Thiết kế và mô phỏng máy gọt vỏ dừa tươi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MÁY GỌT VỎ DỪA Ngành KỸ THUẬT CƠ KHÍ Giảng viên hướng dẫn Ths BÙI VĂN TÂM Sinh viên thực hiện Huỳnh Vũ Từ Huy MSSV 1611040265 Lớp 16DCKA3 TP Hồ Chí Minh, 092021 i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài đồ án tốt ngiệp Thiết kế và mô phỏng máy gọt vỏ dừa tươi được tiến hành công khai, dựa trên sự cố gắng, nổ lực của mình, sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình của Ths Bùi Văn Tâm Các số.

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH DỪA TƯƠI VÀ GIÁ DỪA TƯƠI 1

Tình hình dừa tươi hiện nay

Theo thông tin từ báo cuctrongtrot.gov.vn, vào ngày 19/11/2019, giá dừa tươi tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long đã tăng mạnh, khiến thương lái phải vào tận vườn để mua nhưng vẫn không đủ cung ứng.

Nguyên nhân khan hiếm dừa tươi và giá tăng cao hiện nay là do thời điểm nghịch vụ, khiến dừa ít trái, cùng với sự tấn công của bọ dừa làm giảm sản lượng Tại Tiền Giang, trong mùa dừa treo cổ, các lái buôn đã tranh thủ thu mua dừa tươi với giá từ 60.000 – 70.000 đồng/chục (12 trái) để bán lại với giá 15.000 đồng/trái cho các quán giải khát và vựa trái cây Theo các hộ trồng dừa, giá dừa gia tăng do nguồn cung khan hiếm, trong khi nhu cầu xuất khẩu dừa, đặc biệt là sang các thị trường Châu Âu, Singapore và Hàn Quốc, đang tăng cao.

Hiện nay, ba tỉnh có diện tích trồng dừa lớn nhất là Tiền Giang (14.000ha), Bến Tre (72.000ha) và Trà Vinh (20.000ha) Các nhà vườn tại những địa phương này cho biết, việc trồng dừa tốn rất ít chi phí cho phân thuốc và công chăm sóc so với các loại cây ăn trái khác.

Cây dừa thích hợp với vùng đất ven sông và cho trái quanh năm Với mức giá này, mỗi năm nhà vườn thu lãi trên 100 triệu đồng/ha.

Tình hình lao động gọt vỏ dừa tươi

1.2.1 Dụng cụ gọt vỏ dừa tươi

Phương pháp gọt dừa tươi truyền thống là dùng dao gọt bằng tay

Dụng cụ gọt vỏ dừa tươi bao gồm một dao cứng dày khoảng 5mm để loại bỏ lớp vỏ cứng bên ngoài và một dao mỏng dày khoảng 2mm để gọt phần sơ dừa bên trong.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Với sự thành công của đề tài đã tạo ra bước ngoặc trong khâu gọt vỏ dừa tươi của người lao động Việt Nam

Thúc đẩy ứng dụng khoa học kỹ thuật và công nghệ trong sản xuất nông nghiệp là cần thiết để nâng cao hiệu quả và chất lượng Đồng thời, cần thu hút sự quan tâm của các kỹ sư và chuyên gia Việt Nam, khuyến khích họ phát triển những sản phẩm đổi mới mang lại lợi ích thiết thực cho ngành nông nghiệp.

Mô hình này phù hợp với nhiều đối tượng, đặc biệt là các doanh nghiệp vừa và nhỏ

Giải phóng con người ra khỏi công việc gọt vỏ dừa cực khổ vì chai tay, đứt tay, và tiềm ẩn nguy hiểm chết người

Giảm bớt chi phí thuê mướn nhiều lao động và giải quyết vấn đề thiếu hụt nhân công lao động.

Tình hình ngiên cứu

1.4.1 Tình hình ngiên cứu nước ngoài

Máy gọt dừa tại Thái Lan có ưu điểm nổi bật là tự động hóa hoàn toàn quá trình cắt gọt, giúp sản phẩm dừa đạt hình dạng ổn định và đồng nhất Hệ thống máy hoạt động theo quy trình khép kín, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sai sót trong sản xuất.

Máy hiện tại vẫn chưa tự động hóa hoàn toàn quá trình cấp nguyên liệu và thu sản phẩm từ dừa, dẫn đến hiệu suất làm việc chưa cao Bên cạnh đó, kết cấu của máy cồng kềnh, gây khó khăn trong việc chế tạo và lắp đặt Giá thành của máy cũng tương đối cao, và một trong những hạn chế lớn là chưa tự động hóa được khâu lấy đế dừa sau khi đã cắt đáy.

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Máy gọt vỏ dừa sản xuất tại Việt Nam có nhiều ưu điểm nổi bật Với kết cấu đơn giản, máy dễ dàng chế tạo và vận hành Đặc biệt, giá thành thấp giúp máy trở thành lựa chọn kinh tế Ngoài ra, máy còn có khả năng cắt được nhiều loại dừa khác nhau.

Nhược điểm của phương pháp này là năng suất thấp, chỉ phù hợp với các cơ sở cung cấp dừa tươi uống nước nhỏ Hơn nữa, quy trình cấp dừa và cắt đáy vẫn chưa được tự động hóa.

