Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 và xu hướng chuyển dịch mạnh mẽ sang mô hình nhà máy thông minh (Smart Factory), tự động hóa dây chuyền sản xuất đã trở thành yếu tố sống còn đối với năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp chế tạo. Theo các báo cáo công nghiệp sản xuất, quy trình phân loại và kiểm tra sản phẩm thủ công truyền thống chiếm từ 15% đến 25% tổng chi phí nhân công trực tiếp, đồng thời tỷ lệ lỗi sót do yếu tố mệt mỏi của con người dao động trong khoảng 3% - 5%. Sự thiếu ổn định này tạo ra điểm nghẽn (bottleneck) nghiêm trọng, làm suy giảm năng suất tổng thể và tăng chi phí bảo hành.

Đồ án "Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm" (Chuyên ngành Cơ khí - Tự động hóa sản xuất, Trường Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội, GVHD: TS. Nhã Tường Linh, Sinh viên: Vũ Minh Nhật) được xây dựng nhằm giải quyết triệt để bài toán phân loại phôi trụ tự động trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, thay thế hoàn toàn thao tác thủ công lặp đi lặp lại.

flowchart LR
    A["Hệ thống cấp phôi gián đoạn"] --> B["Băng tải đai cao su (v = 0.2 m/s)"]
    B --> C["Cụm cảm biến nhận diện (Quang / Màu)"]
    C --> D["Khối điều khiển trung tâm"]
    D --> E["Cơ cấu chấp hành khí nén (SMC CDJ2B10-200Z-B)"]
    E --> F["Khay phân loại / Loại bỏ sản phẩm lỗi"]

Mục tiêu kỹ thuật của dự án

  1. Thiết kế cơ cấu vận chuyển liên tục: Xây dựng hệ thống băng tải đai cao su phẳng ($\rho = 1250 \text{ kg/m}^3$) dài $L = 1.8\text{ m}$, vận tốc $v = 0.2\text{ m/s}$, khả năng chịu tải đồng thời tối đa $M_{\max} = 30\text{ kg}$ (tương đương 6 sản phẩm trọng lượng lớn nhất).
  2. Tối ưu hóa hệ thống dẫn động: Tính toán và lựa chọn động cơ điện tích hợp hộp giảm tốc ZD Motor 5IK60GN-AF ($P = 60\text{ W}, n = 166\text{ rpm}$) kết hợp bộ truyền xích con lăn đơn ($p = 12.7\text{ mm}, z_1 = 25, z_2 = 64$) với tỷ số truyền thực tế $u_t = 2.56$, sai lệch $< 0.01%$.
  3. Thiết kế cơ cấu chấp hành khí nén: Tính toán động lực học cơ cấu đẩy phôi bằng xi lanh khí nén 2 chiều SMC CDJ2B10-200Z-B ($D = 10\text{ mm}$, hành trình $S = 200\text{ mm}$, áp suất làm việc $p = 6\text{ bar}$) với thời gian phân loại $t_1 = 0.8\text{ s}$, đáp ứng nhịp năng suất $N = 40\text{ sản phẩm/phút}$.
  4. Đảm bảo độ bền kết cấu: Kiểm nghiệm ứng suất mỏi trục thép CT45 ($\sigma_b = 600\text{ MPa}$), then bằng ($b \times h = 4 \times 4\text{ mm}$) và ổ lăn đỡ 1 dãy SKF 6203 với hệ số an toàn $s_j = 14.4 > [s] = 7$.

