LỜI NÓI ĐẦU đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình máy làm bánh nhân kem” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG Ngày nay, việc tự động hoá sản xuất nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao xuất lao động Hệ thống sản xuất tự động ngày ứng dụng rộng rãi phân xưởng, nhà máy Sự phát triển kỹ thuật bán dẫn điện tử, với việc đời linh kiện điện tử, chúng áp dụng hệ thống khí từ loại máy móc tự động đời Chiếc máy tự động sử dụng công nghiệp thợ khí người Nga, ông Pôdunôp chế tạo vào năm 1765 Nhờ mà mức nước nồi giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao nước Để đo mức nước nồi, Pôdunôp dùng phao Khi mức nước thay đổi phao tác động lên cửa van, thực điều chỉnh nước nồi Nguyên tắc điều chỉnh cấu sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, gọi nguyên tắc điều chỉnh theo sai lệch hay nguyên tắc Pôdunôp - Giôn Oat Đầu kỷ 19, nhiều công trình có mục đích hoàn thiện cấu điều chỉnh tự động máy nước thực Cuối kỷ 19 cấu điều chỉnh cho tuabin nước bắt đầu xuất Năm 1712 ông Narrtôp, thợ khí người Nga chế tạo máy tiện chép hình để tiện chi tiết định hình Việc chép hình theo mẫu thực Chuyển động dọc bàn dao bánh - thực Cho đến năm 1798 ông Henry Nandsley người Anh thay chuyển động thành chuyển động vitme - đai ốc Năm 1873 Spender chế tạo máy tiện tự động có ổ cấp phôi trục phân phối mang cam đĩa cam thùng Năm 1880 nhiều hãng giới Pittler Ludnig Lowe (Đức), RSK (Anh) chế tạo máy tiện rơvônve dùng phôi thép Năm 1887 Đ.G Xtôlepôp chế tạo phần tử cảm quang đầu tiên, phần tử đại quan trọng kỹ thuật tự động hoá Cũng giai đoạn này, sở lý thuyết điều khiển điều chỉnh hệ thống tự động bắt đầu nghiên cứu, phát triển Một công trình lĩnh vực thuộc nhà toán học tiếng P.M.Chebưsep Có thể nói, ông tổ phương pháp tính toán kỹ thuật lý thuyết điều chỉnh hệ thống tự động I.A Vưsnhegratxki, giáo sư toán học tiếng trường đại học công nghệ thực nghiệm Xanh Pêtecbua Năm 1876 1877 ông cho đăng công trình “ Lý thuyết sở cấu điều chỉnh” “ Các cấu điều chỉnh tác động trực tiếp” Các phương pháp đánh giá ổn định chất lượng trình độ ông đề xuất dùng tận Không thể không kể tới đóng góp to lớn nghiệp phát triển lý thuyết điều khiển hệ thống tự động nhà bác học A.Xtôđô người Sec, A.Gurvis người Mỹ, A.K.Makxvell Đ.Paux người Anh, A.M.Lapunôp người Nga nhiều nhà bác học khác Các thành tựu đạt lĩnh vực tự động hoá cho phép thập kỷ đầu kỷ 20 chế tạo loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp đường dây tự động liên kết cứng mềm dùng sản xuất loạt lớn hàng khối Cũng thời gian này, phát triển mạnh mẽ điều khiển học, môn khoa học quy luật chung trình điều khiển truyền tin hệ thống có tổ chức góp phần đẩy mạnh phát triển ứng dụng tự động hoá trình sản xuất vào công nghiệp Trong năm gần đây, nước có công nghiệp phát triển tiến hành rộng rãi tự động hoá sản xuất loạt nhỏ Điều phản ánh xu chung kinh tế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ hàng khối thay đổi Nhờ thành tựu to lớn công nghệ thông tin ngành khoa học khác, ngành công nghiệp gia công giới năm cuối kỷ 20 có thay đổi sâu sắc Sự xuất hàng loạt công nghệ mũi nhọn kỹ thuật linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua hình (Visual Manufacturing), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) công nghệ Nanô cho phép thực tự động hoá toàn phần không sản xuất hàng khối mà sản xuất loạt nhỏ đơn Chính thay đổi nhanh sản xuất liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hàng loạt thiết bị hệ thống tự động hoá hoàn toàn loại máy điều khiển số, trung tâm gia công,các hệ thống điều khiển lôgic PLC, hệ thống sản xuất linh hoạt FMS… 1.2 NHU CẦU VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN Tự động hoá trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao động người, nâng cao xuất lao động Trong thời đại, sản phẩm làm vấn đề giá thành sản phẩm vấn đề quan tâm lẽ loại sản phẩm hai nhà sản xuất đưa giá thành sản phẩm rẻ với chất lượng dĩ nhiên người ta lựa chọn sản phẩm rẻ Chính lẽ mà người tìm tòi phương pháp để giảm giá thành sản phẩm sở cho nghành tự động hoá đời Một động lực cho phát triển tự động hoá giảm sức lao động người, nâng cao chất lượng sản phẩm xuất lao động Người ta từ lâu nhận lao động người sánh máy móc kể suất chất lượng đặc biệt loại máy móc tự động.Vì việc đời ngành tự động hoá giảm bớt lao động người mà nâng cao suất chất lượng sản phẩm Quá trình tự động hoá làm cho việc quản lí trở nên đơn giản, thay đổi điều kiện làm việc công nhân mà giảm số lượng công nhân đến mức tối đa Ngoài tự động hoá cải thiện điều kiện làm việc công nhân, tránh cho công nhân công việc nhàm chán, lặp lặp lại, thay cho người lao động nơi có điều kiện làm việc nguy hiểm, độc hại… Tự động hoá áp dụng cho nhiều loại hình sản xuất hàng loạt đơn với trình độ chuyên môn hoá cao mà suất chất lượng sản phẩm cao Ngày để đánh giá mức độ sản xuất, người ta đánh giá vào mức độ tự động hoá sản xuất Với tầm quan trọng thế, ngành tự động hoá quốc gia giới quan tâm mặt sản xuất mà thời buổi kinh tế thị trường việc cạnh tranh sản phẩm thị trường khó khăn, đòi hỏi chất lượng sản phẩm mà giá thành Trong thời gian gần đây, tự động hoá ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống từ kinh tế đến trị - xã hội, như: Trong công nghiệp, y tế, ngân hàng, thư viện… 1.3 NHU CẦU TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG CÔNG NGHỆ LÀM BÁNH NHÂN KEM Hiện dây chuyền làm bánh kem công việc lặp lặp lại nên tránh nhàm chán công việc người công nhân Ngày để nâng cao suất lao động, nâng cao chất lượng ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đưa vào thiết bị sản xuất công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động phần toàn trình sản xuất Cùng với việc sử dụng ngày nhiều hệ thống sản xuất tự động, người cải thiện đáng kể điều kiện lao động giảm nhẹ sức lao động, tránh nhàm chán công việc, tạo cho họ tiếp cận với tiến lĩnh vực khoa học kỹ thuật làm việc môi trường ngày văn minh hơn, an toàn tron công việc Trong kinh tế thị trường hội nhập ngày sâu rộng vào kinh tế giới, vấn đề cạnh tranh ngày khốc liệt nhiều lĩnh vực chất lượng mẫu mã giá thành sản phẩm Có thể thấy áp dụng tự động hóa vào trình sản xuất có hội nâng cao suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, thay đổi mẫu mã cách nhanh chóng CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY 2.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1.1 Phương án : Ta sử dụng hệ thống truyền động thủy lực: + hai xi lanh thủy lực để đẩy bánh vào máng quay + xi lanh thủy lực dùng để đẩy cấu nặng kem + xi lanh thủy lực dùng để nén bánh * Ưu nhược điểm phương án 1: - Ưu điểm: + truyền công suất tải trọng lớn + dầu có tính đàn hồi nên truyền động êm, không ồn - Nhược điểm: + dùng hệ thống thủy lực nên cần cung cấp dầu bơm dầu cho hệ thống phí tốn kém, không phù hợp với việc làm mô hình sinh viên + xi lanh phần tử điều khiển có giá thành cao nên không hiệu tính kinh tế + tổn thất đường ống dẫn phần tử thủy lực nên làm giảm hiệu suất làm việc + dầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc tải thay đổi 2.1.2 Phương án Ta sử dụng hệ thống truyền động khí nén: + hai xi lanh khí nén để đẩy bánh vào máng quay + xi lanh khí nén dùng