Với sự gia tăng nhu cầu giải khát do hiện tượng nóng lên toàn cầu, trái dừa trở thành lựa chọn phổ biến Tuy nhiên, việc gọt vỏ dừa để phục vụ khách hàng thường gặp nhiều khó khăn, chủ yếu do các cơ sở vẫn sử dụng phương pháp gọt thủ công Phương pháp này tốn nhiều thời gian, cần nhiều nhân công và chi phí thuê lao động cao, đồng thời sản phẩm gọt không đẹp và không đều Do đó, việc sử dụng máy móc để gọt dừa là giải pháp cần thiết để nâng cao hiệu quả và chất lượng phục vụ.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Khái niệm

Gọt vỏ dừa là quá trình làm sạch lớp vỏ bên ngoài của trái dừa bằng cách sử dụng các dụng cụ cắt như dao Phương pháp này thường được áp dụng ở các điểm kinh doanh nhỏ và lẻ, mang lại sự tiện lợi cho việc chế biến dừa.

Phương hướng thiết kế

2.1.1 Những phương pháp gọt dừa

* Sử dụng dao gọt dừa:

Hình 2.1: Gọt dừa bằng dao

- Ưu điểm: không tốn chi phí, dụng cụ đơn giản, dễ cắt gọt

- Nhược điểm: tốn sức, mất thời gian, chỉ sữ dụng được cho mô hình kinh doanh nhỏ lẻ, năng suất thấp

 Sử dụng máy gọt dừa:

Hình 2.2: Gọt dừa bắng máy

- Dụng cụ cắt: dao được gắn trực tiếp trên máy gọt sử dụng động cơ

- Ưu điểm: năng suất cao, không tốn thời gian, thao tác dễ, phù hợp cơ sở kinh doanh lớn

- Nhược điểm: tốn kếm chi phí mua máy, khó di chuyển

2.1.2 Các phương án thiết kế

 Phương án 1 : dùng cơ cấu quay của máy tiện để gọt vỏ dừa

Hình 2.2: Gọt dừa bằng phương pháp tiện

- Ưu điểm: cơ cấu bền vững chắc, ít hư hỏng

- Nhược điểm: năng suất thấp, nguy hiểm cho người vận hành, sản phẩm không đẹp, không thể gọt nhiều trái cung một lúc

 Phương án 2: dùng thủy lực để gọt vỏ dừa

Hình 2.4: Hình ảnh thiết kế máy gọt dừa bằng thủy lực

- Ưu điểm: cơ cấu đơn giản, tính tự dộng cao, nắng suất cao

- Nhược điểm: lựa chọn dừa cùng một kích cỡ tương đối với nhau, lực để gọt vỏ dừa lớn, giá thành cao

 Phương án 3: gọt vỏ dừa tươi bằng dao sử dụng khí nén và bộ truyền động bằng xích

Hình 2.5: Thiết kế máy gọt dừa tươi bằng dao sử dụng khí nén

- Ưu điểm: cơ cấu đơn giản, giá thành rẻ, năng suất cao, tính tự động cao, lực để gọt vỏ dừa nhỏ

- Nhược điểm: khả năng tự lựa dừa thấp

 Lựa chọn: em lựa chọn phương án thứ 3 vì các ưu điểm trên cũng như tính khả thi khi thi công

PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

Nội dung thực hiện

- Tìm hiểu quy trình gọt dừa thưc tế

- Tìm hiểu, tham khảo nguyên lý của các mẫu máy gọt vỏ dừa trên thị trường

- Tiến hành thiết kế máy

- Mô phỏng và khảo nghiệm máy.

Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp tìm hiểu quy trình gọt dừa

Tìm thông tin về quy trình gọt dừa trên internet

3.2.2 Phương pháp tìm hiểu nguyên lý các mẫu máy rót khuôn trên thị trường Tìm hiểu thông qua internet, sách báo Từ đó lựa chọn nguyên lý máy phù hợp với yêu cầu

3.2.3.1 Phương pháp thiết kế dao, đồ gá và bộ phận kẹp dừa

Thiết kế dao, đồ gá và bộ phận kẹp dừa cần dựa trên hình dạng và kích thước của quả dừa Việc chọn kích thước quả dừa tiêu chuẩn là rất quan trọng để máy vận hành hiệu quả, êm ái và đạt năng suất tối ưu.

3.2.3.2 Phương pháp thiết kế khung máy

Khung máy được thiết kế để phù hợp với các chi tiết, đảm bảo chiều cao đủ cho xylanh hoạt động tối đa và tạo điều kiện thuận lợi cho người vận hành Nó cần đảm bảo việc lắp ghép các bộ phận làm việc một cách chính xác, tránh va chạm trong quá trình hoạt động Đồng thời, khung máy phải đủ chắc chắn để máy hoạt động ổn định và đáp ứng yêu cầu về tính thẩm mỹ.

3.2.3.3 Phương pháp thiết kế bộ phận xylanh đẩy dao và bộ phận kẹp

Bộ phận đẩy được thiết kế sao cho xylanh được đẩy một cách êm dịu, liên tục và đúng thời gian qui định

3.2.3.4 Phương pháp thiết kế bộ phận xoay dừa

Bộ phận xoay dừa được thiết kế để đảm bảo quả dừa xoay đúng quy trình và với tốc độ đều đặn, giúp tránh tình trạng gọt vỏ không đồng đều, ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ Đường kính ống đặt dừa cần phù hợp với cấu trúc của máy.