Phạm vi và giới hạn áp dụng

  • Đối tượng gia công: Phôi trụ tròn có đường kính đồng nhất $d = 150\text{ mm}$, chiều cao $h$ phân cấp, khối lượng phôi $Q = 0.2\text{ kg} - 5.0\text{ kg}$.
  • Môi trường vận hành: Nhà xưởng công nghiệp khô ráo, nhiệt độ làm việc $15^\circ\text{C} - 45^\circ\text{C}$, áp suất khí nén cấp ổn định $\ge 6\text{ bar}$.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí đánh giá Phân loại thủ công Băng tải đẩy góc dùng Cam cơ khí Hệ thống băng tải xích & Xi lanh khí nén (Giải pháp đề xuất)
Năng suất vận hành Thấp ($15 - 20\text{ sp/ph}$) Trung bình ($30\text{ sp/ph}$) Cao ($40 - 50\text{ sp/ph}$)
Độ chính xác phân loại $92% - 95%$ (phụ thuộc con người) $96%$ (dễ mòn cơ khí) $\mathbf{99.4%}$ (cảm biến quang học chính xác)
Tính linh hoạt Kém Cố định, khó thay đổi biên dạng Rất cao, dễ dàng lập trình lại nhịp đẩy
Chi phí bảo dưỡng Không đáng kể Cao (thay cam, mài mòn) Thấp (thay phớt khí nén, bôi trơn xích định kỳ)
Khả năng tự động hóa $0%$ Bán tự động Tự động hóa hoàn toàn ($100%$)

Ma trận ưu tiên yêu cầu kỹ thuật (MoSCoW)

  • Must-Have (Bắt buộc): Năng suất tối thiểu $40\text{ sp/ph}$; xử lý phôi $Q_{\max} = 5\text{ kg}$; lực kéo băng tải $F \ge 284.8\text{ N}$; xi lanh hành trình $200\text{ mm}$ đáp ứng chu kỳ $< 1\text{ s}$.
  • Should-Have (Nên có): Bộ truyền xích con lăn có che chắn bụi bẩn; cảm biến quang có chức năng chống nhiễu ánh sáng môi trường; bộ lọc điều áp khí nén (FRL) tích hợp xả nước tự động.
  • Could-Have (Có thể mở rộng): Biến tần điều khiển tốc độ vô cấp động cơ; cảm biến màu RGB phân loại đa tiêu chí.
  • Won't-Have (Không thuộc phạm vi): Cánh tay robot công nghiệp 6 bậc tự do; hệ thống camera Vision AI đắt tiền.

Thiết kế hệ thống và thông số kỹ thuật

Hệ thống được thiết kế theo module hóa, đảm bảo tính liên kết động học và khả năng bảo trì độc lập:

[Khối Nguồn Điện & Khí] ---> [Động cơ ZD 60W + Giảm tốc] ---> [Bộ truyền xích ANSI 40] ---> [Trục dẫn & Băng tải]
                                                                                                  |
[Cảm biến Quang / Tiệm cận] ---> [Khối Xử lý / Rơ-le Logic] ---> [Van điện từ 5/2] ----------> [Xi lanh SMC 10x200]

Technology Stack và danh mục thiết bị chính:

  • Động cơ truyền động: ZD Motor mã 5IK60GN-AF (Công suất $60\text{ W}$, tốc độ định mức $1550\text{ rpm}$, tỉ số truyền hộp số $i=9.33$, tốc độ đầu ra $n_1 = 166\text{ rpm}$, điện áp 1 pha $220\text{ VAC}$).
  • Bộ truyền ngoài: Xích ống con lăn đơn tiêu chuẩn (Bước xích $p = 12.7\text{ mm}$, số răng đĩa nhỏ $z_1 = 25$, số răng đĩa lớn $z_2 = 64$, khoảng cách trục $a = 514.45\text{ mm}$, số mắt xích $X = 126$).
  • Vật liệu trục dẫn động: Thép kết cấu chất lượng cao C45 ($\sigma_b = 600\text{ MPa}, [\tau] = 15.3\text{ MPa}$, giới hạn mỏi $\sigma_{-1} = 261.6\text{ MPa}$).
  • Ổ lăn công nghiệp: Ổ bi đỡ một dãy SKF 6203 ($d = 17\text{ mm}, D = 40\text{ mm}, B = 12\text{ mm}, C = 9.55\text{ kN}, C_0 = 4.75\text{ kN}$).
  • Cơ cấu chấp hành khí nén: Xi lanh khí nén 2 chiều SMC CDJ2B10-200Z-B ($D = 10\text{ mm}$, hành trình $S = 200\text{ mm}$).
  • Hệ thống điều khiển khí: Van đảo chiều điện từ $5/2$ (Solenoid Valve 24VDC), van tiết lưu một chiều chỉnh lưu dòng xả, cụm lọc khí - điều áp Festo OU-Mini.

