Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng tự động hóa sản xuất hiện đại, việc chuyển đổi các máy gia công bán tự động thành hệ thống tự động hoàn toàn đóng vai trò cốt lõi nhằm nâng cao năng suất, đảm bảo tính đồng đều của sản phẩm và cắt giảm chi phí nhân công. Khâu cấp phôi rời rạc vào vùng gia công là một trong những mắt xích phức tạp nhất của dây chuyền tự động. Thuyết minh đồ án môn học "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo trạm cấp phôi tự động dạng phễu sử dụng bộ điều khiển PLC" do nhóm sinh viên Khoa Cơ khí & Động lực, Trường Đại học Điện Lực thực hiện (dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Trường Giang, Hà Nội – 2022) tập trung giải quyết bài toán cấp phôi rời liên tục và tự định hướng phôi cho dây chuyền tự động.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Khảo sát tổng quan các nguyên lý cấp phôi rời, so sánh ưu nhược điểm giữa phương án phễu cấp phôi đĩa quay và phễu rung máng xoắn vít để lựa chọn kết cấu tối ưu.
  2. Thiết kế kết cấu cơ khí trạm cấp phôi rung động, bao gồm tính toán thông số hình học phễu tròn hình trụ, kết cấu máng xoắn vít, cơ cấu định hướng tự lựa phôi, máng dẫn chống kẹt phôi, hệ thống lò xo lá đàn hồi và cơ cấu giảm chấn.
  3. Tính toán động lực học và hệ thống dẫn động điện từ, xác định lực kích thích, kích thước mạch từ nam châm điện xoay chiều, thông số dây quấn và công suất sinh nhiệt.
  4. Xây dựng hệ thống điều khiển tự động, lựa chọn bộ điều khiển lập trình PLC Siemens Simatic S7-1200 (CPU 1214C) và lập cấu hình điều khiển trạm cấp phôi trên môi trường phần mềm TIA Portal V13.
  5. Mô hình hóa và xây dựng bộ bản vẽ kỹ thuật, hoàn thiện mô hình 3D và các bản vẽ chế tạo chi tiết cho toàn bộ trạm cấp phôi.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Trạm cấp phôi tự động dạng phễu rung xoắn vít và hệ thống điều khiển logic khả trình PLC.
  • Đối tượng phôi cấp: Chi tiết dạng rời rạc có dạng hình trụ lục giác với 6 trục đối xứng, đường kính lớn nhất $d = 24{,}5\text{ mm}$, chiều cao $l = 9{,}5\text{ mm}$, khối lượng mỗi phôi $m_{ct0} = 0{,}02\text{ kg}$.
  • Phạm vi không gian và thời gian: Thiết kế, tính toán phục vụ cấp phôi liên tục cho một máy gia công tự động với dung lượng chứa phôi hoạt động trong thời gian 4 giờ liên tục; dữ liệu nghiên cứu và thực nghiệm công bố năm 2022 tại Trường Đại học Điện Lực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết dao động cơ học, động lực học vật thể trên mặt phẳng nghiêng dao động, lý thuyết mạch từ kỹ thuật điện và điều khiển tự động lập trình.