3.2.4.1 Các chi tiết dùng chung:

- Là các chi tiết có sẵn trên thị trường theo số liệu đã tính toán, thiết kế và được tiêu chuẩn hóa Một số chi tiết như là:

+ Bu lông – đai ốc nằm trong các mối ghép giữa các bộ phận với nhau

+ Động cơ sau khi được tính toán

3.2.4.2 Các chi tiết chế tạo:

Trước khi chế tạo các chi tiết máy như khung máy, đế máy, bộ phận xoay dừa, dao và đồ gá, cần thực hiện các bước chuẩn bị phôi, gia công thô, gia công tinh, khoan lỗ, cắt, hàn, mài và đánh bóng theo thiết kế ban đầu.

3.2.5.1 Khảo nghiệm tính cơ lý của quả dừa

Mục đích khảo nghiệm để xác định khối lượng, kích thước,độ cứng của vỏ

Mục đích khảo nghiệm động cơ là để kiểm tra các thông số: Số vòng quay, điện áp, công suất

Mục đích khảo nghiệm dao là để kiểm tra các thông số: chiều dài, chiều rộng, độ dày, chất liệu và gọc đặt dao

3.2.5.4 Khảo nghiệm cơ cấu xylanh đẩy dao và bộ phận kẹp

Mục đích khảo nghiệm xylanh là để kiểm tra các thông số: Lực đẩy của xylanh, tốc độ tiến dao và thu về

QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN

Thông số thiết kế khung máy

Sử dụng vật liệu ống thép tròn vì cấu trúc ống thép rỗng, khối lượng nhẹ nhưng lại có độ cứng và khả năng chịu lưc lớn

1 Hình 4.1: Sơ đồ động của máy

Hình 4.2: Kích thước thân máy Tính khối lượng ống sắt tròn: m= 𝜋𝑟 2 x ( x = chiều dài ống khối lượng riêng của sắt )

= 7,27 kg trong đó: khối lượng riêng sắt = 7850 kg/𝑚 3

4.1.2 Thông số mâm đặt dừa

Dùng tấm thép dày 10mm đặt ở ống thép thân máy giúp đặt trái dừa lên mâm để gọt

Hình 4.3: Thông số mâm đặt dừa

4.1.3 Thông số ống giữ trục xoay dừa Ống giữ trục xoay dừa được chế tạo bằng thép CT3 với những thông số như hình dưới đặt ở dưới mâm quay với nhiệm vụ giữ trục xoay dừa

14 Hình 4.4: Thông số ống giữ trục xoay dừa

Hình 4.5: Ống giữ trục xoay dừa

4.1.4 Thông số đồ gá dao và dao

Dao được làm từ vật liệu thép không gỉ có nhiệm vụ gọt dừa và đồ gá dao được làm từ thép được gắn với nhau bằng 2 bu lông

Hình 4.6: Thông số đồ gá dao

Hình 4.7: Thông số dao cắt

Các góc độ thấp nhất thường được áp dụng cho các cạnh, giúp cắt vật liệu nhẹ nhàng hơn Điển hình là góc độ 7-8 độ trên cạnh dao cạo thẳng, tạo ra độ sắc bén cần thiết cho việc sử dụng hiệu quả.

Góc mài từ 10-17 độ là khá thấp cho hầu hết các loại dao, trong khi góc tổng từ 20-34 độ vẫn tạo ra một lưỡi sắc bén hiệu quả Tuy nhiên, góc này thường không đủ mạnh cho các loại dao sử dụng trong cắt chuyển động Nếu dao của bạn được dùng để cắt thịt mềm hoặc cắt lát, góc mài thấp hơn sẽ mang lại trải nghiệm cắt mượt mà hơn.

Góc dao từ 17-22 độ là lý tưởng cho dao nhà bếp, giúp mài nhọn với khả năng cắt tốt trong khoảng 15-20 độ mà vẫn giữ được độ bền Tuy nhiên, các góc nhỏ hơn sẽ không có độ bền cao như góc 40 độ, do đó sẽ không phù hợp khi xử lý nguyên liệu thô.

Trong phạm vi này cạnh của dao bền hơn Các cạnh của dao làm giảm lực cắt

Bất kỳ công cụ lưỡi hay dao nào có độ sắc nét trên 30 độ đều rất bền và có khả năng cắt giảm Mặc dù độ bền này có lợi thế trong việc thực hiện cắt, nhưng hầu hết các dao không tận dụng được góc cắt này.

17 cụ như rìu phải được bền như các điển hình cắt giảm hoạt động của công cụ này sẽ thiệt hại cạnh khác

4.1.5 Thông số đế máy Đế máy được làm từ vật liệu sắt hộp gồm cây 6m nặng 8,27 kg và 2,5m nặng gần 3,5 kg Có nhiêm vụ giữ máy cân bằng trên mặt đất

Thanh giàn xiêng ở đế Thanh giàn ngang ở đế

Để gọt một lát dừa, xy lanh cần có đường kính trong tối thiểu 28mm và áp suất khí nén đạt 7 kg/cm², khi đó lực tác động của xy lanh sẽ đủ để thực hiện quá trình này.