Phương pháp nghiên cứu và phát triển (Methodology)

Dự án áp dụng mô hình thiết kế kỹ thuật V-Model kết hợp tiêu chuẩn thiết kế máy Pahl & Beitz:

  1. Phân tích yêu cầu động học & động lực học: Xác định lực cản chuyển động của băng tải, lực căng ban đầu $S_0$, lực vòng $F_t$ và công suất yêu cầu trên trục công tác $N_{yc}$.
  2. Tính toán chi tiết máy: Thực hiện chuỗi tính toán độ bền mỏi trục, độ bền dập và cắt của then, kiểm nghiệm áp suất riêng và độ bền tiếp xúc răng đĩa xích theo giáo trình Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (Trịnh Chất - Lê Văn Uyển).
  3. Mô phỏng khí nén và tối ưu hóa thời gian đáp ứng: Xác định đường kính xi lanh dựa trên phương trình cân bằng lực động học trong giai đoạn gia tốc đẩy phôi.
  4. Thử nghiệm và đánh giá chất lượng (FMEA): Nhận diện rủi ro mòn xích, trượt phôi hoặc sụt áp để đưa ra hệ số an toàn bù tải $k_d = 1.2$.

Implementation và kết quả

Development Process & Tính toán kỹ thuật chuyên sâu

1. Tính toán động lực học băng tải

Với năng suất $N = 40\text{ sp/ph}$, khoảng cách giữa 2 sản phẩm liên tiếp $2d = 0.3\text{ m}$, chiều dài tính toán của băng tải $L = 1.8\text{ m}$, số lượng sản phẩm đồng thời tối đa là 6 phôi:

$$\text{Tổng khối lượng tải lớn nhất: } M_{\max} = 6 \times 5 = 30\text{ kg}$$

$$\text{Vận tốc băng tải yêu cầu: } v = \frac{L}{t} = \frac{1.8}{9} = 0.2\text{ m/s}$$

Lực kéo băng tải $F$ tại tang dẫn động được xác định qua điều kiện ma sát Euler:

$$S_3 \le S_0 \cdot e^{f \alpha} \quad \text{với } f = 0.3, , \alpha = \pi\text{ rad}$$

$$S_0 = 3800\text{ N} \implies S_1 = S_0 + W_{0/1} = 3800 + 3.178 = 3803.18\text{ N}$$

$$F = 94.645 + 0.05 S_1 = 284.8\text{ N} \implies S_3 = S_0 + F = 4084.8\text{ N}$$

Công suất yêu cầu trên trục tang công tác:

$$N_{yc} = \frac{F \cdot v}{1000} = \frac{284.8 \times 0.2}{1000} = 0.0569\text{ kW} = 56.96\text{ W}$$

Hiệu suất toàn hệ thống $\eta = \eta_{ol}^2 \cdot \eta_x = 0.99^2 \times 0.96 = 0.9504$. Công suất cần thiết trên trục động cơ:

$$P_{dc} = \frac{P_{lv}}{\eta} = \frac{56.96}{0.9504} = 59.93\text{ W} \implies \text{Chọn động cơ ZD Motor } 60\text{ W}$$

2. Tính toán cơ cấu đẩy khí nén (Pneumatic Actuator)

Khối lượng phôi $m_{\max} = 5\text{ kg}$, hệ số ma sát giữa đáy phôi và mặt đai cao su $\mu_{bt} = 0.3$. Lực ma sát tĩnh lớn nhất:

$$F_{ms(\max)} = \mu_{bt} \cdot m_{\max} \cdot g = 0.3 \times 5 \times 9.81 = 14.715\text{ N}$$

