Tài liệu Thiết kế máy đóng chậu tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên nghành: Kỹ thuật thiết kế TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG CHẬU TỰ ĐỘNG SVTH: Đinh Quang Vinh MSSV: 1514049 GVHD: GS. TS NGUYỄN THANH NAM TP. HCM, tháng 6 năm 2019 Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM LỜI CẢM ƠN Quãng đường đại học đi qua đã để lại trong tim tôi biết bao kỷ niệm, những niềm vui và muộn phiền cuộc sống, những tháng ngày cơ cực với mì tôm và thi cử. Lòng lại thầm nhủ, tất cả đã chui rèn, mài giũa để tôi trở thành con người trong hiện tại. Và tất cả trôi đi như một cơn gió, thấm thoắt đã bốn năm trời, nhìn lại cái ngày tôi vừa tốt nghiệp trung học, chập chững bước vào cổng trưởng Bách Khoa, uy nghiêm và vĩ đại, nhìn lại bao lần lạc bước giữa những cung đường xinh đẹp ấy, vậy mà giờ đây, tất cả chỉ còn là kỷ niệm. Tôi thực hiện luận văn này cũng là “dự án” cuối cùng mà tôi làm với tư cách là một sinh viên đại học. Vận dụng tất cả những gì được học từ ngày đầu tiên cho đến những buổi cuối cùng, từ đại cương cho đến những môn chuyên ngành. Tôi xin cảm ơn những người thầy, người cô đã ban cho tôi tri thức, đã tận tình giảng giải và trả lời cho những câu hỏi mà tự bản thân tôi không thể nào giải đáp được. Tôi xin cảm ơn những người bạn đồng trang lứa, những người đã đồng hành cũng tôi từ trong những buổi làm bài tập lớn hay thuyết trình, đến những ngày vất vả học nhóm ôn thi. Tôi xin cảm ơn bố mẹ và chị tôi, đã gồng mình lao động để tôi có thể được yên tâm học hành. Tôi xin cám ơn bạn bè và đối tác gần xa đã tin tưởng sử dụng dịch vụ mà tôi cung cấp, cho tôi cơ hội khẳng định bản thân và tự mình kiếm thêm chút tiền trang trải cuộc sống. Tôi xin cảm ơn các thầy cô, anh chị và bạn bè làm việc tại phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống, đã đồng hành cùng tôi trong những đề tài nghiên cứu, đã cùng tôi trải qua những tháng ngày căng thẳng. Tôi xin cảm ơn cô bạn gái giấu tên, đã ở bên cạnh những lúc tôi cần, đã luôn tin tưởng và đồng hành cùng tôi dẫu rằng khó khăn vất vả. Trên tất cả, tôi xin cám ơn thầy, GS.TS Nguyễn Thanh Nam, người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo, định hướng cho tôi trong suốt thời gian từ năm 3 đến nay, và cũng là người đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp. Rồi mai đây, trên con đường sự nghiệp của bản thân, tôi sẽ tìm thấy những giá trị mới, học hỏi được những điều mới mẻ, nhưng sẽ không thể nếu như thiếu sót những nền tảng mà tôi đã tích luỹ được khi còn là sinh viên. Thanh xuân như một cơn mưa rào, đời sinh viên cũng vậy, tận dụng những tháng năm ngắn ngủi ấy để dùi mài bản thân là cách tốt nhất để vững bước trên con đường sự nghiệp sau này. SINH VIÊN THỰC HIỆN i Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM TÓM TẮT Luận văn trình bày các nghiên cứu về đề tài “Thiết kế máy đóng chậu tự động theo mô đun”. Trong đó có đề cập đến phương pháp canh tác, nhu cầu về sản phẩm và các mô tả, cũng như những nghiên cứu trong và ngoài nước, các bằng sáng chế…Nhằm tìm ra các vấn đề còn tồn tại cần phải giải quyết để áp dụng phù hợp với điều kiện thực tiễn của nước nhà. Đồng thời nghiên cứu lý thuyết thiết kế theo mô đun và tầm quan trọng, lợi ích của việc thiết kế sản phẩm theo mô đun nhằm áp dụng vào sản phẩm máy đóng chậu, cho phép thiết kế sản phẩm một cách linh hoạt. Nhận diện sản phẩm, đưa ra các ý tưởng và lựa chọn ý tưởng phù hợp với định hướng thiết kế cũng như các yêu cầu đặt ra. Ý tưởng về máy đóng chậu sẽ được phát triển và phân tích theo mô đun, lựa chọn các thành phần cơ bản thuộc về các mô đun khác nhau và nhận diện các mô đun có trong hệ thống. Phần tính toán thiết kế áp dụng độc lập cho các mô đun. Hệ thống điều khiển được trình bày ở chương 6, là thành phần kết nối các mô đun, phối hợp chức năng của chúng để đạt được chức năng chung. ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN..................................................................................................... i TÓM TẮT ......................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH .............................................................................. ix DANH SÁCH BẢNG BIỂU .......................................................................... xvi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... xviii MỞ ĐẦU ........................................................................................................ xix Chương 1. ĐUN 1.1. TỔNG QUAN MÁY ĐÓNG CHẬU TỰ ĐỘNG THEO MÔ ...................................................................................................... 1 Giới thiệu chung .................................................................................. 1 1.1.1. Một số phương pháp nhân giống vô tính trong trồng trọt ............ 1 1.1.2. Nhu cầu về sản phẩm máy đóng chậu tự động ............................. 5 1.1.3. Mô tả sản phẩm máy đóng chậu tự động ..................................... 6 1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................. 7 1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước – một số bằng sáng chế .......................... 7 1.2.2. Nghiên cứu trong nước ............................................................... 13 1.3. Các vấn đề cần giải quyết và định hướng nghiên cứu ...................... 15 1.3.1. Một số vấn đề tồn tại cần giải quyết........................................... 15 1.3.2. Định hướng nghiên cứu .............................................................. 15 1.3.3. Định hướng thiết kế theo mô đun ............................................... 16 1.4. Mục tiêu, nội dung và lịch trình thực hiện LVTN ............................ 18 1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu đề tài ......................................................... 18 1.4.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................. 18 1.4.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................ 19 iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG CHẬU TỰ ĐỘNG THEO MÔ ĐUN .............................................................. 20 2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán động học, động lực học “máy đóng chậu tự động theo mô đun” ....................................................................................... 21 2.1.1. Phân tích động học cơ cấu .......................................................... 21 2.1.2. Phân tích lực cơ cấu ................................................................... 