1. Khung lý thuyết và mô hình tính toán

  • Nguyên lý chuyển động tương đối của phôi: Mô hình hóa phôi trên máng rung thông qua hệ cơ cấu 4 khâu bản lề chuyển động lắc. Khảo sát gia tốc thẳng đứng $a_{tđ}$ và gia tốc nằm ngang $a_n$ để xác định điều kiện chuyển động tương đối giữa phôi và máng.
    • Điều kiện trượt có định hướng khi phễu đi xuống sang phải: $F_{qt} > F_{ms} + G_n$.
    • Điều kiện bám dính khi phễu đi lên sang trái: $F_{qt} < F_{ms} - G_n$.
    • Điều kiện phôi nhảy rời mặt máng (chuyển động vi mô dạng bay): $g < a_{tđ}$.
  • Động lực học hệ đàn hồi: Dao động cưỡng bức tuyến tính với tần số dòng điện xoay chiều $f = 50\text{ Hz}$ (tần số kích động $\omega = 314\text{ rad/s}$), tính toán tần số dao động riêng $\omega_0$ của hệ lò xo lá để tránh cộng hưởng phá hủy và đảm bảo độ cứng vững $c = m \cdot \omega_0^2$.
  • Mạch từ và trường điện từ: Định luật cảm ứng điện từ và công thức lực kéo nam châm điện $P_0 = H \cdot \sin(\omega t)$, tính toán tiết diện lõi thép kỹ thuật điện, số ampe-vòng $A_0$, đường kính dây quấn và công suất phát nhiệt $P_a$.
  • Tiêu chuẩn điều khiển công nghiệp: Tiêu chuẩn IEC 61131-3 về ngôn ngữ lập trình cho bộ điều khiển PLC (Ladder Diagram - LAD, Function Block Diagram - FBD, Structured Text - ST/SCL).

2. Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp phân tích - so sánh phương án kỹ thuật: So sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa cấp phôi đĩa quay và phễu rung để lựa chọn cơ cấu cấp phôi thích hợp cho phôi nhiều trục đối xứng.
  • Phương pháp giải tích kỹ thuật: Áp dụng các công thức giải tích cơ học máy để giải bài toán hình học phễu, máng xoắn, tính toán kích thước cơ cấu định hướng thụ động, xác định góc dốc giới hạn máng dẫn và điều kiện hình học chống kẹt phôi ($D < H < H_{max}$).
  • Phương pháp mô hình hóa 3D: Sử dụng phần mềm thiết kế cơ khí để mô hình hóa toàn bộ kết cấu phễu rung, cụm chân lò xo, đế máy, cơ cấu gạt phôi và xuất bản vẽ kỹ thuật chế tạo.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án triển khai thiết kế đồng bộ từ kết cấu cơ khí, cơ cấu điện từ rung động đến hệ thống điều khiển PLC.

1. Kiến trúc kết cấu cơ khí và cơ cấu định hướng

Hệ thống phễu rung được thiết kế dạng phễu tròn hình trụ kết hợp đáy côn ngược $170^\circ$, làm bằng thép kết cấu CT3 hàn hồ quang điện. Cơ cấu định hướng phôi dựa trên nguyên lý định hướng tự lựa (thụ động), gồm 2 vị trí gạt:

Vị trí định hướng Mục đích công nghệ Cơ cấu hình học Kích thước xác lập
Vị trí 1 (trên máng xoắn) Loại bỏ trạng thái A (phôi nghiêng/đứng không ổn định) rơi ngược lại lòng phễu Cắt hẹp bề rộng cánh xoắn: $\frac{l}{2} < L < \frac{d}{2}$ $L = 10\text{ mm}$ (dải cho phép: $4{,}75 \div 12{,}25\text{ mm}$)
Vị trí 2 (trên máng xoắn) Loại bỏ trạng thái C (phôi xếp chồng/sai tư thế), chỉ giữ trạng thái B (phôi nằm chuẩn) Khe dẫn hướng và tay gạt phôi: $l < H < 2l$ và $L_1 \le \frac{d}{2}$ $H = 12\text{ mm}$, $L_1 = 6\text{ mm}$
Máng dẫn phôi ra máy Chống kẹt phôi khi trượt dưới tác dụng rung và trọng lực (đặt nghiêng $30^\circ$) Tiết diện chữ nhật: $D + \Delta_{min} \le H \le \sqrt{\frac{L^2 + D^2}{1 + \mu^2}}$ Chiều rộng máng $H = 25\text{ mm}$ (với $\mu = 0{,}3$, $\Delta_{min} = 1\text{ mm}$)

