Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động

Đồ án thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm trong cơ khí sản xuất tự động, mang lại giải pháp tối ưu cho quy trình sản xuất hiệu quả.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Thiết Kế Hệ Thống Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm
• Loại tài liệu: Đồ Án Môn Học
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
• 1.1. Phân tích hệ thống
• 1.2. Đối tượng phân loại
• 1.3. Năng suất của hệ thống
• 1.4. Khảo sát hệ thống phân loại sản phẩm tương đồng
• 1.5. Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm
• 1.5.1. Sơ đồ động học và bố trí cảm biến của hệ thống
• 1.5.2. Sơ đồ Grafcet
• 1.5.3. Sơ đồ khí nén
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG
• 2.1. Hệ thống băng tải
• 2.2. Tính các thông số hình, động học băng tải
• 2.3. Tính lực kéo băng
• 2.4. Tính toán động cơ
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động

Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực thiết kế hệ thống cơ khí. Hệ thống này không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, việc áp dụng công nghệ sản xuất tự động vào quy trình phân loại sản phẩm trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Hệ thống phân loại sản phẩm tự động giúp giảm thiểu thời gian và chi phí lao động, đồng thời tăng cường độ chính xác trong quá trình phân loại.

1.1. Phân tích nhiệm vụ thiết kế hệ thống phân loại

Nhiệm vụ thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bao gồm việc xác định các yêu cầu kỹ thuật và chức năng của hệ thống. Hệ thống cần phải hoạt động hiệu quả với năng suất tối ưu, đồng thời đảm bảo tính chính xác trong việc phân loại sản phẩm theo các tiêu chí như kích thước và trọng lượng.

1.2. Đối tượng và yêu cầu của hệ thống phân loại

Đối tượng phân loại trong hệ thống này chủ yếu là các sản phẩm có hình dạng trụ với các kích thước khác nhau. Yêu cầu chính là hệ thống phải có khả năng phân loại chính xác các sản phẩm dựa trên chiều cao và khối lượng, từ đó đảm bảo chất lượng đầu ra.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

Trong quá trình thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm, nhiều thách thức cần được giải quyết. Một trong những vấn đề lớn nhất là đảm bảo tính chính xác và tốc độ của hệ thống. Hệ thống cần phải xử lý nhanh chóng và chính xác để đáp ứng nhu cầu sản xuất. Ngoài ra, việc lựa chọn công nghệ phù hợp cũng là một thách thức lớn.

2.1. Thách thức về tốc độ và độ chính xác

Tốc độ và độ chính xác là hai yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống phân loại. Hệ thống cần phải có khả năng phân loại sản phẩm trong thời gian ngắn nhất mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao. Điều này đòi hỏi sự tối ưu hóa trong thiết kế và lựa chọn công nghệ.

2.2. Vấn đề về nguồn lực và chi phí

Việc thiết kế và triển khai hệ thống phân loại sản phẩm tự động đòi hỏi nguồn lực lớn về tài chính và nhân lực. Các nhà sản xuất cần cân nhắc kỹ lưỡng về chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành để đảm bảo tính khả thi của dự án.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm hiệu quả

Để thiết kế một hệ thống phân loại sản phẩm hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng các cảm biến và thiết bị tự động hóa là rất quan trọng trong quá trình này. Hệ thống cần được thiết kế sao cho có thể dễ dàng điều chỉnh và bảo trì.

3.1. Sử dụng công nghệ cảm biến trong phân loại

Cảm biến quang và cảm biến siêu âm là những thiết bị quan trọng trong hệ thống phân loại. Chúng giúp xác định kích thước và trọng lượng của sản phẩm một cách chính xác, từ đó đưa ra quyết định phân loại đúng đắn.

3.2. Tối ưu hóa quy trình sản xuất tự động

Quy trình sản xuất tự động cần được tối ưu hóa để đảm bảo năng suất cao nhất. Việc điều chỉnh tốc độ băng tải và số lượng cánh tay phân loại là những yếu tố quan trọng giúp nâng cao hiệu quả của hệ thống.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm tự động có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như sản xuất công nghiệp, logistics và vận chuyển hàng hóa. Việc áp dụng hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra.

4.1. Ứng dụng trong ngành sản xuất

Trong ngành sản xuất, hệ thống phân loại sản phẩm giúp tự động hóa quy trình phân loại và đóng gói. Điều này không chỉ giảm thiểu sai sót mà còn tăng cường hiệu quả sản xuất.