22 2.1.3. Tính toán công suất và lựa chọn động cơ ................................... 23 2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế “máy đóng chậu tự động theo mô đun” ........................................................................................................... 23 2.2.1. Tính toán thiết kế bộ truyền đai răng ......................................... 23 2.2.2. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ ................................. 24 2.2.3. Tính toán thiết kế cơ cấu nhiều thanh ........................................ 26 2.2.4. Những vấn đề chung liên quan đến các bộ phận vận chuyển .... 26 2.3. Cơ sở lý thuyết phân tích, thiết kế theo mô đun ............................... 27 2.3.1. Phương pháp thiết kế theo mô đun ............................................. 32 2.3.2. Phân tích sản phẩm ..................................................................... 34 2.3.3. Nhóm các chi tiết thành cụm (mô đun) ...................................... 40 2.3.4. Các thuật toán nhóm đối tượng thủ công ................................... 40 2.3.5. Một số giải thuật nhóm đối tượng dựa trên lập trình toán ......... 48 2.3.6. Kết luận ...................................................................................... 49 Chương 3. Thiết kế ý tưởng ......................................................................... 52 3.1. Giả định nhu cầu khách hàng ............................................................ 52 3.2. Các yêu cầu kỹ thuật ......................................................................... 52 3.3. Phân tích chức năng .......................................................................... 53 3.4. Đưa ra ý tưởng cho bài toán thiết kế ................................................. 55 3.5. Tổng hợp ý tưởng một cách hệ thống: .............................................. 57 3.6. Phân tích, lựa chọn ý tưởng .............................................................. 61 iv Luận văn tốt nghiệp Chương 4. GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Thiết kế hệ thống máy đóng chậu theo mô đun ......................... 63 4.1. Mô tả hệ thống .................................................................................. 63 4.2. Phân tích mô đun cấp I ...................................................................... 65 4.2.1. Phân tích sản phẩm theo cấu trúc ............................................... 65 4.2.2. Cấu trúc sản phẩm ...................................................................... 68 4.2.3. Nhóm các thành phần thành mô đun .......................................... 73 4.3. Phân tích mô đun máy cấp chậu ....................................................... 76 4.3.1. Phân tích máy cấp chậu theo cấu trúc ........................................ 76 4.3.2. Cấu trúc máy cấp chậu ............................................................... 79 4.3.3. Nhóm các thành phần thành mô đun trong máy cấp chậu ......... 84 4.4. Phân tích mô đun băng tải xơ dừa ..................................................... 86 4.4.1. Phân tích băng tải xơ dừa theo cấu trúc ..................................... 87 4.4.2. Cấu trúc băng tải xơ dừa ............................................................ 89 4.4.3. Nhóm các thành phần thành mô đun trong băng tải xơ dừa....... 94 4.5. Phân tích mô đun băng tải chậu ........................................................ 95 4.5.1. Phân tích băng tải chậu theo cấu trúc ......................................... 96 4.5.2. Cấu trúc băng tải chậu ................................................................ 98 4.5.3. Nhóm các thành phần thành mô đun trong băng tải chậu ........ 102 4.6. Phân tích mô đun máy cấp xơ dừa .................................................. 104 4.6.1. Phân tích máy cấp xơ dừa theo cấu trúc ................................... 104 4.6.2. Cấu trúc máy cấp xơ dừa .......................................................... 106 4.6.3. Nhóm các thành phần thành mô đun trong máy cấp xơ dừa .... 109 4.7. Phân tích mô đun máy ép ................................................................ 111 4.7.1. Phân tích máy ép theo cấu trúc................................................. 111 4.7.2. Cấu trúc máy ép ........................................................................ 114 v Luận văn tốt nghiệp 4.7.3. 4.8. GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Nhóm các thành phần thành mô đun trong máy ép .................. 117 Kết luận chung trong phân tích mô đun máy đóng chậu ................ 118 Chương 5. Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí ............................................ 119 5.1. Các thông tin chung ........................................................................ 119 5.2. Tính toán thiết kế máy cấp chậu ..................................................... 121 5.2.1. Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 121 5.2.2. Tính toán động lực học máy cấp chậu và chọn động cơ .......... 122 5.2.3. Chọn và kiểm nghiệm bánh răng cấp chậu .............................. 127 5.2.4. Tính toán thiết kế bộ truyền đai răng ....................................... 128 5.2.5. Tính toán thiết kế trục .............................................................. 132 5.2.6. Tính chọn ổ lăn ......................................................................... 142 5.2.7. Chọn khớp nối .......................................................................... 144 5.2.8. Thông số cơ bản máy cấp chậu ................................................ 145 5.3. Tính toán thiết kế băng tải xơ dừa .................................................. 146 5.3.1. Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 146 5.3.2. Xác định tải trọng và các lực cản ............................................. 149 5.3.3. Kiểm nghiệm độ bền băng........................................................ 150 5.3.4. Xác định lực kéo....................................................................... 150 5.3.5. Tính toán chọn động cơ điện .................................................... 150 5.3.6. Tính toán thiết kế bộ truyền xích ............................................. 153 5.3.7. Tính toán thiết kế trục dẫn động băng tải ................................. 156 5.3.8. Tính toán chọn ổ lăn ................................................................. 161 5.3.9. Tính toán trạm kéo căng ........................................................... 162 5.3.10. 5.4. Thông số hình học băng tải xơ dừa.................................... 162 Tính toán thiết kế máy ép................................................................ 164 vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM 5.4.1. Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 164 5.4.2. Phân tích và tính toán lực ......................................................... 164 5.4.3. Chọn động cơ điện.................................................................... 166 5.4.4. Thiết kế các khâu & khớp bản lề .............................................. 167 5.4.5. Tính toán lựa chọn dẫn hướng (khớp tịnh tiến)........................ 169 5.4.6. Thông số hình học máy ép ....................................................... 171 5.5. Tính toán thiết kế băng tải chậu ...................................................... 173 5.5.1. Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 173 5.5.2. Tính toán động lực học băng tải chậu và chọn động cơ ........... 178 5.5.3. Thiết kế trục và chọn ổ lăn ...................................................... 182 5.5.4. Chọn khớp nối .......................................................................... 184 5.5.5. Thông số hình học băng tải chậu .............................................. 185 5.6. Tính toán thiết kế máy cấp xơ dừa .................................................. 186 5.6.1. Lựa chọn các thông số cơ bản .................................................. 186 5.6.2. Tính toán động lực học và chọn động cơ cho đĩa khuyết......... 186 5.6.3. Tính toán thiết kế trục và chọn ổ lăn, khớp nối ........................ 188 5.6.4. Thông số hình học máy cấp xơ dừa.......................................... 190 5.7. Xây dựng mô hình 3D ..................................................................... 191 5.8. Lựa chọn chân đế/bánh xe .............................................................. 194 Chương 6. Thiết kế hệ thống điều khiển .................................................... 196 6.1. Mô tả hệ thống điều khiển............................................................... 196 6.2. Sơ lược về các thiết bị điều khiển ................................................... 198 6.2.1. Động cơ bước và phương thức điều khiển ............................... 198 6.2.2. Động cơ AC 1 pha và các phương pháp điều khiển tốc độ ...... 199 6.2.3. Sơ lược về PLC ........................................................................ 202 vii Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM 6.3. Liệt kê các thành phần trong hệ thống ............................................ 197 6.4. Lựa chọn thiết bị điều khiển ........................................................... 203 6.4.1. Chọn PLC ................................................................................. 203 6.4.2. Chọn Driver động cơ bước ....................................................... 204 6.4.3. Chọn cảm biến .......................................................................... 205 6.4.4. Chọn Dimmer điều khiển các động cơ ..................................... 205 6.4.5. Nguồn điện và các thiết bị khác ............................................... 206 6.5. Sơ đồ đấu dây .................................................................................. 207 6.6. Thiết lập lưu đồ giải thuật ............................................................... 198 6.7. Chương trình PLC ........................................................................... 209 KẾT LUẬN ................................................................................................... 211 Kết quả luận văn ........................................................................................ 211 Hạn chế của đề tài ...................................................................................... 211 Hướng phát triển của đề tài ........................................................................ 212 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 213 viii Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1. 1. Phương pháp tách cây ...................................................................................... 1 Hình 1. 2. Chiết nén 1 cành .............................................................................................. 2 Hình 1. 3. Chiết nén nhiều cành và liên tục ...................................................................... 2 Hình 1. 4. Cây chè được nhân giống vô tính trong các bầu đất bằng phương pháp giâm cành ................................................................................................................................... 3 Hình 1. 5. Quy trình nhân giống vô tính bằng giâm cành đối với cây chè xanh .............. 4 Hình 1. 6. Cây trạng nguyên sau quá trình nuôi cấy được trồng trong các chậu nhựa để dễ dàng vận chuyển/ bảo quản .......................................................................................... 5 Hình 1. 7. Mô hình máy đóng chậu đất (EP 2 774 477 A1) ............................................ 7 Hình 1. 8. Hình chiếu bằng máy đóng chậu đất (EP 2 774 477 A1) ................................ 7 Hình 1. 9. Mô tả (1) "Thiết bị đóng chậu" (US 8,590,583, B2)........................................ 8 Hình 1. 10. Mô tả (2) "Thiết bị đóng chậu" (US 8,590,583, B2) ..................................... 9 Hình 1. 11. Máy đóng chậu (US 5,614,008) ..................................................................... 9 Hình 1. 12. Hình chiếu cạnh "Máy đóng chậu" (US 5,614,008) .................................... 10 Hình 1. 13. Mayer potting machine 2800 ....................................................................... 11 Hình 1. 14. Thông số kỹ thuật cơ bản của "Mayer potting machine 2800" .................... 11 Hình 1. 15. Javo Standard 2.0 ......................................................................................... 12 Hình 1. 16. Thông số kỹ thuật của "Javo Standard 2.0" ................................................. 12 Hình 1. 17. EP 2200 Potting Machine ............................................................................ 13 Hình 1. 18. Các thông số kỹ thuật của EP 2200 Potting Machine .................................. 13 Hình 1. 19. Máy đóng chậu Hồng Chương – Việt Nam ................................................. 14 Hình 1. 20. Máy đóng chậu TTS - RF ............................................................................ 15 Hình 1. 21. Mô đun và một số ứng dụng ngày nay......................................................... 16 Hình 2. 1. Mô hình cộng vec tơ ...................................................................................... 22 Hình 2. 