để đẩy cấu nặn kem +một xi lanh khí nén dùng để ép bánh * Ưu nhược điểm phương án 2: - Ưu điểm: độ nhớt động học khí nén nhỏ Hệ thống cung cấp khí nén đơn giản rẻ tiền, dễ chế tạo không cần bơm dầu phí giá thành thấp so với thủy lực Các phần tử hệ thống khí nén có cấu tạo đơn giản giá thành rẻ Lực để truyền tải trọng đến câu chấp hành thấp nên phù hợp với việc làm mô hình sinh viên Hệ thống khí nén thấp không gây ô nhiễm môi trường - Nhược điểm: Lực để truyền tải trọng đến cấu chấp hành thấp Dòng khí thoát đường dẫn gây nên tiếng ồn lớn Dựa vào các phân tích ở nhóm đồ án chọn phương án để thiết kế hệ thống, các thiết bị dùng hệ thống sẽ được phân tích ở các chương sau 2.2.TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 2.2.1 Các chuyển động chính − Chuyển động quay hệ thống để đẩy bánh, nặn kem ép bánh hình thành nhờ chuyển động tịnh tiến xi lanh qua thông số sau: Hành trình piston L=100mm Bán kính lỗ đĩa R= 30mm -Vận tốc xi lanh chuyển động tính tiến để tạo chuyển động quay cho cấu Trong đó: v- vận tốc dài cần xi lanh Q- lưu lượng xi lanh, chọn Q=10.5 A-Tiết diện xi lanh Vậy vận tốc chuyển động quay xi lanh tạo là: Chuyển động tịnh tiến cấu đẩy bánh Chiều dài cánh tay l=100mm - Theo dòng điện qua tiếp điểm : Rơle chiều rơle xoay chiều - Theo số lượng cặp tiếp điểm : cặp tiếp điểm, cặp tiếp điểm… - Theo cấu trúc chân : Chân tròn, chân dẹt - Theo đế cắm rơle : Đế tròn, đế vuông c Nguyên lý hoạt động : Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh lực hút điện từ, hút động phía lõi Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện tỷ lệ nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ Khi dòng điện cuộn dây nhỏ dòng tác động ( I < Itđ lực hút điện từ nhỏ lực kéo lò xo F < Flx , động đứng yên Khi I > Itđ lực hút điện từ lớn lực kéo lò xo F > Flx Tấm động hút phía làm cho khe hở mạch từ nhỏ nhất, tức hút phía phần tĩnh Khi khe hở mạch từ nhỏ, lực hút tăng, động hút dứt khoát phía phần tĩnh tiếp điểm động đóng vào tiếp điểm tĩnh Khi dòng điện cuộn dây giảm, lực lò xo thắng lực hút điện từ, lò xo kéo động khỏi phần tĩnh Khe hở mạch từ tăng, lực điện từ giảm, lò xo kéo dứt khoát động về, tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh d Các thông số - Điện áp định mức cuộn hút điện áp cấp cho cuộn hút làm việc chế độ lâu dài Diện áp 9, 12 , 24 , 110 , 220 , 440 chiều 24 , 110 , 220 , 440 xoay chiều Diện áp ghi cuộn hút - Điện áp định mức : Điện áp làm việc lâu dài mạch điện mà rơle khống chế Điện áp định mức 24 , 110 , 220 , 440 chiều 24 , 110 , 127 , 220 , 380 , 500 xoay chiều - Đòng điện định mức : Dòng điện dài hạn qua tiếp điểm rơle mà không làm hỏng tiếp điểm - Tuổi thọ khí tính số lần đóng ngắt, thường vài trăm ngàn lần đóng ngắt không điện trăm ngàn lần đóng ngắt dòng có định mức : Điện áp cách điện, Điện áp thử cách điện - Thời gian tác động khoảng thời gian kể từ lúc dòng điện vượt giá trị tác đọng đến lúc phần động hút hoàn toàn vào phần tĩnh Thường vào khoảng – 20ms Hình 4.2- Rơ le điện từ e) Sơ đồ đấu dây Rơle đơn nam châm điện có điện nam châm điện hút kim loại làm cho tiếp điểm thay dổi Hình 4.3- Rơle sơ đồ đấu dây 1) Chân nam châm từ: 12_24_110_220 v 2) Chân cấp nguồn, Chân lại đầu 3/ Công tắc hành trình: Công tắt hành trình công tắc có chức đóng mở mạch điện, đặt đường hoạt động cấu cho cấu đến vị trí tác động lên công tắc Hành trình tịnh tiến quay Khi công tắc hành trình tác động làm đóng ngắt mạch điện ngắt khởi động cho thiết bị khác Người ta dùng công tắc hành trình vào mục đích như: - Giới hạn hành trình: (Khi cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc làm