Thời gian giữa 2 phôi liên tiếp $t_{lt} = \frac{l_{phoi}}{v_{bt}} = \frac{0.2}{0.2} = 1.0\text{ s}$. Thiết lập thời gian đẩy phôi $t_1 = 0.8\text{ s} < t_{lt}$, hành trình $S = 0.2\text{ m}$. Gia tốc đẩy phôi:

$$a = \frac{2S}{t_1^2} = \frac{2 \times 0.2}{0.8^2} = 0.625\text{ m/s}^2$$

Lực quán tính xuất hiện: $F_{qt} = m_{\max} \cdot a = 5 \times 0.625 = 3.125\text{ N}$. Áp suất làm việc danh định $p = 6\text{ bar} = 6 \times 10^5\text{ N/m}^2$, hệ số hiệu dụng tải trọng động $\mu = 0.5$. Đường kính xi lanh lý thuyết:

$$D \ge \sqrt{\frac{4 \cdot (F_{ms(\max)} + F_{qt})}{\pi \cdot p \cdot \mu}} = \sqrt{\frac{4 \times (14.715 + 3.125)}{\pi \times 6 \times 10^5 \times 0.5}} = 0.0087\text{ m} = 8.7\text{ mm}$$

$$\implies \text{Quyết định lựa chọn xi lanh tiêu chuẩn SMC CDJ2B10-200Z-B có đường kính } D = 10\text{ mm} > 8.7\text{ mm}.$$

3. Thuật toán điều khiển phân loại (Structured Text Pseudocode)

Dưới đây là đoạn thuật toán logic thực thi chu trình cấp phôi, đọc tín hiệu cảm biến chiều cao và kích hoạt xi lanh phân loại theo chuẩn IEC 61131-3:

PROGRAM Product_Sorting_Control
VAR
    bSensor_Height_Trigger : BOOL;     // Cảm biến quang nhận diện chiều cao phôi
    bSensor_Color_Trigger  : BOOL;     // Cảm biến quang nhận diện màu sắc
    bWorkpiece_Present     : BOOL;     // Cảm biến quang tiệm cận vị trí đẩy
    bCylinder_Extend       : BOOL;     // Xuất tín hiệu đẩy van 5/2
    tPush_Timer            : TON;      // Bộ định thời hành trình đẩy (0.8s)
    tRetract_Timer         : TON;      // Bộ định thời lùi về (0.5s)
    nSorting_State         : INT := 0; // Trạng thái State Machine
END_VAR

CASE nSorting_State OF
    0: // Trạng thái chờ phôi đến vị trí trạm phân loại
        bCylinder_Extend := FALSE;
        IF bWorkpiece_Present AND bSensor_Height_Trigger THEN
            nSorting_State := 1; // Chuyển sang chu trình phân loại đạt chuẩn
        END_IF;

    1: // Kích hoạt van điện từ đẩy xi lanh SMC CDJ2B10
        bCylinder_Extend := TRUE;
        tPush_Timer(IN := TRUE, PT := T#800MS);
        IF tPush_Timer.Q THEN
            tPush_Timer(IN := FALSE);
            nSorting_State := 2;
        END_IF;

    2: // Thu hồi xi lanh về vị trí gốc (Home Position)
        bCylinder_Extend := FALSE;
        tRetract_Timer(IN := TRUE, PT := T#500MS);
        IF tRetract_Timer.Q THEN
            tRetract_Timer(IN := FALSE);
            nSorting_State := 0; // Hoàn tất chu trình, sẵn sàng cho phôi tiếp theo
        END_IF;
END_CASE;
END_PROGRAM

Thử nghiệm và kiểm chuẩn (Testing & Validation)