2. Hệ thống tạo rung điện từ và chân đàn hồi

  • Bộ rung điện từ: Sử dụng 01 nam châm điện một nhịp đặt ở đường tâm đáy phễu. Lõi thép kỹ thuật điện dạng chữ E với phần cảm trung tâm $l_c = 3{,}2\text{ cm}$, $b = 4\text{ cm}$, tiết diện $S_c = 12{,}5\text{ cm}^2$. Cuộn dây quấn gồm 46 lớp, mỗi lớp 21 vòng (tổng 966 vòng), dây đồng trần cách điện đường kính $d = 1{,}2\text{ mm}$ ($S_d = 1{,}13\text{ mm}^2$), dòng làm việc $I = 1{,}94\text{ A}$, điện trở cuộn dây $R_a = 3{,}7\ \Omega$.
  • Hệ thống lò xo lá (chân đàn hồi): 04 bộ lò xo lá bằng thép đàn hồi ($0{,}55 \div 0{,}65%\text{ C}$, $E = 2 \cdot 10^5\text{ N/mm}^2$), bố trí nghiêng góc tối ưu $\theta_0 = 15^\circ$. Kích thước mỗi lá: bề rộng $b = 25\text{ mm}$, chiều dài $L = 200\text{ mm}$, độ cứng mỗi chân $c_1 = 410\text{ N/mm}$ (tổng độ cứng $c = 1639\text{ N/mm}$).
  • Hệ giảm chấn: 03 đệm giảm chấn cao su tròn ($E = 60\text{ N/mm}^2$, chiều cao $h = 30\text{ mm}$, đường kính tính toán $D = 44\text{ mm}$) đặt dưới đế máy bằng thép CT3 (đường kính $D = 320\text{ mm}$, trọng lượng cụm đế đảm bảo gấp $3 \div 5$ lần trọng lượng phễu).

3. Cấu hình điều khiển tự động PLC

  • Phần cứng điều khiển: CPU Siemens S7-1200 CPU 1214C tích hợp sẵn 14 đầu vào số (DI 24VDC), 10 đầu ra số (DO dạng Relay/Transistor), 2 đầu vào tương tự (AI $0 \div 10\text{V}$), 1 cổng truyền thông PROFINET Ethernet.
  • Bộ nhớ CPU 1214C: Work memory 75 Kbytes, Load memory 4 Mbytes, Retentive memory 10 Kbytes, bộ đệm I/O 1024 bytes, vùng nhớ bit $M = 4096\text{ bytes}$.
  • Phần mềm lập trình: TIA Portal V13 (Simatic STEP 7 Basic), thiết lập bảng gán địa chỉ I/O, cấu hình phần cứng phần mềm, lập trình chu trình lặp (Scan cycle) quét tín hiệu cảm biến ngõ vào, xử lý logic và điều khiển đóng cắt rơ-le cấp nguồn cuộn hút nam châm điện rung.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống cấp phôi tự động

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về cấp phôi trong sản xuất hàng loạt và hàng khối. Tác giả phân tích các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống cấp phôi rời (kết cấu đơn giản, an toàn, hệ số cấp phôi định hướng cao, dung lượng tích trữ đủ lớn).

Nội dung chương đặt trọng tâm vào việc so sánh hai phương án cấp phôi rời: phễu cấp phôi kiểu đĩa quay và phễu rung máng xoắn vít.

Tiêu chí so sánh Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay Phễu cấp phôi rung động
Ưu điểm Làm việc êm, định hướng chính xác, không gây kẹt phôi Năng suất cao, không kẹt phôi, dễ điều tiết lưu lượng phôi, phổ biến trên thị trường, kết cấu đơn giản
Nhược điểm Năng suất thấp, kết cấu cơ khí phức tạp, giá thành chế tạo cao Phát sinh tiếng ồn, rung động truyền xuống nền xưởng nếu thiếu giảm chấn
Kết luận lựa chọn Phù hợp chi tiết trụ trơn/bậc $l \ge d$ Được lựa chọn cho đề tài do đáp ứng yêu cầu năng suất, giá thành thấp, dễ chế tạo

Tác giả phân tích chi tiết động học vận chuyển phôi trên máng xoắn nhờ lực ly tâm và lực ma sát khi phễu thực hiện đồng thời chuyển động thẳng đứng và xoay quanh tâm một góc nhỏ nhờ hệ thống lò xo lá nghiêng.