4.2. Ứng dụng trong logistics

Trong lĩnh vực logistics, hệ thống phân loại sản phẩm giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển và lưu kho. Hệ thống có thể tự động phân loại hàng hóa theo kích thước và trọng lượng, từ đó giảm thiểu thời gian xử lý.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm tự động đang ngày càng trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp. Tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến với sự phát triển của công nghệ. Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và học máy vào hệ thống phân loại sẽ mở ra nhiều cơ hội mới.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ trong phân loại sản phẩm

Công nghệ AI và học máy đang được áp dụng ngày càng nhiều trong hệ thống phân loại sản phẩm. Những công nghệ này giúp cải thiện độ chính xác và tốc độ phân loại, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

5.2. Tương lai của hệ thống sản xuất tự động

Tương lai của hệ thống sản xuất tự động sẽ tập trung vào việc phát triển các giải pháp linh hoạt và thông minh hơn. Hệ thống phân loại sản phẩm sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong quy trình sản xuất hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1. Phân tích nhiệm vụ thiết kế 1. Phân tích hệ thống - Chế độ cấp phôi: tự động - Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi: Khí nén - Nguồn lực quay băng tải: Động cơ điện - Bộ truyền ngoài: Xích g - Vật liệu phôi: Gang trắng ( khối lượng riêng là d= 7,5 cm3 ) - Năng suất làm việc: N = 25 sp/ph và phạm vi điều chỉnh năng suất (N [%]): ±50 - Thông số hình học của phôi trên băng tải: Hình trụ: h1=60mm, h2= 65mm, h3= 70mm d1=60mm, d2= 60mm, d3= 60mm  Từ yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế, hệ thống cần thiết kế là hệ thống phân loại tự động và cấp phôi tự động. Đối tượng phân loại - Thông số hình học của phôi trên băng tải: Hình trụ: h1=60mm, h2= 65mm, h3= 70mm d1=60mm, d2= 60mm, d3= 60mm g + Vật liệu: Gang trắng có khối lượng riêng là D = 7,5 cm3 (h1; d1) = (60mm; 60mm) => Q =D.

V = 1,48 kg  Trọng lượng phôi: Qmin = 1,27 (kg); Qmax = 1,48 ( kg) => Đối tượng cần phân loại có các đặc điểm là: Vật liệu giống nhau, chiều cao khác nhau, khối lượng khác nhau. Do đó, có thể nhận dạng đối tượng theo chiều cao hoặc khối lượng. Năng suất của hệ thống - Năng suất làm việc: N = 25 sp/ph, phạm vi điều chỉnh năng suất (N [%]): ±50.  Từ hệ thống cấp phôi đến hệ thống đo cần tốc độ băng tải ổn định để có thể đo được sản phẩm, từ hệ thống đo đến hệ thống xylanh có thể tăng tốc độ băng tải lên để vật đi nhanh hơn.

 Năng suất có thể thay đổi được trong một phạm vi nhất định và muốn thay đổi năng suất thì cần thay đổi vận tốc băng tải. Khảo sát hệ thống phân loại sản phẩm tương đồng Thông số Vertical Crossbelt ASM SORTER Hình ảnh sPhạm vi làm - Kích thước sản phẩm lớn nhất: 600mm x - Kích thước sản phẩm lớn nhất: 200mm x việc 400 mm x 300 mm 200mm x 400 mm - Kích thước sản phẩm nhỏ nhất: 100mm x - Kích thước sản phẩm nhỏ nhất: 10mm x 100mm x 5mm 10mm x 5mm - Trọng lượng tối đa: 50kg - Trọng lượng: 10g đến 100kg Cơ cấu vận Băng tải Băng tải chuyển đến vùng nhận dạng Cơ cấu nhận - Cảm biến quang. - Cảm biến quang. dạng - Camera công nghiệp đi kèm phần mềm xử - Cảm biến điện dung.

lí ảnh chuyên dùng. - Cảm biến siêu âm. - Cảm biến siêu âm. Cơ cấu phân - Xylanh khí nén tác động đơn: Xylanh khí - Cánh tay Robot : Khi sản phẩm đi qua hệ loại nén tác động đơn chỉ có một hành trình, có thống đo thì các cánh tay Robot sẽ gạt cánh thể là nâng hoặc hạ.