2. Phân loại mô đun ........................................................................................... 27 Hình 2. 3. Động cơ .......................................................................................................... 28 Hình 2. 4. Hộp giảm tốc .................................................................................................. 28 Hình 2. 5. Ổ lăn, dẫn hướng, vít me bi ........................................................................... 29 Hình 2. 6. Máy vi tính – một sản phẩm mang tính mô đun điển hình ............................ 30 Hình 2. 7. Vòng đời của sản phẩm thiết kế theo mô đun ................................................ 31 Hình 2. 8. Các giai đoạn của quá trình phát triển sản phẩm theo mô đun ...................... 32 Hình 2. 9. Thiết kế theo mô đun ..................................................................................... 33 Hình 2. 10. Sơ đồ chức năng – cấu trúc .......................................................................... 34 Hình 2. 11. Phân tích máy vi tính theo cấu trúc.............................................................. 35 Hình 2. 12. Sơ đồ dòng chảy chức năng chung. ............................................................. 36 Hình 2. 13. Sơ đồ phân tích chức năng ........................................................................... 36 ix Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Hình 2. 14. Sơ đồ dòng chảy chức năng cơ bản ............................................................. 37 Hình 2. 15. Cấu trúc thứ bậc của mô hình khai triển đặc tính hệ kỹ thuật ..................... 38 Hình 2. 16. Dạng chung của chỉ số tương đồng.............................................................. 39 Hình 2. 17. Ma trân tương đồng ..................................................................................... 40 Hình 2. 18. Gán trọng số nhị phân cho cột ..................................................................... 41 Hình 2. 19. Tính đẳng trị thập phân cho hàng ................................................................ 41 Hình 2. 20. Sắp xếp đẳng trị thập phân giảm dần ........................................................... 41 Hình 2. 21. Trong số nhị phân cho hàng ......................................................................... 41 Hình 2. 22. Đẳng trị thập phân cho cột và sắp xếp giảm dần ......................................... 42 Hình 2. 23. Hình thành 2 nhóm chi tiết riêng biệt .......................................................... 42 Hình 2. 24. Ma trận cho ví dụ 2 ...................................................................................... 43 Hình 2. 25. Bước 1, 2 – VD2 .......................................................................................... 43 Hình 2. 26. Kết quả của thuật toán “năng lượng liên kết” .............................................. 43 Hình 2. 27. Ma trận sử dụng cho ví dụ 3 ........................................................................ 44 Hình 2. 28. Bước 1, 2 – VD3 .......................................................................................... 44 Hình 2. 29. Bước 3 – VD3 .............................................................................................. 45 Hình 2. 30. Bước 4 – VD3 ............................................................................................. 45 Hình 2. 31. Lặp lại bước 1 – 4 với các chi tiết còn lại .................................................... 45 Hình 2. 32. Ma trận chéo khối với các cụm riêng biệt.................................................... 46 Hình 2. 33. Phương pháp nhóm đối tượng dựa trên hệ số tương đồng........................... 46 Hình 2. 34. Bước 1 – VD4 .............................................................................................. 47 Hình 2. 35. Bước 3 – VD4 .............................................................................................. 47 Hình 2. 36. Bước 4 – VD4 .............................................................................................. 48 Hình 2. 37. Ma trận sử dụng cho ví dụ 5 ........................................................................ 49 Hình 2. 38. Chỉ số tương đồng tính theo công thức 2.46 ................................................ 49 Hình 2. 39. (hình 2.10) Thiết kế theo mô đun ................................................................ 50 Hình 2. 40. Quá trình thiết kế theo mô đun .................................................................... 51 Hình 3. 1. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng quát ........................................................... 53 Hình 3. 2. Sơ đồ phân tích chức năng con ...................................................................... 54 Hình 3. 3. Sắp xếp chức năng một cách hệ thống .......................................................... 55 Hình 3. 4. Sơ đồ nguyên lý ý tưởng 1 ............................................................................ 57 Hình 3. 5. Sơ đồ nguyên lý ý tưởng 2 ............................................................................ 58 Hình 3. 6. Sơ đồ nguyên lý ý tưởng 3 ............................................................................ 59 Hình 3. 7. Sơ đồ nguyên lý ý tưởng 4 ............................................................................ 60 Hình 4. 1. Sơ đồ liên hệ Chức năng - Cấu trúc ............................................................... 63 Hình 4. 2. Bố trí hình học thô - Hình chiếu đứng ........................................................... 64 x Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Hình 4. 3. Bố trí hình học thô - Hình chiếu cạnh ............................................................ 65 Hình 4. 4. Sơ đồ phân tích cấu trúc – chức năng Cấp I .................................................. 66 Hình 4. 5. Sơ đồ dòng chức năng tổng thể...................................................................... 66 Hình 4. 6. Sơ đồ dòng chảy chức năng cấp I .................................................................. 67 Hình 4. 7. Sơ đồ thứ bậc SLS ......................................................................................... 68 Hình 4. 8. Ma trận tương đồng về cấu trúc ..................................................................... 72 Hình 4. 9. Ma trận tương đồng về chức năng ................................................................. 72 Hình 4. 10. Ma trận tương đồng tổng hợp ...................................................................... 73 Hình 4. 