Hệ thống đã trải qua các kịch bản kiểm thử nghiêm ngặt tại phòng thí nghiệm cơ điện tử với các kết quả cụ thể:

Kịch bản kiểm thử Thông số đầu vào Kết quả kỳ vọng Kết quả thực nghiệm Trạng thái
Kiểm thử vận tốc đai Động cơ $166\text{ rpm}$, tỉ số xích $u_t = 2.56$ $v = 0.200\text{ m/s}$ $v = 0.198\text{ m/s}$ Đạt ($99%$ chính xác)
Độ bền mỏi trục C45 Momen xoắn $T = 8980\text{ Nmm}$ $s_j \ge 7.0$ $s_j = 14.4$ Đạt (Hệ số an toàn gấp đôi)
Tải trọng tối đa 6 phôi trụ đồng thời ($30\text{ kg}$) Không trượt xích, đai không dão Băng tải êm, không trượt Đạt
Độ chính xác phân loại 500 mẫu thử hỗn hợp (Cao/Thấp) Độ chính xác $\ge 98.5%$ $497/500$ mẫu đúng ($99.4%$) Đạt xuất sắc
Chu kỳ hành trình đẩy Khí nén $6\text{ bar}$, phôi $5\text{ kg}$ $t_{\text{chu kỳ}} \le 1.3\text{ s}$ $t_{\text{chu kỳ}} = 1.26\text{ s}$ ($t_1=0.76\text{s}, t_2=0.5\text{s}$) Đạt

Đổi mới và đóng góp

  1. Tối ưu hóa hệ truyền động tích hợp (Compact Drivetrain Integration): Khắc phục triệt để nhược điểm trượt đai của các hệ thống cũ bằng cách ứng dụng bộ truyền xích con lăn $z_1=25, z_2=64$ kết hợp motor giảm tốc ZD $60\text{ W}$. Giải pháp này duy trì tỷ số truyền ổn định tuyệt đối $u = 2.56$ mà không đòi hỏi lực căng trục quá lớn như truyền động đai ($F_r = 77.97\text{ N}$ so với $> 300\text{ N}$ trên đai).
  2. Mô hình hóa động lực học chính xác cho cơ cấu đẩy siêu nhỏ gọn: Thay vì chọn xi lanh cỡ lớn ($D=20-25\text{ mm}$) gây lãng phí lưu lượng khí nén, công trình chứng minh đường kính $D = 10\text{ mm}$ hoàn toàn đáp ứng đẩy phôi $5\text{ kg}$ nhờ tính toán chính xác lực quán tính gia tốc ($F_{qt} = 3.125\text{ N}$), giúp tiết kiệm 45% lượng khí nén tiêu thụ trên mỗi chu kỳ.
  3. Cơ cấu cấp phôi gián đoạn theo chu kỳ (Intermittent Feeding Synchronism): Thiết kế khoảng cách cấp phôi đồng bộ $2d = 0.3\text{ m}$ tương ứng khoảng thời gian di chuyển $1.0\text{ s}$, tạo vùng đệm an toàn triệt tiêu nguy cơ kẹt phôi (jamming) tại trạm phân loại.
Mức độ tiết kiệm năng lượng:  ████████████████░░░░  45% Khí nén
Độ tin cậy truyền động xích:  ████████████████████  99.9% Không trượt
Độ chính xác phân cấp phôi:   ███████████████████░  99.4% Thành công

Ứng dụng thực tế và triển khai

Các tình huống ứng dụng thực tiễn

  • Dây chuyền cơ khí chế tạo: Phân loại các chi tiết phôi tiện, phôi dập kim loại theo bậc kích thước chiều cao trước khi chuyển sang công đoạn mài/nhiệt luyện.
  • Ngành công nghiệp thực phẩm & đồ uống: Đếm và phân loại lon đồ uống, hộp thực phẩm theo khối lượng và loại bỏ sản phẩm không đạt chuẩn đóng gói.
  • Logistics và đóng gói dược phẩm: Phân chia các lọ thuốc, chai truyền dịch vào các luồng đóng thùng tự động.

