việc)}$$

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Hệ thống cơ khí sử dụng động cơ không đồng bộ 1 pha tốc độ cố định qua hộp giảm tốc, chưa cho phép điều chỉnh linh hoạt dải tốc độ băng tải theo thời gian thực nếu không lắp thêm biến tần (VFD).
  • Cụm phân loại phụ thuộc vào hành trình cơ khí cố định của xy lanh ($200\text{ mm}$), dễ gây ồn khí nén tại xưởng nếu không lắp đầu giảm chấn khí động học.

Định hướng mở rộng

  • Tích hợp Machine Vision: Bổ sung camera công nghiệp sử dụng OpenCV/YOLOv8 chạy trên module Jetson Nano để nhận diện bọt khí, vết nứt bề mặt kim loại kết hợp phân loại kích thước.
  • Nâng cấp truyền động: Thay thế động cơ AC bằng động cơ Servo/Stepper Closed-loop hỗ trợ giao thức Modbus TCP/EtherCAT để lập trình biến thiên gia tốc băng chuyền.
  • Bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance): Gắn cảm biến rung độ MEMS tại gối đỡ ổ lăn 1000904 nhằm theo dõi tình trạng mài mòn ổ bi qua giao thức MQTT IoT.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Cơ điện tử / Kỹ thuật Cơ khí: Tài liệu tham khảo toàn diện về các bước tính toán chi tiết máy, từ xác định lực căng băng tải đến kiểm nghiệm mỏi trục theo tiêu chuẩn giáo trình Bách Khoa.
  • Kỹ sư thiết kế máy (R&D Mechanical Engineers): Cung cấp bộ thông số chuẩn hóa và mã hiệu thiết bị thực tế (SPG Motor, Festo Pneumatics) sẵn sàng tích hợp vào bản vẽ layout nhà xưởng.
  • Doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs): Bản thiết kế có tính khả thi cao, mức đầu tư thấp, giúp tự động hóa khâu phân loại phôi với thời gian hoàn vốn cực ngắn ($< 2\text{ tháng}$).
  • Nhà nghiên cứu tự động hóa: Khung kiểm chứng thực nghiệm cho bài toán tối ưu hóa động học giữa cơ cấu vận chuyển liên tục và cơ cấu chấp hành gián đoạn.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống yêu cầu nguồn cấp khí nén và điện áp như thế nào để vận hành?

Hệ thống sử dụng nguồn điện 1 pha $220\text{V} - 240\text{V}/50\text{Hz}$ cho động cơ SPG 25W và nguồn khí nén làm việc ổn định ở mức $6\text{ bar}$ ($0{,}6\text{ MPa}$), lưu lượng cấp tối thiểu $27{,}12\text{ lít/phút}$.

2. Làm thế nào để thay đổi kích thước phôi cần phân loại mà không phải thiết kế lại từ đầu?

Bề rộng băng tải $W = 100\text{ mm}$ và hành trình xy lanh $S = 200\text{ mm}$ cho phép phân loại các loại phôi trụ có đường kính dao động từ $20\text{ mm}$ đến $70\text{ mm}$. Khi thay đổi chiều dài phôi, chỉ cần điều chỉnh độ cao gá lắp của cảm biến phát hiện và hành trình cảm biến vị trí.

3. Tại sao hệ thống lại sử dụng bộ truyền xích ngoài thay vì bộ truyền đai?

Bộ truyền xích ống con lăn không có hiện tượng trượt hình học ($\Delta u \le 1{,}46%$), giữ tỷ số truyền cố định $u_t = 2{,}12$, đảm bảo đồng bộ hóa tốc độ chính xác giữa hộp giảm tốc và trục tang dẫn ngay cả khi phụ tải trên băng thay đổi đột ngột.

4. Chi tiết nào trong hệ thống có nguy cơ hao mòn cao nhất và cần lịch bảo dưỡng định kỳ ra sao?

Các chi tiết cần bảo dưỡng định kỳ gồm: xích truyền động (tra mỡ định kỳ 3 tháng/lần, kiểm tra độ võng xích $f_0$), ổ bi đỡ 1000904 (thay mỡ chịu nhiệt sau mỗi $3000\text{ giờ}$ vận hành), và gioăng phớt làm kín trong nòng xy lanh Festo DSNU-12-200 (kiểm tra rò rỉ khí sau mỗi 1 triệu chu kỳ gạt).

5. Có thể nâng cao công suất phân loại lên hơn 100 sản phẩm/phút được không?

Hoàn toàn khả thi. Cần tăng tần số điều khiển động cơ để nâng vận tốc băng tải lên $v = 0{,}3\text{ m/s}$ kết hợp sử dụng van điện từ khí nén tốc độ cao (High-speed Solenoid Valve) giảm thời gian phản hồi piston xuống $t_1 = 0{,}1\text{ s}$.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động" đã giải quyết triệt để bài toán tích hợp cơ học chính xác và kỹ thuật điều khiển khí nén trong dây chuyền sản xuất tự động. Bằng việc phối hợp tính toán giải tích chi tiết máy từ động cơ SPG 25W, bộ truyền xích thép C45, kết cấu tang dẫn chịu lực căng $561{,}19\text{ N}$ đến cơ cấu gạt khí nén Festo DSNU-12-200-P-A, công trình đã xây dựng thành công một giải pháp công nghệ có tính ứng dụng thực tiễn cao, năng suất đạt chuẩn $60\text{ sp/phút}$, hệ số an toàn chi tiết vượt tiêu chuẩn công nghiệp ($s = 26{,}04$). Đây là tiền đề vững chắc cho việc mở rộng, nâng cấp lên các hệ thống sản xuất thông minh tích hợp thị giác máy tính và IoT công nghiệp trong tương lai gần.