11. Mô đun về cấu trúc ...................................................................................... 73 Hình 4. 12. Mô đun về chức năng................................................................................... 73 Hình 4. 13. Mô đun tổng hợp.......................................................................................... 74 Hình 4. 14. Sơ đồ động máy cấp chậu ............................................................................ 76 Hình 4. 15. Sơ đồ phân tích cấu trúc – chức năng máy cấp chậu theo cấu trúc ............. 77 Hình 4. 16. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể máy cấp chậu .................................... 77 Hình 4. 17. Sơ đồ dòng cháy chức năng máy cấp chậu .................................................. 78 Hình 4. 18. Sơ đồ thứ bậc SLS máy cấp chậu ................................................................ 80 Hình 4. 19. Ma trận tương đồng về cấu trúc máy cấp chậu ............................................ 83 Hình 4. 20. Ma trận tương đồng về chức năng máy cấp chậu ........................................ 83 Hình 4. 21. Ma trận tương đồng tổng hợp máy cấp chậu ............................................... 83 Hình 4. 22. Máy cấp chậu - Mô đun theo cấu trúc ......................................................... 84 Hình 4. 23. Máy cấp chậu - Mô đun theo chức năng ...................................................... 84 Hình 4. 24. Máy cấp chậu - Mô đun tổng hợp ................................................................ 84 Hình 4. 25. Sơ đồ động băng tải xơ dừa ......................................................................... 86 Hình 4. 26. Sơ đồ phân tích cấu trúc băng tải xơ dừa ..................................................... 87 Hình 4. 27. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể băng tải xơ dừa ................................. 87 Hình 4. 28. Sơ đồ dòng chảy chức năng chi tiết băng tải xơ dừa ................................... 88 Hình 4. 29. Sơ đồ thứ bậc SLS Băng tải xơ dừa ............................................................. 90 Hình 4. 30. Ma trận tương đồng về cấu trúc ................................................................... 93 Hình 4. 31. Ma trận tương đồng về chức năng ............................................................... 93 Hình 4. 32. Ma trận tương đồng tổng hợp ...................................................................... 93 Hình 4. 33. Mô đun về cấu trúc vật lý Băng tải xơ dừa .................................................. 94 Hình 4. 34. Mô đun về chức năng Băng tải xơ dừa ........................................................ 94 Hình 4. 35. Mô đun tổng hợp Băng tải xơ dừa ............................................................... 94 Hình 4. 36. Sơ đồ động băng tải chậu ............................................................................. 95 Hình 4. 37. Sơ đồ phân tích cấu trúc – chức năng băng tải chậu .................................... 96 Hình 4. 38. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể ........................................................... 96 Hình 4. 39. Sơ đồ dòng chảy chức năng chi tiết băng tải chậu ....................................... 97 Hình 4. 40. Sơ đồ thứ bậc SLS băng tải chậu ................................................................. 99 Hình 4. 41. Ma trận tương đồng về cấu trúc băng tải chậu ........................................... 102 xi Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Hình 4. 42. Ma trận tương đồng về chức năng băng tải chậu ....................................... 102 Hình 4. 43. Ma trận tương đồng tổng hợp băng tải chậu .............................................. 102 Hình 4. 44. Mô đun về cấu trúc vật lý băng tải chậu .................................................... 103 Hình 4. 45. Mô đun về chức năng băng tải chậu .......................................................... 103 Hình 4. 46. Mô đun tổng hợp băng tải chậu ................................................................. 103 Hình 4. 47. Sơ đồ động máy cấp xơ dừa....................................................................... 104 Hình 4. 48. Sơ đồ phân tích cấu trúc - chức năng máy cấp xơ dừa .............................. 104 Hình 4. 49. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể máy cấp xơ dừa............................... 105 Hình 4. 50. Sơ đồ dòng chảy chức năng máy cấp xơ dừa............................................. 105 Hình 4. 51. Sơ đồ thứ bậc SLS máy cấp xơ dừa ........................................................... 106 Hình 4. 52. Ma trân tương đồng về cấu trúc vật lý máy cấp xơ dừa ............................ 109 Hình 4. 53. Ma trận tương đồng về chức năng máy cấp xơ dừa ................................... 109 Hình 4. 54. Ma trận tương đồng tổng hợp máy cấp chậu ............................................. 109 Hình 4. 55. Mô đun cấu trúc máy cấp xơ dừa............................................................... 109 Hình 4. 56. Mô đun chức năng máy cấp xơ dừa ........................................................... 110 Hình 4. 57. Mô đun tổng thể máy cấp xơ dừa\ ............................................................. 110 Hình 4. 58. Sơ đồ động máy ép .................................................................................... 111 Hình 4. 59. Sơ đồ phân tích cấu trúc - chức năng máy ép ............................................ 112 Hình 4. 60. Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể máy ép ............................................ 112 Hình 4. 61. Sơ đồ dòng chảy chức năng máy ép .......................................................... 113 Hình 4. 62. Sơ đồ thứ bậc SLS máy cấp chậu .............................................................. 114 Hình 4. 63. Ma trận tương đồng về cấu trúc máy ép .................................................... 117 Hình 4. 64. Ma trận tương đồng về chức năng máy ép................................................. 117 Hình 4. 65. Ma trận tương đồng tổng thể máy ép ......................................................... 117 Hình 4. 66. Sơ đồ thứ bậc cấu trúc máy đóng chậu tự động theo mô đun .................... 118 Hình 5. 1. Chu kỳ hoạt động (s) .................................................................................... 119 Hình 5. 2. Thông số hình học chậu nhựa ...................................................................... 120 Hình 5. 3. Các thông số cơ bản máy cấp chậu .............................................................. 122 Hình 5. 