ngắt nguồn cung cấp cho cấu → vượt qua vị trí giới hạn) - Hành trình tự động: Kết hợp với rơle, PLC hay vi điều khiển để cấu đến vị trí định trước tác động cho cấu khác hoạt động (hoặc cấu đó) Hình 4.4- Một số loại công tắc hành trình Từ những phân tích ta thấy ta thấy so với cảm biến quang, công tắc hành trình có độ nhạy kém hơn, phạm vi tác động cũng bị hạn chế Tuy nhiên, nó có ưu điểm là khả làm việc môi trường khắc nghiệt, có độ ổn định cao, khả chống nhiễu tốt so với cảm biến quang dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu Để sát với thực tế sản xuất của một nhà máy Nhóm đồ án chọn công tắc hành trình làm thiết bị nhận dạng, phân loại sản phẩm dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy 4/ Động - Sử dụng động chiều, Trong mô hình, sử dụng truyền động không yêu cầu tải trọng lớn nên không cần động có công suất lớn Với yêu cầu đơn giản băng tải liên tục, dừng cần - Dễ điều khiển, giá thành rẻ Vì cần sử dùng loại động chiều có công suất nhỏ, khoảng 20 – 40 W, điện áp vào 12 - 24 V Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều Động điện chiều dùng phổ biến công nghiệp thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi hoạt động Động điện chiều dân dụng thường dạng động hoạt động với điện áp thấp, dùng với tải nhỏ Trong công nghiệp, động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu momen mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng - Cấu tạo động điện chiều Stato (phần cảm): gồm lõi thép thép đúc, vừa mạch từ vừa vỏ máy Các cực từ có dây quấn kích từ Rotor (phần ứng): gồm lõi thép dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ, làm thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5mm, phủ sơn cách điện ghép lại Mỗi phần tử dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, đầu với phiến góp, cạnh tác dụng phần tử dây quấn rãnh cực khác tên Cổ góp: gồm phiến góp đồng ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn đầu trục rotor Chổi than: làm than graphit Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo giá chổi điện gắn nắp máy - Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào chổi than A B, dây quấn phần ứng có dòng điện I Các dẫn ab, cd có dòng điện nằm từ trường chịu lực Fđt tác dụng làm cho rotor quay Chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn ab, dc đổi chỗ cho có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi Khi động quay, dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động E Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải động điện chiều sức điện động E ngược chiều với dòng điện I nên E gọi sức phản điện động - Phân loại động điện chiều Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động điện chiều chia thành: + Động điện chiều kích từ độc lập : có dòng điện kích từ từ thông động không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng sơ đồ nối dây hình vẽ với nguồn điện mạch kích từ Ukt riêng biệt so với nguồn điện mạch phần ứng U + Động điện chiều kích từ song song : Khi nguồn điện chiều có công suất vô lớn, điện trở nguồn coi =0 điện áp nguồn không đổi, không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng động cơ.Loại động chiều kích từ song song coi kích từ độc lập + Động chiều kích từ nối tiếp : dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng Động chiều kích từ hỗn hợp : gồm dây quấn kích từ, dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp, dây quấn kích từ song song chủ yếu - Phương trình đặc tính động điện chiều Phương trình cân điện áp sau : U = E + (R + Rf)I Trong đó: + U nguồn điện đặt vào phần ứng (V) + E sức phản điện động phần ứng