Vậy để cắt được 1cm dừa thì cần 4,3 kgF = 43 N Vậy ta chọn xy lanh có đường kính trong 32mm, hành trình của xy lanh 300mm

Tính lực xy lanh giữ quả dừa:

 Từ các chỉ số trên ta chon xylanh có các thông số như sau:

Hình 4.10: Xylanh khí nén ACS3-NCD32-S300 Bảng 4.1: Thông số xylanh Đường kính trong xylanh 32mm

4.3 Tính toán lựa chọn động cơ

Với các số liệu sau: lực kéo xích tải F = 300 N, vận tốc xích tải v = 0,05 m/s, bước xích t = 8 mm, số răng đĩa xích Z 1  10

1000.0,92= 0.0163 𝑘𝑤 = 17𝑤 P: Lực kéo xích tải v: Vận tốc xích tải

  : Hiệu suất xích tải [2,3.3,tr.88] ol 0,99

 z t   vg/ph [1,2.7,tr.21] nlv: số vòng quay đĩa xích v: vận tốc xích tải z: số răng đĩa xích dẫn t: bước xích

Từ bảng 2.4 ta chọn ix2,1 [1,tr.21]

Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

Ta chọn động cơ có n dc 100 vg/ph, P = 20w

Công suất trên từng trục:

Công suất trên trục động cơ P = 20w

Số vòng quay trên trục 1:

𝑢 = 100 2,1 = 47,8 𝑣𝑔 𝑝ℎ⁄ Mômen xoắn trên từng trục:

 Từ các chỉ số trên ta chọn động cơ có các thông số như sau:

Hình 4: Hình ảnh động cơ 220V AC Bảng 4.2: Thông số động cơ Điện áp định mức 220V AC

Momen xoắn định mức 2856Nm.m

Tốc độ quay 100 vg/ph

Tính bộ truyền xích

Do điều kiện làm việc chịu va đập nhẹ và hiệu suất truyền của bộ truyền xích yêu cầu cao nên chọn loại xích ống lăn

Bộ truyền xích có các thông số sau: công suất P120w, n1100 vg/ph, u = 2,1 , bước xích t = 8 mm, vận tốc truyền xích v = 0,05 m/s, đường tâm đĩa xích nằm với phương ngang < 40

10 = 2,5: Hệ số số răng [1,tr.81]

1 100 n kn  n   : Hệ sốsố vòng quay [1,tr.81]

Ta có : k k k ko a dc d.k k kc bt [1,5.4,tr.81]

 ko 1: Hệ số vị trí bộ truyền ( đường tâm đĩa xích với phương ngang < 40 )

 ka 1: Hệ số khoảng cách trục và chiều dài xích (chọn a = 30  50p)

 kdc 1: Hệ số điều chỉnh lực căn xích bằng 1 trong các đĩa xích

 k 1, 2 d  : Hệ số tải trọng động

 kc 1: Hệ số chế đô làm việc 1 ca

 kbt 1,3: Hệ số của bôi trơn ( môi trường có bụi)

Khoảng cách trục sơ bộ: a = 30p = 30.8 = 240 mm [1,5.11,tr.84] p: Bước xích

P: bước xích a: khoẳng cách trục

1 2, z z : số răng đĩa xích dẫn và bị dẫn

Ta lấy số mắt xích chẵn : Xv

= 238,72 mm Để xích không chịu lực căng quá lớn, khoẳng cách trục a cần giảm bớt một lượng a :

Số lần va đập của xích trong 1 giây:

15 15.76 z n i x   [1,5.14,tr.85] Tính kiểm nghiệm xích về độ bền:

Theo bảng 5.2, tải trọng phá hủy Q = 4,6 kN = 4600 N, khối lượng 1 mét xích q = 0,2 kg [1,tr.78] d 1.2 k  : hệ số tải trọng làm việc trung bình

 v   [2,3.4,tr.86] Lực căng do lực li tâm sinh ra:

𝐹 𝑣 = 𝑞 𝑣 2 = 0,2 0,05 2 = 0,0005 𝑁 [2,5.16,tr.177] q: khối lượng 1 mét xích, kg/m v: vận tốc xích, m/s

Lực căng ban đầu của xích:

Fo g k q af   N [2,5.17,tr.177] a: khoảng cách trục, m g: gia tốc trọng trường, m s/ 2 kf : hệ số độ võng của xích

Chọn kf = 4 vì đường tâm < 40

Theo bảng 5.10 với 200 n01 vg/ph,   s  7,8 [1,tr.86] Vậy S >   s bộ truyền xích đảm bảo đủ bền

4.4.2 Đường kính đĩa xích

Lực tác dụng lên trục:

Bộ truyền góc nghiêng < 40 , chọn kx = 1,15

Hình 4.12: Nhông lớn và nhỏ Bảng 4.3: Thông số nhông xích

Số bánh răng 21 10 Đường kính 60mm 25mm

Thiết kế trục xoay dừa

Chọn vật liệu thép C35 : b 510MPa, ch 304MPa , 1255MPa,

  , ứng suất xoắn cho phép     20MPa ,   80MPa [2,10.1,tr.350] Xác định đường kính sơ bộ của trục:

M1: momen xoắn trên trục 1, Nmm

Ta chọn theo tiêu chuẩn d = 15 mm, tại vị trí đầu đĩa xích, chọn ổ bi cỡ nhẹ với

Chọn 10 k3  khoảng cách từ mặt mút chi tiết quay đến nắp ổ

Chiều dài may ơ trên đĩa xích :

 1, 2 1,5  1, 2 1, 2.15 18 lmx   d  d   mm [1,10.10,tr.189] d: đường kính trục sơ bộ

𝑎 = 0,5 (𝐵 + 𝑙 𝑚𝑥 ) + 𝑘 3 = 0,5 (16 + 18) + 10 = 27 𝑚𝑚 [1,10.14,tr.190] a: khoảng cách từ đĩa xích đến ổ lăn

 2,5 3  2,5.15 37,5 b  d   mm b: khoảng cách giữa 2 ổ lăn

Ta chọn RBx theo chiều ngược lại

Theo biểu đồ mômen thì tiết diện nguy hiểm nhất tại C

Ta chọn đường kính tại C: dC 30 mm Đường kính trục lắp đĩa xích : dx 15 mm Đường kính giữa 2 ổ trục : d = 35 mm

*Xác định hệ số an toàn tại C

𝜀 𝜎 = 0,91 , 𝜀 𝜏 = 0,89 [2.10.3,tr.360] hệ số 𝜔 𝜎 = 0,025, 𝜔 𝜏 = 0.0125 theo hình 2.9 [2,tr.43]

Hệ số an toàn tại C:

Khi S = 3 ta không cần kiểm nghiệm trục theo độ cứng

Kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnh:

Wo: momen cản xoắn Ứng suất cho phép khi quá tải:

Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh:

Chọn cảm biến

- Với mục đích phát hiện dừa khi xylanh giữ di xuống,em đã lựa chọn sử dụng loại cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK

Hình 4.13: Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK

- Các thông số kỹ thuật của cảm biến vật cản hông ngoại E18-D80NK

+ Ngõ ra : NPN Thường mở

+ Thời gian đáp ứng: < 2 ms

+ Khoảng cách hiệu quả: 3 – 80 cm (có thể điều chỉnh)

+ Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

- Để nhận vị trí dao khi hết hành trình cắt em lựa chọn sử dụng cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3

Hình 4.14: Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3

- Các thông số kỹ thuật của cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3

+ Ngõ ra NPN cực thu hở

Giới thiệu PLC OMRON

4.7.1.Cấu tạo của họ PLC CPM1A

PLC-CPM1A thuộc họ OMRON do Nhật sản xuất Đây là loại PLC đơn khối có thể lắp ghép thêm module và lắp ghép nhiều PLC với nhau

Hình 4.15: Đèn báo của PLC Trong đó:

1 - Các đèn báo hệ thống:

- Đèn PWR (xanh): báo nguồn

- Đèn RUN (xanh): PLC đang ở chế độ chạy hoặc kiểm tra, ( đèn tắt thì PLC đang ở chế độ lập trình hoặc có lỗi)

- Đèn ERR/ALM (đỏ): + Sáng : có lỗi, PLC không hoạt động

+ Nhấp nháy, hoặc tắt: PLC đang hoạt động

-COMM (da cam): Dữ liệu đang được truyền tới cổng ngoại vi

2- Cổng ghép nối với máy tính hoặc thiết bị lập trình

3-Các đèn chỉ thị và địa chỉ ra

4-Chân nối cho đầu ra

5-Các đèn chỉ thị và địa chỉ đầu vào

6-Chân nối cho đầu vào

PLC CPM1A có khả năng kết nối với 32 bộ PLC cùng loại, tạo thành một hệ thống đồng bộ Để lập trình cho PLC, người dùng có thể kết nối nó với thiết bị cầm tay, bộ lập trình chuyên dụng hoặc máy tính tương thích.

4.7.2.1 Kết nối với thiết bị lập trình bằng tay: nối trực tiếp cáp của thiết bị cầm tay vao PLC

Hình 4.16: Kết nối bằng tay 4.7.2.2 Kết nối với thiết bi lập trình chuyên dụng hoặc máy tính

Khi ghép nối với máy tính ta dùng cáp nối chuẩn RS232C và bộ phối hợp RS-

232 hoặc cáp chuyển đổi loại CQM1-CIF02 khi ghép nối với thiết bị lập trình chuye dụng được ghép nối với cổng nối tiếp (COM) của máy tính

Hình 4.17: Kết nối bằng thiết bị chuyên dụng 4.7.2.3 Kết nối nhiều PLC và máy tính

Hình 4.18: Kết nối bằng máy tính

Giới thiệu phần mềm SYSWIN

4.8.1 Giao diện phần mềm Để PLC có thể hoạt động điều khiển hệ thống thì cần phải có chương trình điều khiển ở bên trong nó Muốn như vậy, ta phải viết chương trình điều khiển, nạp chương trình vào bộ nhớ PLC Công việc này gọi là lập trình cho PLC

Để lập trình PLC, cần có sự giao tiếp giữa người dùng và PLC thông qua phần mềm lập trình Mỗi loại hoặc họ PLC khác nhau sẽ sử dụng phần mềm lập trình riêng Đối với PLC SYSMAC CPM1A, OMRON đã phát triển phần mềm lập trình mang tên SYSWIN để hỗ trợ lập trình cho dòng PLC này.