tay để chặn sản phẩm và đưa sản phẩm vào ô - Xylanh khí nén tác động kép: Xylanh khí chứa. nén tác động kép có hai hành trình, nâng và hạ. Điều chỉnh năng - Điều chỉnh năng suất bằng cách thay đổi - Hệ thống có thể điều chỉnh năng suất bằng tốc độ của băng tải. Khi tốc độ của băng tải cách thay đổi tốc độ của băng tải chính, tốc suất tăng lên, số lượng sản phẩm được vận độ của các cánh tay phân loại, hoặc số lượng chuyển trên mỗi giờ cũng sẽ tăng lên.

cánh tay phân loại được sử dụng: Ngược lại, khi tốc độ của băng tải giảm + Tốc độ của băng tải chính là tốc độ mà các xuống, số lượng sản phẩm được vận chuyển sản phẩm di chuyển trên băng tải. Tăng tốc trên mỗi giờ cũng sẽ giảm xuống. độ của băng tải sẽ làm tăng số lượng sản phẩm được phân loại trong một giờ. + Tốc độ của các cánh tay phân loại là tốc độ mà các cánh tay phân loại di chuyển.

Tăng tốc độ của các cánh tay phân loại sẽ làm tăng số lượng sản phẩm được phân loại trong một giờ. + Số lượng cánh tay phân loại được sử dụng cũng có thể được điều chỉnh để thay đổi năng suất. Thêm cánh tay phân loại sẽ làm tăng số lượng sản phẩm được phân loại trong một giờ. Điện áp 220VAC 220VAC Nguồn khí 8 bar 6 bar 1.

Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm 1. Sơ đồ động học và bố trí cảm biến của hệ thống Hình 1.1: Sơ đồ động và bố trí cảm biến - Trong đó: 1. Cảm biến phát hiện phôi 3. Ống chứa phôi 4.

Cảm biến siêu âm 5. Thùng chứa phôi 9. Cảm biến đếm phôi 10. Xích A1: Cảm biến từ tiệm cận ở đầu hành trình của xylanh A A2: Cảm biến từ tiệm cận ở cuối hành trình của xylanh A B1: Công tắc hành trình ở đầu hành trình của xylanh B B2: Công tắc hành trình ở cuối hành trình của xylanh B C1: Công tắc hành trình ở đầu hành trình của xylanh C C2: Công tắc hành trình ở cuối hành trình của xylanh C 1.2: Sơ đồ Grafcet  Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Ban đầu hệ thống chưa hoạt động.

Khi bấm nút START, hệ thống sẽ được khởi động và băng tải sẽ chạy. Phôi sẽ được đưa vào ống cấp phôi rồi đi ra. Cảm biến quang được đặt ngay dưới ống cấp phôi. Khi phôi rớt xuống từ ống cấp phôi thì sẽ cấp tín hiệu cho xylanh A thông qua cảm biến quang, cảm biến A1 trên xylanh sẽ nhận tín hiệu và xylanh A sẽ đẩy phôi vào băng tải và sau khi đẩy phôi xong, xylanh A sẽ thu về nhờ vào cảm biến A2.

Sau khi phôi được đưa vào băng tải thì sẽ đi qua một cảm biến siêu âm để đo chiều cao và sau khi đo được chiều cao thì sẽ gửi tín hiệu về bộ xử lý trung tâm và đồng thời gửi tín hiệu về cho cảm biến A1 trên thân xylanh A để xylanh A tiếp tục đẩy phôi vào băng tải. Nếu là phôi cao thì cảm biến B1 nhận tín hiệu và xylanh B sẽ gạt chắn phôi lại, phôi sẽ rơi vào khay đựng thứ 1 và cảm biến quang trên khay sẽ đếm số phôi cao, xylanh B sẽ thu về ngay sau đó nhờ vào cảm biến B2 trên thân xylanh B. Nếu là phôi trung bình thì cảm biến C1 nhận tín hiệu và xylanh C sẽ gạt chắn phôi lại, phôi sẽ rơi vào khay đựng thứ 2 và cảm biến quang trên khay sẽ đếm số phôi trung bình, xylanh C sẽ thu về ngay sau đó nhờ vào cảm biến C2 trên thân xylanh C. Nếu là phôi thấp thì sẽ được băng tải cho chạy đến cuối hành trình và vào khay đựng thứ 3 và cảm biến quang trên khay sẽ đếm số phôi thấp.