Chương 2: Thiết kế kết cấu cơ khí của hệ thống cấp phôi tự động

Chương 2 trình bày toàn bộ các phép tính cơ học, kích thước hình học và động lực học của trạm cấp phôi:

  • Thông số hình học phễu: Phễu hình trụ chế tạo từ thép CT3 ($C = 0{,}14 \div 0{,}22%$, $\sigma_b = 410 \div 430\text{ MN/m}^2$). Đường kính phễu $D = 400\text{ mm}$, chiều dày thành $2\text{ mm}$. Góc nâng máng $\theta = 1{,}5^\circ$ (góc nâng lớn nhất $\theta_{max} = \arctan(0{,}35 \cdot \tan 15^\circ) \approx 1{,}8^\circ$). Bước xoắn máng $t = \pi \cdot D \cdot \tan 1{,}5^\circ = 32{,}9\text{ mm}$. Bề rộng cánh xoắn $B = 27\text{ mm}$, dày $2\text{ mm}$.
  • Dung lượng và năng suất: Năng suất máy $Q_m = 1\text{ phôi/phút}$, hệ số tăng năng suất $K_1 = 1{,}3 \Rightarrow$ năng suất thực tế phễu rung $Q_p = 1{,}3\text{ phôi/phút}$. Dung lượng phễu $E = 240\text{ chi tiết}$ (đảm bảo máy chạy liên tục trong $t_{max} = 4\text{ giờ} = 240\text{ phút}$). Số chi tiết xếp một lớp $z = 40$, số lớp $n_{lớp} = 6$.
  • Khối lượng hệ thống: Khối lượng thành phễu $m_t = 4\text{ kg}$, máng phễu $m_m = 1{,}47\text{ kg}$, đáy phễu $m_đ = 1{,}766\text{ kg}$, đế phễu $m_o = 3{,}826\text{ kg} \Rightarrow$ tổng khối lượng phễu $M_p = 11{,}062\text{ kg} \approx 11\text{ kg}$. Khối lượng toàn bộ chi tiết trong phễu $m_{ct} \approx 5\text{ kg} \Rightarrow$ khối lượng phần động rung $m = 16\text{ kg}$. Tổng khối lượng toàn bộ trạm phễu rung $m_{toàn bộ} = 78\text{ kg}$.
  • Hệ thống lò xo và nam châm: Tính toán 4 lò xo lá thép ($b = 25\text{ mm}$, $L = 200\text{ mm}$, độ cứng $c_1 = 410\text{ N/mm}$) với tần số dao động riêng $\omega_0 = 320\text{ rad/s}$. Thiết kế nam châm điện xoay chiều một nhịp ($U = 220\text{ V}$, $f = 50\text{ Hz}$, $P_0 = 320\text{ N}$, $B = 10.000\text{ Gauss}$, lõi thép chữ E tiết diện $S_c = 12{,}5\text{ cm}^2$, cuộn dây 966 vòng dây đồng $\varnothing 1{,}2\text{ mm}$, dòng $I = 1{,}94\text{ A}$).
  • Hệ thống giảm chấn: Thiết kế 3 đệm cao su giảm chấn ($h = 30\text{ mm}$, đường kính $D = 44\text{ mm}$) đảm bảo tỷ số tần số $\frac{\omega}{\omega_a} \ge 1{,}41$ ($\omega_a \le 222{,}7\text{ rad/s}$) để triệt tiêu dao động truyền xuống sàn máy.