Phân tích hiệu quả kinh tế và thời gian hoàn vốn (ROI)

Chi phí đầu tư ban đầu: ~ 22.500.000 VNĐ
├── Kết cấu khung thép CT45, mặt đai, con lăn đỡ: 8.500.000 VNĐ
├── Động cơ ZD 60W + Bộ truyền xích + Vòng bi SKF: 5.200.000 VNĐ
├── Hệ thống khí nén (Xi lanh SMC, van 5/2, FRL Festo): 4.800.000 VNĐ
└── Cảm biến quang, bộ nguồn 24VDC, rơ-le logic: 4.000.000 VNĐ

Hiệu quả mang lại:
├── Cắt giảm: 02 nhân công phân loại/ca (Chi phí: 14.000.000 VNĐ/tháng)
├── Nâng cao năng suất dây chuyền: +35% sản lượng đầu ra
└── Thời gian hoàn vốn đầu tư (Payback Period): ~ 1.6 tháng

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Hệ thống cơ cấu đẩy tiếp xúc trực tiếp có thể gây xước bề mặt đối với các sản phẩm có yêu cầu thẩm mỹ cực cao (nhựa bóng, thủy tinh quang học).
  • Cơ cấu cảm biến quang gián tiếp chỉ nhận biết biên dạng theo ngưỡng mức cao/thấp cố định, chưa nhận diện được các khuyết tật bề mặt tinh vi (vết nứt, bọt khí).
  • Dòng khí nén xả tự do tạo ra độ ồn khoảng $70 - 72\text{ dB}$ nếu không gắn đầu giảm thanh chất lượng cao.

Hướng phát triển nâng cao

  • Tích hợp Camera Machine Vision (AI Edge): Ứng dụng mô hình mạng nơ-ron tích chập (CNN/YOLOv8-nano) trên nền tảng nhúng (Raspberry Pi 5 / Jetson Nano) để nhận diện lỗi đa chiều và quét mã QR phân loại thông minh.
  • Chuyển đổi cơ cấu đẩy sang Động cơ Servo / Băng tải chuyển hướng con lăn (Roller Diverter): Giúp tiếp xúc êm ái (Soft-landing), nâng vận tốc phân loại lên $> 1.0\text{ m/s}$.
  • Tích hợp giao thức công nghiệp IIoT (OPC UA / MQTT): Truyền dữ liệu năng suất thời gian thực lên Dashboard SCADA và hệ thống quản trị sản xuất MES của nhà máy.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Cơ điện tử / Tự động hóa: Cung cấp tài liệu thiết kế mẫu hoàn chỉnh từ khâu tính toán sức bền vật liệu, truyền động cơ khí đến điều khiển khí nén logic.
  • Kỹ sư R&D & Chế tạo máy: Nhận được bộ công thức động lực học thực tế, phương pháp tính chọn dung sai then, chọn ổ bi SKF và cân bằng lực xi lanh khí nén có tính đến tải quán tính.
  • Doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs): Tiếp cận giải pháp tự động hóa chi phí thấp (Low-Cost Automation - LCA), có tính khả thi cao và dễ dàng chế tạo nội địa hóa hoàn toàn.
  • Nhà nghiên cứu học thuật: Cung cấp số liệu kiểm chứng thực nghiệm về độ bền mỏi trục C45 dưới tác động của tải trọng va đập nhẹ và ứng suất xoắn kết hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật hạ tầng để lắp đặt và vận hành hệ thống là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn điện lưới 1 pha $220\text{ VAC} \pm 10%$, tần số $50\text{ Hz}$ cho động cơ dẫn động và biến áp nguồn 24VDC cho mạch điều khiển cảm biến. Về nguồn khí, cần cung cấp khí nén áp suất ổn định $6 - 8\text{ bar}$, lưu lượng tiêu thụ tối thiểu $80\text{ lít/phút}$, đã qua cụm lọc tách nước và tra dầu bôi trơn FRL.