Phần mềm SYSMAC CPM1A không chỉ hỗ trợ lập trình cho PLC mà còn cung cấp nhiều tính năng hữu ích như công cụ gỡ rối, kiểm tra lỗi, và hỗ trợ đa dạng ngôn ngữ lập trình.

Phần mềm này sở hữu một phần trợ giúp (Help) rất đầy đủ và tiện dụng, cho phép người dùng tra cứu nhanh chóng và hiệu quả các vấn đề liên quan đến PLC SYSMAC CPM1A.

Hình 4.19: Giao diện phần mềm SYSWIN

4.8.2 Cấu trúc một tập tin SYSWIN

Trong SYSWIN, project (dự án, tập tin có đuôi là swp [SYSWIN Project]) được sử dụng để kết hợp chương trình của bạn với tất cả thông tin cần thiết để liên lạc với PLC, đồng thời cho phép tải chương trình có sẵn vào PLC cụ thể.

Hình 4.20: Cấu trúc của một tập tin Một project có các thành phần cơ bản sau: PLC Type, CPU, Series, Editor,

Interface, Project Type, Bridge Option, Modem Option, Coding Option

 Series: Chọn PLC Omron series C hoặc CV

Khi lựa chọn PLC, cần chọn mô hình và CPU phù hợp từ danh sách hiển thị CPU sẽ hoạt động nếu có sẵn cho các mô hình đã chọn.

 Editor: Chọn chương trình bậc thang hay chức năng kế hoạch Chức năng chỉnh sửa kế hoạch không có sẵn đối vơi PLC series CV

Chọn loại dự án để tải và thực thi chương trình trong PLC, bao gồm việc chọn thư viện để tạo mô-đun lưu trữ trong thư viện Syswin và chọn mẫu để sử dụng tệp tin mẫu Khi sử dụng thư viện hoặc mẫu, quá trình làm việc sẽ diễn ra ngoại tuyến.

Chọn loại giao diện truyền thông phù hợp với PLC và cấu hình từng loại giao diện thông qua hộp thoại thông tin liên lạc.

Sau khi chọn cấu hình phù hợp, hãy nhấn Enter hoặc click vào nút OK trên màn hình để hoàn tất thiết lập cấu hình cơ bản của hệ thống và bắt đầu quá trình lập trình Phần 4.8.3 sẽ đề cập đến cấu trúc chương trình.

Chương trình trong SYSWIN được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng giành riêng cho chương trình và có thể được lập trình với 2 dạng cấu trúc khác nhau

Chương trình PLC được lưu trữ trong một khối trong bộ nhớ, với cấu trúc tuyến tính phù hợp cho các bài toán tự động nhỏ và đơn giản Khối chương trình chính OB1 là khối được chọn, nơi PLC thường xuyên quét và thực hiện các lệnh từ đầu đến cuối, sau đó lặp lại từ lệnh đầu tiên.

4.8.3.2 Lập trình có cấu trúc

Chương trình được chia thành các phần nhỏ, mỗi phần thực hiện nhiệm vụ chuyên biệt và nằm trong những khối chương trình khác nhau Cấu trúc này rất phù hợp cho các bài toán điều khiển phức tạp và đa nhiệm PLC SYSMAC CPM1A bao gồm 3 loại khối cơ bản.

Khối OB1 (Organization Block) là khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển, có vai trò quan trọng trong hệ thống Khối này luôn được thực thi và quét trong mỗi chu kỳ quét, đảm bảo tính liên tục và hiệu quả trong quá trình điều khiển.

Khối SBR (Khối chương trình con) là một thành phần của chương trình ứng dụng, thực hiện các chức năng riêng biệt tương tự như một chương trình con hoặc hàm Một ứng dụng có thể bao gồm nhiều khối chương trình con, và mỗi khối được phân biệt bằng tên của chương trình con tương ứng.

Khối INT, hay còn gọi là khối chương trình ngắt, là một loại khối chương trình đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng lớn dữ liệu với các khối chương trình khác Chương trình này sẽ được thực thi mỗi khi xảy ra sự kiện ngắt.

4.8.4 Giao tiếp giữa máy tính và PLC Để có thể giao tiếp giữa máy tính và PLC cho thực hiện việc Download hoặc Upload cho PLC, ta phải thực hiện các bước sau:

Trường hợp cáp giao tiếp là cáp USB thì cổng giao tiếp phải chọn USB

Trường hợp cáp giao tiếp là cáp COM thì phải chọn đúng cổng giao tiếp của máy tính Để cài đặt cổng giao tiếp, vào mục Communication connect

Hình 4.21: Giao tiếp giữa máy và PLC

Nạp chương trình vào PLC (download program to PLC)

Nối máy tính PC với PLC qua bộ chuyển đổi và cáp RS232C Đầu cắm của bộ chuyển đổi sẽ nối vào cổng Peripheral Port của PLC

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GỌT DỪA

Sơ đồ thuật toán của máy

Hình 5.1: Sơ đồ thuật toán của máy

Giới thiệu về phần mềm thiết kế SOLIDWORKS

SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D tham số nổi bật, ra mắt vào năm 1995 và hoạt động trên hệ điều hành Windows Được phát triển bởi công ty SOLIDWORKS thuộc Dassault Systèmes, một tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới, phần mềm này đã trở thành công cụ quan trọng trong lĩnh vực thiết kế kỹ thuật.