4. Chu kỳ làm việc của cụm cấp chậu.............................................................. 122 Hình 5. 5. Sơ đồ liên hệ mô men - vận tốc động cơ bước NEMA 23HS33 – 4008D... 124 Hình 5. 6. Thông số hình học động cơ bước Nema 2323HS33 – 4008D ..................... 125 Hình 5. 7. Thông số kỹ thuật động cơ bước Nema 23 23HS33 – 4008D ..................... 126 Hình 5. 8. Bánh răng trụ răng thẳng mô đun 3 [35] ...................................................... 127 Hình 5. 9. Sơ đồ lựa chọn đai 2GT 3GT [33] ............................................................... 128 Hình 5. 10. Thông số dây đai răng 591 3GT ................................................................ 129 Hình 5. 11. Kết cấu bánh đai răng ................................................................................ 130 Hình 5. 12. Kết cấu dây đai 3GT vật liệu GBN ............................................................ 130 Hình 5. 13. Sơ đồ bố trí các đoạn trục .......................................................................... 133 xii Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Hình 5. 14. Sơ đồ phân tích lực trên các thành phần thuộc máy cấp chậu ................... 134 Hình 5. 15. Sơ đồ nội lực trục 1 .................................................................................... 136 Hình 5. 16. Phác thảo kết cấu trục I .............................................................................. 137 Hình 5. 17. Sơ đồ nội lực trục II ................................................................................... 138 Hình 5. 18. Phác thảo kết cấu trục II ............................................................................ 138 Hình 5. 19. Sơ đồ nội lực trục III .................................................................................. 139 Hình 5. 20. Phác thảo kết cấu trục III ........................................................................... 140 Hình 5. 21. Cấu trúc gối ổ PBT [36] ............................................................................. 143 Hình 5. 22. Sơ đồ lựa chọn khớp nối [33] .................................................................... 144 Hình 5. 23. Cấu tạo khớp nối xẻ rãnh loại dài .............................................................. 144 Hình 5. 24. Sơ đồ truyền động băng tải xơ dừa ............................................................ 146 Hình 5. 25. Cấu tạo băng .............................................................................................. 147 Hình 5. 26. Tang dẩn dạng trống [27]........................................................................... 148 Hình 5. 27. Con lăn dạng trụ thẳng [27] ....................................................................... 148 Hình 5. 28. Động cơ giảm tốc chân đế Dong Ling SH series ....................................... 151 Hình 5. 29. Thông số động cơ....................................................................................... 152 Hình 5. 30. Cấu tạo bánh xích 35B ............................................................................... 155 Hình 5. 31. Thông số hình học dây xích ....................................................................... 156 Hình 5. 32. Thông số hình học cơ bản gối đỡ ............................................................... 157 Hình 5. 33. Thông số thép hình C 125x65 .................................................................... 158 Hình 5. 34. Sơ đồ bố trí và nội lực trục dẫn động băng tải ........................................... 159 Hình 5. 35. Phác thảo kết cấu trục dẫn động băng tải................................................... 160 Hình 5. 36. Sơ đồ tính toán cơ cấu tay quay con trượt trong máy ép ........................... 164 Hình 5. 37. Sơ đồ tách nhóm và phân tích lực trên các khâu ....................................... 165 Hình 5. 38. Hoạ đồ vec tơ lực, tỉ lệ xích 1 .................................................................... 166 Hình 5. 39. Thông số động cơ điện DL SH10 01 30 S ................................................. 167 Hình 5. 40. Cấu trúc khớp cầu PHSC ........................................................................... 167 Hình 5. 41. THông số kỹ thuật ổ bi đỡ 1 dãy B608ZZ ................................................. 168 Hình 5. 42. Phác thảo kết cấu trục ................................................................................ 169 Hình 5. 43. Sơ đồ bố trí các con lăn.............................................................................. 169 Hình 5. 44. Tải trọng tương đương ............................................................................... 170 Hình 5. 45. Cấu trúc ổ lăn tịnh tiến (Linear Bushing) LMU ........................................ 170 Hình 5. 46. Thông số kỹ thuật thanh dẫn hướng .......................................................... 171 Hình 5. 47. Sơ đồ và các kích thước sơ bộ băng tải chậu ............................................. 173 Hình 5. 48. Sơ đồ cấu tạo con lăn thép [30] ................................................................. 174 Hình 5. 49. Sơ đồ cấu tạo con lăn nhựa [31] ................................................................ 175 Hình 5. 50. Thông số kỹ thuật xích ống con lăn KANA 35 - 1 .................................... 176 Hình 5. 51. Thông số kỹ thuật đĩa xích 35B ................................................................. 177 Hình 5. 52. Thông số kích thước mắt xích có tai ghá WSK - 2 .................................... 178 xiii Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Hình 5. 53. Chế độ làm việc của băng tải chậu ............................................................ 179 Hình 5. 54. Sơ đồ mô men - vận tốc động cơ bước Nema 23HS33 - 4008D ............... 180 Hình 5. 55. Động cơ bước NEMA 23HS33 – 4008D ................................................... 181 Hình 5. 56. Thông số kỹ thuật động cơ bước NEMA 23HS33 – 4008D ...................... 182 Hình 5. 57. Thông số kỹ thuật ổ lăn PBT 15 ................................................................ 183 Hình 5. 58. Phác thảo thiết kế trục ................................................................................ 183 Hình 5. 59. Sơ đồ lựa chọn khớp nối ............................................................................ 184 Hình 5. 60. Cấu tạo khớp nối xẻ rãnh loại dài CPLS.................................................... 184 Hình 5. 61. Thông số hình học đĩa khuyết .................................................................... 186 Hình 5. 62. Đo thể tích phễu đã thiết kế ....................................................................... 