động (V), tỷ lệ với từ thông Φ tốc độ quay động ω theo biểu thức : E = KΦω + K hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào cấu tạo động : K = pN/2Пa + p số đôi cực từ + N số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng + a số mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng + R = r + rcf + rcb + rct điện trở mạch phần ứng động cơ, bao gồm điện trở cuộn dây phần ứng r , điện trở cực từ phụ rcf, điện trở cuộn bù rcb, điện trở tiếp xúc chổi than cổ góp rct + Rf điện trở phụ mạch phần ứng + I dòng điện mạch phần ứng Ta có phương trình đặc tính điện động sau: ω = {U - (R + Rf)I }/KΦ Phương trình biểu thị mối quan hệ đại lượng học ω đại lượng I động Mặt khác momen điện từ động tỷ lệ với từ thông Φ dòng điện phần ứng I : M = KΦI Từ ta có phương trình đặc tính động sau : ω = (U /KΦ) - (R + Rf)M/(KΦ)2 Biểu thức biểu thị mối quan hệ đại lượng học M ω động Nếu bỏ qua ảnh hưởng phản ứng, từ thông động không đổi: Φ = const Khi phương trình đặc tính phương trình đặc tính điện tuyến tính, biểu thị đường thẳng Trong đồ thị trên, M = hặc I = có nghĩa động hoàn toàn không tải ω = U/KΦ =ω0 + ω0 gọi tốc độ không tải lý tưởng Khi ω = I = U/(R+ Rf) = Inm Và M = UKΦ/(R + Rf) = InmKΦ = Mnm + Inm Mnm gọi dòng điện ngắn mạch moomen ngắn mạch Từ phương trình đặc tính ta xác định độ cứng đặc tính cơ: β = dM/dω = -(KΦ)2 / (R + Rf) ∆ω = (R + Rf)M/(KΦ)2 : độ sụt tốc ứng với momen M so với động không tải lý tưởng Các đặc tính nhân tạo Từ phương trình đặc tính điện phương trình đặc tính ta thấy tạo đặc tính nhân tạo cách thay đổi thông số + Điện trở mạch phần ứng Rt = R + Rf + Điện áp phần ứng U + Từ thông Φ Đặc tính nhân tạo thay đổi điện trở mạch phần ứng:Khi giữ không đổi điện áp U= Uđm = const từ thông Φ = Φđm = const cách nối thêm biến trở Rf vào mạch phần ứng ta làm thay đổi điện trở tổng mạch Khi ứng với giá trị Rf ta đợc đường đặc tính nhân tạo với phương trình sau: ω = {Uđm - (R + Rf)I }/KΦđm ω = (Uđm /KΦđm) - (R + Rf)M/(KΦđm)2 tốc độ không tải lý tưởng giữ không đổi ( tốc độ không tải lý tưởng đặc tính tự nhiên) Độ sụt tốc ứng với giá trị Mc lớn sụt tốc đặc tính tự nhiên tỷ lệ với điện trở tổng mạch phần ứng ∆ωc = (R + Rf)Mc/(KΦđm)2 Độ cứng đặc tính nhân tạo biến trở tỷ lệ nghịch với điện trở tổng Rt β = (KΦđm)2 / (R + Rf) - Đặc tính nhân tạo thay đổi điện áp phần ứng: giữ từ thông không đổi Φ = Φđm = const không nối thêm điện trở phụ mạch phần ứng (Rf = 0, Rt = R = const), làm thay đổi điện áp đặt vào phần ứng ta thu họ đặc tính nhân tạo đường song song với đặc tính tự nhiên Tốc độ không tải lý tưởng tỷ lệ thuận với điện áp U ω0 = U/KΦđm = var nhỏ tốc độ không tải đặc tính tự nhiên Độ cứng đặc tính nhân tạo không phụ thuộc vào điện áp U, β = (KΦđm)2/R 5/ Khối nguồn Có vai trò cung cấp toàn nguồn điện cho các khối hệ thống Khối nguồn có sơ đồ khối sau: - Dùng máy biến áp thực hạ áp cách ly - Dùng cầu chỉnh lưu thực chỉnh lưu - Dùng tụ điện (tụ hóa) có điện dung lớn thực mạch lọc CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ... NHU CẦU TỰ ĐỘNG HỐ TRONG CƠNG NGHỆ LÀM BÁNH NHÂN KEM Hiện dây chuyền làm bánh kem cơng việc lặp lặp lại nên khơng thể tránh nhàm chán cơng việc người cơng nhân Ngày để nâng cao suất lao động,... chứa bánh Q trình cấp bánh q trình chuyển bánh từ ổ chứa bánh đến vùng làmviệc máy theo khoảng thời gian khơng gian định sau gia cơng xong chuyển chi tiết vào chỗ cất giữ − Cơ cấu chứa bánh cấu... dụng cụ vặn vít, máy khoan, máy mài dụng cụ có khả sử dụng truyền động khí nén - Truyền động thẳng: đồ gá kẹp chi tiết, thiết bị đóng gói, thiết bị máy gia cơng, thiết bị làm hay thiết bị phanh