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển

Chương 3 tập trung vào giải pháp tự động hóa bằng PLC:

  • Tổng quan công nghệ PLC: Lịch sử phát triển từ phát minh của Richard Morley (1968), cấu trúc phần cứng (CPU, hệ thống bus dữ liệu/địa chỉ/điều khiển, bộ nguồn, khối DI/DO/AI/AO) và chu trình quét lặp (Scan cycle).
  • Lựa chọn thiết bị: Chọn dòng PLC Siemens Simatic S7-1200, cụ thể là CPU 1214C nhờ thiết kế nhỏ gọn, hỗ trợ cổng PROFINET và cấu hình bộ nhớ phù hợp. Phân vùng bộ nhớ bao gồm Load memory ($4\text{ MB}$), Work memory ($75\text{ KB}$) và Retentive memory ($10\text{ KB}$).
  • Môi trường lập trình TIA Portal V13: Trình bày các bước khởi tạo project, cấu hình thiết bị phần cứng, gán nhãn địa chỉ I/O cho nút ấn, cảm biến phát hiện phôi và ngõ ra kích hoạt mạch cấp nguồn nam châm điện phễu rung.

Chương 4: Kết quả đạt được

Chương 4 tổng hợp các kết quả thực tế của đồ án:

  • Hoàn thiện mô hình 3D tổng thể trạm cấp phôi rung động.
  • Xuất bộ bản vẽ kỹ thuật chế tạo chi tiết gồm: bản vẽ lắp trạm cấp phôi, bản vẽ đế dưới, bản vẽ đế trên, bản vẽ đế xi lanh, bản vẽ trụ xi lanh, bản vẽ thân xi lanh, bản vẽ giá đỡ dưới, bản vẽ giá đỡ trên, bản vẽ ổ tích, bản vẽ phễu xoắn vít, bản vẽ thanh nối, bản vẽ lõi thép và bản vẽ thanh chữ E.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả chính kèm số liệu kỹ thuật

Đồ án đã tính toán và thiết kế hoàn chỉnh một trạm cấp phôi tự động dạng phễu rung với các thông số kỹ thuật rõ ràng:

Hạng mục thông số Giá trị kỹ thuật xác lập
Phôi gia công Dạng lục giác $d = 24{,}5\text{ mm}$, $l = 9{,}5\text{ mm}$, $m_{ct0} = 0{,}02\text{ kg}$
Năng suất cấp phôi thực tế ($Q_p$) $1{,}3\text{ phôi/phút}$ (đảm bảo hệ số vượt năng suất $K_1 = 1{,}3$ so với máy)
Dung tích chứa phễu ($E$) $240\text{ phôi}$ (đáp ứng $4\text{ giờ}$ vận hành liên tục không cần tiếp liệu)
Kích thước phễu trụ Đường kính trong $D = 400\text{ mm}$, chiều dày thành $2\text{ mm}$, đáy côn ngược $170^\circ$
Máng xoắn vít dẫn phôi Góc nâng $\theta = 1{,}5^\circ$, bước xoắn $t = 32{,}9\text{ mm}$, bề rộng máng $B = 27\text{ mm}$
Cơ cấu định hướng phôi Vị trí 1: $L = 10\text{ mm}$; Vị trí 2: $H = 12\text{ mm}, L_1 = 6\text{ mm}$
Máng dẫn phôi ra ngoài Tiết diện chữ nhật rộng $H = 25\text{ mm}$, đặt nghiêng $30^\circ$
Cụm lò xo đàn hồi 04 lò xo lá thép CT đàn hồi, $b = 25\text{ mm}$, $L = 200\text{ mm}$, tổng độ cứng $1639\text{ N/mm}$
Đầu rung điện từ 01 nam châm điện xoay chiều $220\text{V} - 50\text{Hz}$, lực kéo $P_0 = 320\text{ N}$, lõi $S_c = 12{,}5\text{ cm}^2$, cuộn dây 966 vòng ($\varnothing 1{,}2\text{ mm}$, $I = 1{,}94\text{ A}$, $R_a = 3{,}7\ \Omega$)
Bộ đệm giảm chấn 03 đệm cao su $h = 30\text{ mm}$, $D = 44\text{ mm}$, $\omega_a \le 222{,}7\text{ rad/s}$
Bộ điều khiển trung tâm PLC Siemens Simatic S7-1200 (CPU 1214C), phần mềm TIA Portal V13