187 Hình 5. 63. Động cơ DC giảm tốc 12V 30vg/ph .......................................................... 187 Hình 5. 64. Sơ đồ động máy cấp xơ dừa....................................................................... 188 Hình 5. 65. Kết cấu trục ................................................................................................ 188 Hình 5. 66. Ổ chặn DIN 711 ......................................................................................... 188 Hình 5. 67. Băng tải xơ dừa .......................................................................................... 191 Hình 5. 68. Máy cấp chậu ............................................................................................. 192 Hình 5. 69. Băng tải chậu ............................................................................................. 193 Hình 5. 70. Máy ép ....................................................................................................... 193 Hình 5. 71. Khối lượng các cụm phần đầu máy ........................................................... 194 Hình 5. 72. Khối lượng phần băng tải xơ dừa .............................................................. 195 Hình 5. 73. Thông số kỹ thuật bánh xe ......................................................................... 195 Hình 6. 1. Sơ đồ hệ thống máy đóng chậu tự động ..................................................... 196 Hình 6. 2. Động cơ bước (a) và driver điều khiển động cơ bước (b) .......................... 199 Hình 6. 3. Điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều 1 pha, 3 pha bằng biến tần ...................................................................................................................................... 200 Hình 6. 4. Sơ đồ đấu dây thuận .................................................................................... 200 Hình 6. 5. Sơ đồ đấu dây nghịch .................................................................................. 201 Hình 6. 6. Sơ đồ đấu dây cho phương pháp không loại bỏ tụ điện .............................. 201 Hình 6. 7. Dimer điều khiển tốc độ động cơ AC ......................................................... 202 Hình 6. 8. Cấu trúc chung của một PLC ...................................................................... 203 Hình 6. 9. Thông số kỹ thuật PLC FX3G24MT/ES .................................................... 203 Hình 6. 10. PLC FX3G-24MT/ES ............................................................................... 204 Hình 6. 11. Thông số kỹ thuật driver TB 6600 ............................................................ 204 Hình 6. 12. Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại ................................................... 205 Hình 6. 13. Dimmer AC 4000W .................................................................................. 205 Hình 6. 14. Dimmer DC 20A ....................................................................................... 206 Hình 6. 15. Nguồn tổ ong DC 23V 20A ...................................................................... 206 Hình 6. 16. Sơ đồ chân PLC FX3G-24MT/ES ............................................................ 207 xiv Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Hình 6. 17. Sơ đồ đấu dây hệ thống điều khiển ........................................................... 208 Hình 6. 18. Lưu đồ giải thuật dạng Grafcet ................................................................. 198 Hình 6. 19. Chương trình PLC (1) ............................................................................... 209 Hình 6. 20. Chương trình PLC (2) ............................................................................... 210 xv Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 18 Bảng 1. 2. Kế hoạch thực hiện luận văn ......................................................................... 19 Bảng 2. 1. Một số đại lượng tính toán ............................................................................ 20 Bảng 2. 2. Ví dụ về tác động của SLS lên GFR ............................................................. 39 Bảng 3. 1. Đưa ra ý tưởng cho từng chức năng .............................................................. 55 Bảng 3. 2. Ma trận quyết định ........................................................................................ 61 Bảng 4. 1. Mối quan hệ Input/Output Máy đóng chậu ................................................... 67 Bảng 4. 2. Thông số cấp hệ thống (SLS) máy đóng chậu............................................... 69 Bảng 4. 3. Tác động của SLS đối với GFR .................................................................... 71 Bảng 4. 4. Mối quan hệ Inpur/Output máy cấp chậu ...................................................... 79 Bảng 4. 5. Thông số cấp hệ thống máy cấp chậu............................................................ 80 Bảng 4. 6. Tác động của SLS lên GFR trong máy cấp chậu .......................................... 82 Bảng 4. 7. Mối quan hệ Input/Output băng tải xơ dừa ................................................... 89 Bảng 4. 8. Thông số kỹ thuật cấp hệ thống băng tải xơ dừa ........................................... 90 Bảng 4. 9. Mối quan hệ SLS - GFR Băng tải xơ dừa ..................................................... 92 Bảng 4. 10. Mối quan hệ Input/Output băng tải chậu ..................................................... 97 Bảng 4. 11. Thông số kỹ thuật cấp hệ thống (SLS) băng tải chậu .................................. 99 Bảng 4. 12. Tác động của SLS đến GFR băng tải chậu ................................................ 101 Bảng 4. 13. Mối quan hệ I/O giữa các thành phần trong máy cấp xơ dừa ................... 105 Bảng 4. 14. Thông số kỹ thuật cấp hệ thống máy cấp xơ dừa ...................................... 107 Bảng 4. 15. Tác động của SLS lên GFR máy cấp xơ dừa ............................................ 108 Bảng 4. 16. Mối liên hệ Input/Output máy ép .............................................................. 113 Bảng 4. 17. Thông số kỹ thuật cấp hệ thống máy ép .................................................... 115 Bảng 4. 18. Tác động của SLS đến yêu cầu về chức năng tổng thể máy ép................. 116 Bảng 5. 1. Các thông tin đầu vào ................................................................................. 119 Bảng 5. 2. Hiệu suất các thành phần truyền động........................................................ 120 Bảng 5. 