2. Giới hạn tải trọng của hệ thống là bao nhiêu và làm thế nào để nâng cấp?

Hiện tại, hệ thống được thiết kế tối ưu cho phôi có tải trọng từ $0.2\text{ kg}$ đến $5.0\text{ kg}$ với xi lanh đẩy $D = 10\text{ mm}$. Nếu cần phân loại phôi nặng hơn (từ $10 - 20\text{ kg}$), cần thay thế xi lanh khí nén lên đường kính $D = 20\text{ mm}$ hoặc $D = 25\text{ mm}$, đồng thời nâng công suất động cơ lên $120\text{ W} - 180\text{ W}$ và tăng đường kính trục tang dẫn.

3. Hệ thống có thể tích hợp với các bộ điều khiển công nghiệp (PLC) hiện có không?

Hoàn toàn tương thích. Các cảm biến quang và van điện từ 5/2 sử dụng mức tín hiệu chuẩn công nghiệp 24VDC (NPN/PNP), có thể kết nối trực tiếp vào ngõ I/O của các dòng PLC phổ biến như Siemens S7-1200, Mitsubishi FX5U, Omron CP1E hoặc vi điều khiển Arduino/STM32 thông qua mạch cách ly quang Optocoupler.

4. Quy trình bảo dưỡng định kỳ bao gồm những công việc gì?

  • Hàng tuần: Kiểm tra xả nước ở cốc lọc khí nén, vệ sinh bụi quang học trên bề mặt thu/phát của cảm biến.
  • Hàng tháng: Kiểm tra độ võng của xích truyền động (đảm bảo độ võng cho phép $k_f = 4$), châm dầu bôi trơn xích chuyên dụng.
  • Định kỳ 6 tháng: Bơm mỡ bôi trơn vào các gối đỡ ổ bi SKF 6203, kiểm tra độ mòn của đai cao su và siết lại các mối ghép ren trên khung máy.

5. Chi phí chế tạo chi tiết và thời gian hoàn vốn (ROI) thực tế?

Tổng chi phí vật tư và gia công chế tạo hoàn thiện hệ thống dao động trong khoảng 22 - 25 triệu VNĐ. Với năng suất $40\text{ sản phẩm/phút}$ thay thế 2 công nhân phân loại thủ công, hệ thống giúp tiết kiệm khoảng 14 - 16 triệu VNĐ chi phí nhân công mỗi tháng, mang lại thời gian hoàn vốn đầu tư ấn tượng chỉ trong vòng 1.5 đến 2 tháng vận hành liên tục.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm" của sinh viên Vũ Minh Nhật (Đại học Bách Khoa Hà Nội) là một công trình nghiên cứu ứng dụng cơ điện tử xuất sắc, thể hiện sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ học kết cấu vững chắc và công nghệ điều khiển tự động hóa hiện đại.

Bằng việc tính toán chi tiết lực kéo băng tải ($F = 284.8\text{ N}$), lựa chọn tối ưu động cơ ZD $60\text{ W}$, bộ truyền xích con lăn $u=2.56$, kiểm nghiệm an toàn trục C45 ($s_j = 14.4$) và thiết kế cơ cấu đẩy khí nén SMC CDJ2B10-200Z-B chính xác, hệ thống đã đạt năng suất ổn định 40 sản phẩm/phút với độ chính xác phân loại ấn tượng 99.4%.

Giải pháp không chỉ hoàn thành xuất sắc các mục tiêu học thuật của đồ án tốt nghiệp mà còn mở ra tiềm năng thương mại hóa mạnh mẽ cho các doanh nghiệp sản xuất đang tìm kiếm giải pháp tự động hóa chi phí thấp (LCA) nhưng đạt hiệu suất và độ tin cậy vượt trội.