Chu trình cứ tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm. Nút STOP dùng để dừng khẩn cấp hoặc sẽ dừng khi đã phân loại sản phẩm xong. Sơ đồ khí nén Hình 1.3: Sơ đồ khí nén CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG 2. Hệ thống băng tải - Thông số đầu vào: + Thông số hình học của phôi trên băng tải: Hình trụ: h1=60mm, h2= 65mm, h3= 70mm d1=60mm, d2= 60mm, d3= 60mm g + Vật liệu: Gang trắng có khối lượng riêng là 7,5 cm3 (h1; d1) = (60mm; 60mm) => Q= 1,27 kg (h2; d2) = (65mm; 60mm) => Q= 1,38 kg (h3; d3) = (70mm; 60mm) => Q= 1,48 kg  Trọng lượng phôi: Qmin = 1,27 (kg); Qmax = 1,48 ( kg) + Năng suất làm việc: N = 25 sp/ph + Nguồn lực dẫn động băng tải: Động cơ điện 2.

Tính các thông số hình, động học băng tải Hình 2.1: Kích thước, khoảng cách giữa các phôi  Kích thước phôi: Hphôi max = 70mm và Dphôi = 60mm  Chọn: - Kích thước ống chứa: + Chiều cao Hống phôi = 210mm (chứa tối đa 3 phôi) + Chiều dài và chiều rộng là 100mm x 100mm + Đường kính ống: Dống = 80mm  Tính chiều dài băng tải L L ≥ L1 + L2 + 2L3 + L4 + L5 (2.1) + L1: là khoảng cách tối thiểu từ đầu băng tải đến hệ thống đo (vị trí cảm biến siêu âm). Mỗi lần phôi trước được đo bằng cảm biến siêu âm, phôi sau được đẩy vào băng tải => L1 cũng chính là khoảng cách giữa 2 phôi liên tiếp. Sau khi phôi đi qua cảm biến siêu âm, nếu phôi thuộc khay 1 hoặc 2 thì tay gạt sẽ được đóng lại. Như vậy có thể xảy ra trường hợp phôi trước thuộc khay 3 được di chuyển, đồng thời phôi sau thuộc khay 1 hoặc 2 đi qua cảm biến và làm cho tay gạt đóng lại khiến cho phôi thuộc khay 3 không đi vào đúng vị trí => Để tránh trường hợp trên xảy ra cần phải lựa cho L1 sao cho khoảng thời gian đi từ đầu băng tải tới cảm biến phải lớn hơn khoảng thời gian đi từ cảm biến đến khay 3.

 L1 ≥ L2 + 2L3 + L4 (mm) + L2: là khoảng cách tối thiểu từ cảm biến siêu âm đến khay đựng thứ nhất. Từ lúc nhận dạng được bằng cảm biến cho đến lúc đóng xylanh xoay tương ứng với khay chứa thứ nhất => thời gian di chuyển từ phôi đến khay đựng thứ nhất phải lớn hơn thời gian xylanh xoay đã ở vị trí chặn phôi. Theo catalog xylanh xoay của hãng MSQ, thời gian xylanh xoay từ 0,2 đến 2(s) để quay được 90° => Hệ thống thiết kế là xylanh xoay một góc 70° => thời gian đáp ứng là từ 0,156 đến 1,56(s) L2  Khi băng tải có vận tốc lớn nhất thì v ≥ 0,156(s) max + L3: độ rộng của khay đựng phôi. Độ rộng khay đựng cần lớn hơn Dphôi = 60mm => chọn L3 = 150mm.

+ L4: Khoảng cách giữa khay đựng thứ nhất và khay đựng thứ hai. Chọn L4 = 200mm +L5: khoảng cách giữa khay đựng thứ hai đến khay đựng thứ ba.  Chọn L5 = 100mm  Từ những lựa chọn ở trên, ta có: L ≥ L1 + L2 + 600 L1 ≥ L2 + 600 L2 ≥ 0,156. v max  Chọn sơ bộ: L1 ≥ 700 L ≥ 1300 aMặt khác, ta có: L > n.L1 Trong đó: L + n: là số lượng phôi lớn nhất có thể có trên băng tải tại một thời điểm (1 < n < D ) + L1: là khoảng cách giữa 2 phôi liên tiếp.

Ta có bảng số liệu mối liên hệ giữa n và L. N L 1 60 2 870 3 1680 4 2490 Để có thể tiết kiệm chi phí vật liệu và L ≥ 1300 => chọn n = 3 và L = 1700mm Ta có: L = v.