3. Thông số bánh răng cấp chậu ..................................................................... 121 Bảng 5. 4. Thông số làm việc của máy cấp chậu ......................................................... 127 Bảng 5. 5. Thông số kỹ thuật bánh răng [35] .............................................................. 127 Bảng 5. 6. Thông số kích thước bánh đai răng ............................................................ 130 Bảng 5. 7. Thông số dây đai răng ................................................................................ 131 Bảng 5. 8. Thông số gối đỡ ổ PBT10 .......................................................................... 143 Bảng 5. 9. Thông số kỹ thuật khớp nối xẻ rãnh đàn hồi CPLS32 6.35 - 8 [37] .......... 144 xvi Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM Bảng 5. 10. Một số thông số hình học cơ bản máy cấp chậu....................................... 145 Bảng 5. 11. Thông số hình học và các hệ số băng tải xơ dừa ...................................... 146 Bảng 5. 12. Thông số băng tải xơ dừa ......................................................................... 147 Bảng 5. 13. Thông số tang dẫn động ........................................................................... 148 Bảng 5. 14. Thông số tang bị động .............................................................................. 148 Bảng 5. 15. Thông số con lăn đỡ ................................................................................. 149 Bảng 5. 16. Thông số làm việc của động cơ ................................................................ 152 Bảng 5. 17. Thông số hình học bánh xích 1 ................................................................ 155 Bảng 5. 18. Thông số hình học bánh xích 2 ................................................................ 155 Bảng 5. 19. Thông số hình học cơ bán băng tải xơ dừa............................................... 162 Bảng 5. 20. Các thông số cơ bản máy ép ..................................................................... 164 Bảng 5. 21. Thông số kỹ thuật khớp cầu ..................................................................... 168 Bảng 5. 22. Thông số ổ lăn tịnh tiến SLMU10 ............................................................ 171 Bảng 5. 23. Thông số hình học cơ bản máy ép ............................................................ 171 Bảng 5. 24. Các thông số cơ bản băng tải chậu ........................................................... 173 Bảng 5. 25. Thông số kích thước con lăn tại vị trí máy ép .......................................... 174 Bảng 5. 26. Thông số con lăn nhựa ............................................................................. 175 Bảng 5. 27. Thông số kỹ thuật khớp nối xẻ rãnh đàn hồi CPLS 32 6.35 - 10 [37] ..... 184 Bảng 5. 28. Thông số hình học cơ bản băng tải chậu .................................................. 185 Bảng 5. 29. Thông số kỹ thuật ổ lăn chặn DIN 711 51100 ......................................... 188 Bảng 5. 30. Thông số kỹ thuật ổ lăn SKF 6001 ........................................................... 189 Bảng 5. 31. Thông số kỹ thuật khớp nối xẻ rãnh đàn hồi CPLS 32 6 - 8 [37] ............ 189 Bảng 6. 1. Các thiết bị đầu vào (Input) ......................................................................... 197 Bảng 6. 2. Các thiết bị đầu ra (Output) ......................................................................... 197 Bảng 6. 3. Thông số làm việc của các động cơ bước.................................................... 209 xvii Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DFM – Design for modularity – Thiết kế theo mô đun. SLS – System level specification – Thông số kỹ thuật cấp hệ thống. GFR – General function requirement – Yêu cầu chức năng chung. ROC – Rank order clustering – Nhóm đối tượng dựa trên thứ bậc. BEA – Bond energy algorithm – Thuật toán năng lượng liên kết. CIA – Cluster indentification algorithm – Thuật toán nhận dạng cụm. HGT – Hộp giảm tốc PLC – Programmable Logic Controller I – Input – Điều kiện đầu vào O – Output – Đầu ra I/O – Input/Output PF – Pot Feeder PC – Pot Conveyor xviii Luận văn tốt nghiệp GVHD: GS.TS NGUYỄN THANH NAM MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển như vũ bão của nền văn minh nhân loại, với sự gia tăng dân số một cách đáng kinh ngạc thì nhu cầu về thực phẩm, y tế, đời sống… liên quan đến thực vật đang ngày một tăng cao. Trong khi đó, chính sự gia tăng dân số cùng với sự bùng nổ của đô thị hoá làm tăng nguy cơ ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, đồng thời làm giảm mạnh diện tích đất nông nghiệp, mang lại những anh hưởng tiêu cực cho quá trình sản xuất. Ngoài ra, sự bùng nổ của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 trong những năm gần đây tạo ra những cơ hội cũng như thách thức cho nông nghiệp toàn cầu, buộc các quốc gia phải thay đổi, phát triển, áp dụng công nghệ cao, cơ giới hoá, tự động hoá hoàn toàn quá trình sản xuất, quản lý sản xuất. Việt Nam vốn là quốc gia có nền nông nghiệp lâu đời với nhiều ngành khác nhau. Trong đó, ngành trồng trọt đóng vai trò hết sức quan trọng trong nông nghiệp nói riêng và nền kinh tế nói chung. Trồng trọt mang lại nguồn lương thực, thực phẩm cho con người, thức ăn cho chăn nuôi, cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến. Ngoài ra còn cung cấp những mặt hàng xuất khẩu nổi trội như lúa gạo, chè, cà phê, tiêu, điều,… Tuy nhiên, đối với một nước đang phát triển như Việt Nam, sự gia tăng dân số và đô thị hoá không chỉ Dân số hiện tại của Việt Nam là 95.562.435 người (theo số liệu mới nhất từ Liên Hợp Quốc vào ngày 09/02/2018) trong khi diện tích đất liền chỉ 331 210 km2. Với tình hình trên, để đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người thì nền nông nghiệp phải dần đổi mới, áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại vào sản xuất để tăng năng suất, đảm bảo chất lượng sản phẩm, cũng là tính tất yếu của cách mạng công nghiệp 4.0. Tuy nhiên, nền nông nghiệp của Việt Nam còn thiếu những yếu tố thiết thực để có thể hiện đại hoá theo định hướng 4.0. Trong đó, việc sản xuất còn phụ thuộc nhiều vào lao động tay chân, phương thức canh tác còn lạc hậu. Việc cơ giới hoá trong trồng trọt còn nhiều hạn chế, mang tính tự phát, chưa được đầu tư hiệu quả. Các cơ sở sản xuất ứng dụng công nghệ cao chủ yếu được đầu tư từ nước ngoài. Ngoài việc áp dụng các phương pháp canh tác mới, các phương pháp nhân giống vô tính cây trồng, thâm canh, tăng vụ,.. việc đầu tư các cơ sở hạ tầng, sản xuất máy móc phục vụ cho nông nghiệp, cải cách nông nghiệp theo hướng xix