A (Vélizy, Pháp) Cộng đồng người dùng SOLIDWORKS bản quyền trên thế giới hiện là gần 6 triệu người với khoảng 200.000 doanh nghiệp và tập đoàn

Phần mềm SOLIDWORKS, ra mắt lần đầu vào năm 1995, đã trải qua nhiều bước phát triển vượt bậc về tính năng và hiệu suất, đáp ứng nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật và công nghiệp Với khả năng thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục giải pháp đa dạng, SOLIDWORKS còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như đường ống, kiến trúc, nội thất và xây dựng.

ViHoth là đại lý phân phối ủy quyền chính thức của SOLIDWORKS Dassault Systèmes từ năm 2011, đóng góp tích cực vào việc phát triển cộng đồng người dùng SOLIDWORKS tại Việt Nam Với kinh nghiệm sâu rộng trong các lĩnh vực CAD/CAM/CAE/PLM, ViHoth đã trở thành đối tác uy tín và đáng tin cậy cho nhiều doanh nghiệp trong ngành công nghiệp.

Kể từ khi du nhập vào Việt Nam vào năm 2003, phần mềm SOLIDWORKS đã phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực cơ khí, với phiên bản mới nhất là 2021 Các tính năng của SOLIDWORKS mang lại nhiều lợi ích cho người dùng, giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế và nâng cao hiệu quả công việc.

1 Thiết kế mô hình 3D chi tiết

SOLIDWORKS nổi bật trong lĩnh vực thiết kế 3D CAD nhờ tính trực quan và phương pháp xây dựng mô hình 3D tham số Phần mềm này cho phép người dùng dễ dàng và nhanh chóng chuyển đổi từ các bản vẽ 2D sang mô hình 3D, nhờ vào khả năng tái sử dụng dữ liệu 2D Đặc biệt, SOLIDWORKS còn hỗ trợ dựng mô hình 3D từ ảnh chụp, mang lại sự tiện lợi cho các hoạt động sáng tạo và phát triển sản phẩm.

2 Thiết kế lắp ghép và cụm lắp ghép

Các chi tiết 3D sau khi thiết kế có thể dễ dàng lắp ráp thành bộ phận máy hoặc máy hoàn chỉnh, giúp người dùng thoải mái sáng tạo và nghiên cứu sản phẩm mới Từ phiên bản 2019 trở đi, SOLIDWORKS đã được nâng cấp với nhiều tính năng hỗ trợ lắp ghép lớn, tốc độ tải nhanh và khả năng xem bản vẽ một cách nhanh chóng.

3 Xuất bản vẽ dễ dàng

Phần mềm SOLIDWORKS cho phép người dùng tạo các hình chiếu vuông góc cho các chi tiết hoặc bản lắp với tỉ lệ và vị trí tùy chỉnh, mà không làm thay đổi kích thước của chúng.

Công cụ này cho phép tạo kích thước tự động và theo quy định của người sử dụng, giúp tiết kiệm thời gian trong việc tạo ra các chú thích cho các lỗ Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được thiết kế để sử dụng dễ dàng, mang lại hiệu quả cao trong quá trình làm việc.

4 Tính năng Tab và Slot

Phần mềm SOLIDWORKS 2018 cung cấp tính năng tự động tạo tab và slot, hỗ trợ lắp ghép các bộ phận hàn Ngoài ra, phiên bản này còn giới thiệu tính năng Normal Cut mới, giúp duy trì khoảng cách tối ưu cho sản xuất, cùng với khả năng uốn mới cho phép người dùng tạo và trải phẳng góc uốn một cách dễ dàng.

5 Cải tiến quản lý dự án và quy trình

SOLIDWORKS Manage là một phần mềm mạnh mẽ cung cấp công cụ quản lý dữ liệu, dự án và quy trình trong một giao diện thân thiện Nó mở rộng khả năng của SOLIDWORKS PDM Professional, cho phép người dùng quản lý hiệu quả các dự án và quy trình, từ đó tối ưu hóa quy trình làm việc và tăng cường hiệu suất.

6 Các tiện ích cải tiến

Online Licensing mang lại sự tiện lợi vượt trội trong việc sử dụng giấy phép trên nhiều máy tính Với SOLIDWORKS Login, người dùng có thể chuyển nội dung và cài đặt tùy chỉnh đến bất kỳ máy tính nào cài đặt SOLIDWORKS Đồng thời, Admin Portal giúp quản lý sản phẩm và dịch vụ của SOLIDWORKS một cách dễ dàng và hiệu quả hơn.

7 Tính năng gia công

SOLIDWORKS là phần mềm CAD nền tảng, đối tác của nhiều phần mềm CAM: SolidCAM, MasterCAM, PopCADCAM…Từ năm 2017, SolidworksCAM được bổ sung, phát triển từ phần mềm CAMWorks

8 Phân tích động lực học

SOLIDWORKS Simulation cung cấp các công cụ mô phỏng mạnh mẽ giúp kiểm tra và nâng cao chất lượng thiết kế của bạn Trong suốt quá trình thiết kế, các thuộc tính vật liệu, mối ghép và quan hệ hình học được cập nhật đầy đủ, đảm bảo tính chính xác trong mô phỏng.