2. Giải pháp và đóng góp của đề tài

  • Phương pháp định hướng tự lựa hai cấp: Giải quyết bài toán định hướng phôi hình lục giác bằng kết cấu cơ khí thụ động ngay trên đường xoắn ốc (vị trí cắt hẹp máng và vị trí tay gạt), đảm bảo $100%$ phôi sai tư thế (dựng đứng hoặc chồng lớp) tự động rơi ngược lại đáy phễu mà không gây tắc nghẽn hay kẹt phôi.
  • Tính toán đồng bộ cơ - điện từ: Kết hợp chặt chẽ giữa tính toán động lực học dao động lò xo lá và tính toán mạch từ nam châm điện xoay chiều, xác định chính xác các kích thước hình học dây quấn và lõi thép để đạt lực kéo $320\text{ N}$ với mức tiêu thụ dòng điện $1{,}94\text{ A}$.
  • Bộ hồ sơ thiết kế hoàn chỉnh: Cung cấp đầy đủ mô hình 3D và 13 bản vẽ kỹ thuật chi tiết/lắp ráp, sẵn sàng cho việc gia công chế tạo cơ khí và tích hợp tủ điều khiển công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung thuyết minh đồ án:

  • Hạn chế:
    • Kết cấu cơ cấu định hướng và máng xoắn được tính toán chuyên biệt cho một loại phôi lục giác kích thước cố định ($d = 24{,}5\text{ mm}$, $l = 9{,}5\text{ mm}$), khả năng tùy biến linh hoạt cho các loại phôi khác kích thước hoặc hình dạng phức tạp còn hạn chế.
    • Sử dụng cơ cấu rung điện từ một nhịp (một nam châm điện) tạo ra lực kéo một hướng, làm xuất hiện tải trọng phụ tác dụng lên hệ thống chân đàn hồi so với cơ cấu rung hai nhịp đối xứng.
    • Thuyết minh đồ án tập trung chủ yếu vào tính toán lý thuyết, thiết kế 3D, lập bảng cấu hình I/O PLC mà chưa trình bày kết quả chạy thử nghiệm đo đạc biên độ rung thực tế và thống kê tỷ lệ cấp phôi lỗi theo thời gian thực.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu cơ cấu rung điện từ hai nhịp có điều chỉnh góc nghiêng và tần số vô cấp qua biến tần hoặc bộ điều khiển chuyên dụng để tăng độ êm và năng suất.
    • Mở rộng thuật toán PLC kết hợp cảm biến quang học/thị giác máy để giám sát lưu lượng và điều khiển tốc độ cấp phôi linh hoạt theo trạng thái của máy công cụ phía sau.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử và Tự động hóa: Tham khảo phương pháp tính toán động lực học phễu rung máng xoắn, công thức kiểm nghiệm chống kẹt phôi trong máng trượt và quy trình tính toán mạch từ cho cơ cấu chấp hành điện từ.
  • Kỹ sư thiết kế máy tự động: Ứng dụng trực tiếp các công thức tính toán kích thước cánh xoắn, góc nghiêng lò xo lá, đệm cao su giảm chấn và hồ sơ bản vẽ chế tạo cho các trạm cấp phôi rời trong các dây chuyền gia công cơ khí, đóng gói hoặc lắp ráp linh kiện.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Chương 2 với hệ thống công thức giải tích chi tiết xác định kích thước máng dẫn phôi chống kẹt ($H = 25\text{ mm}$), tính toán lò xo lá và thiết kế cuộn dây nam châm điện từ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lựa chọn phễu cấp phôi rung động thay vì phễu đĩa quay?

Phễu rung động được lựa chọn vì có năng suất cấp phôi cao, không gây kẹt phôi, dễ dàng điều tiết lưu lượng phôi, kết cấu đơn giản, chi phí chế tạo thấp và rất phổ biến trong các dây chuyền sản xuất tự động đối với phôi rời từng chiếc có nhiều trục đối xứng.

2. Cơ cấu định hướng phôi trên máng xoắn hoạt động theo nguyên lý nào và kích thước ra sao?

Cơ cấu định hướng hoạt động theo phương pháp tự lựa (thụ động). Tại vị trí 1, bề rộng máng xoắn được thu hẹp về $L = 10\text{ mm}$ để các phôi ở trạng thái đứng/nghiêng không ổn định (trạng thái A) mất thăng bằng và rơi lại lòng phễu. Tại vị trí 2, bố trí khe hở $L_1 = 6\text{ mm}$ và tay gạt có chiều cao $H = 12\text{ mm}$ để gạt bỏ phôi bị chồng lớp (trạng thái C), chỉ cho phép duy nhất phôi nằm đúng tư thế (trạng thái B) tiếp tục đi ra máng dẫn.

3. Để tránh kẹt phôi trong máng dẫn trượt chữ nhật, kích thước máng được xác định như thế nào?

Để phôi trượt êm không bị kẹt khi bị nghiêng trong máng, chiều rộng máng $H$ phải thỏa mãn điều kiện $D < H < H_{max} = \sqrt{\frac{L^2 + D^2}{1 + \mu^2}}$. Với đường kính phôi $D = 24{,}5\text{ mm}$, chiều cao phôi $L = 10\text{ mm}$, hệ số ma sát giữa phôi thép và máng thép $\mu = 0{,}3$, khe hở tối thiểu $\Delta_{min} = 1\text{ mm}$, tác giả tính toán được khoảng giá trị $24{,}5\text{ mm} < H < 25{,}35\text{ mm}$ và chọn kích thước chiều rộng máng thực tế là $H = 25\text{ mm}$.

4. Nam châm điện tạo rung được tính toán với các thông số điện - từ cơ bản nào?

Nam châm điện sử dụng nguồn xoay chiều $U = 220\text{ V}$, tần số $f = 50\text{ Hz}$ tạo lực kéo $P_0 = 320\text{ N}$. Lõi thép kỹ thuật điện 1(A) dạng chữ E có tiết diện phần cảm trung tâm $S_c = 12{,}5\text{ cm}^2$, cảm ứng từ cực đại $B = 10.000\text{ Gauss}$. Cuộn dây được quấn từ dây đồng đường kính $d = 1{,}2\text{ mm}$ ($S_d = 1{,}13\text{ mm}^2$) với tổng số 966 vòng (46 hàng, mỗi hàng 21 vòng), dòng điện làm việc định mức $I = 1{,}94\text{ A}$ và điện trở thuần $R_a = 3{,}7\ \Omega$.

5. Bộ điều khiển PLC nào được lựa chọn và cấu hình bộ nhớ của CPU này ra sao?

Đề tài lựa chọn PLC Siemens Simatic S7-1200 với CPU 1214C. Cấu hình bộ nhớ của CPU 1214C bao gồm bộ nhớ làm việc (Work memory) là $75\text{ KB}$, bộ nhớ nạp (Load memory) là $4\text{ MB}$, bộ nhớ duy trì (Retentive memory) là $10\text{ KB}$, cùng $1024\text{ bytes}$ bộ đệm I/O và $4096\text{ bytes}$ vùng nhớ bit phụ trợ ($M$).

Kết luận

Thuyết minh đồ án "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo trạm cấp phôi tự động dạng phễu sử dụng bộ điều khiển PLC" của nhóm sinh viên Trường Đại học Điện Lực đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu thiết kế một hệ thống cấp phôi rung động tự động cho phôi rời lục giác. Đề tài kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết động lực học dao động, tính toán giải tích kết cấu cơ khí định hướng thụ động, thiết kế mạch từ nam châm điện xoay chiều và giải pháp điều khiển tự động hóa bằng PLC S7-1200. Các kết quả tính toán chi tiết cùng hệ thống 13 bản vẽ kỹ thuật chế tạo cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho lĩnh vực tự động hóa quá trình sản xuất.