Nhóm phần mềm mô phỏng

SOLIDWORKS Flow Simulation cho phép mô phỏng dòng chảy, truyền nhiệt, lực dòng chất lỏng

SOLIDWORKS Plastics: mô phỏng dòng chảy của nhựa trong khuôn, dự đoán các khuyết tật trong quá trình thực hiện khuôn ép nhựa

SOLIDWORKS Motion là công cụ mô phỏng ảo giúp kiểm tra chức năng thiết kế thông qua việc phân tích chuyển động Từ những chuyển động đơn giản đến phức tạp, SOLIDWORKS Motion cho phép người dùng phân tích các lực tác động trong mô hình, bao gồm lò xo, bộ giảm chấn, động cơ và ma sát, đảm bảo thiết kế hoạt động hiệu quả.

SOLIDWORKS Simulation: sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn

Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được sử dụng để tách các thành phần thiết kế thành các phần tử rắn, vỏ hoặc chùm, nhằm xác định phản ứng của các chi tiết và lắp ráp khi chịu tác động của ứng suất, áp lực, tăng tốc và nhiệt độ Tải trọng có thể được nhập từ nhiều nghiên cứu khác nhau, bao gồm nhiệt, dòng chảy và chuyển động, để thực hiện phân tích đa vật lý Khi tiến hành phân tích, dữ liệu về ứng suất là rất quan trọng; cơ sở dữ liệu vật liệu SOLIDWORKS đã được chuẩn bị sẵn với nhiều vật liệu để sử dụng trong SOLIDWORKS Simulation và có thể dễ dàng tùy chỉnh theo yêu cầu cụ thể của từng dự án.

Chương trình điều khiển

5.3.1 Tiếp điểm vào ra của hệ thống

Hình 5.2: Chương trình cắt xylanh khí nén Ngõ vào:

- 000.08 : Cảm biến S7.( Cảm biến động cơ)

- 010.00 : Xy lanh giữ đi xuống

- 010.01 : Xy lanh giữ đi lên

- 010.02 : Xy lanh cắt trái đi xuống

- 010.03 : Xy lanh cắt trái đi lên

- 010.04 : Xy lanh cắt phải đi xuống

- 010.05 : Xy lanh cắt phải lên

5.3.2 Chương trình điều khiển cho PLC

Mô phỏng các bộ phận của máy

Hình 5.3: Bản vẽ lắp của máy

3 – Tấm kê giữ mâm xoay

6 – Tấm gá xylanh giữ dừa

Hình 5.4: Bản vẽ lắp của máy

A – Bộ phận xylanh khí nén

B – Bộ phận dao và kẹp

9 – Trục giữ đồ gá dao

Hình 5.5: Cụm chi tiết số 1

F – Cụm liên kết xylanh và dao

1 – Trục giữ đồ gá dao

7 – Trục giữ đầu ty xylanh

Hình 5.6: Cụm chi tiết số 2

4 - Ống đỡ trục xoay dừa

54 Hình 5.7: Máy gọt vỏ dừa sau khi lắp ráp

Mô phỏng tính lực của máy

5.5.1 Mô phỏng giá trị lực các khâu trong quá trình hoạt động

Hình 5.8: Mô phỏng giá trị lực của các khâu Bảng 5.1: Giá trị lực tai các khớp

Tên Min Max Đơn vị

Giá trị lực tại các khớp

5.5.2 Mô phỏng ứng suất sinh ra của dao

Hình 5.9: Mô phỏng ứng suất sinh ra của dao Bảng 4.2: Giá trị ứng suất thể hiện trên dao

Tên Min Max Đơn vị

Giá trị ứng suất thể hiện trên dao

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Kết luận

Đề tài nghiên cứu đã được thực hiện từ việc tìm hiểu tình hình dừa tươi, áp dụng các phương pháp cắt gọt thủ công, cùng với tính toán, thiết kế và mô phỏng trên các phần mềm chuyên dụng Trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp, em đã đạt được một số kết quả đáng ghi nhận.

- Tính toán, thiết kế và mô phỏng trên các phần mềm như Auto Cad, solidworks

- Thiết kế và chế tạo sơ bộ dựa trên các phần mềm mô phỏng

- Tính toán lực cắt dừa

- Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh máy

- Thiết kế bộ điều khiển

Ngoài những kết quả trên, đề tài còn một số hạn chế và thiếu sót

- Khả năng tự lựa dừa thấp, cần phải phân loại dừa trước khi cắt

- Mức độ tự động hóa chưa cao

- Mức độ an toàn của máy thấp

- Dừa sau khi cắt chưa đạt tính thẩm mỹ cao

Bên cạnh những kết quả đạt được và các hạn chế đã nêu, đề tài vẫn có thể còn những sai sót mà tôi chưa nhận ra Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý từ quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Hướng phát triển đề tài

Với những mặt hạn chế kể trên, em xin đề xuất một số hướng phát triển tiếp theo của đề tài như sau:

- Thiết kế 1 cánh tay máy làm nhiệm vụ xoay ngang trái dừa, làm tăng mức độ tự động hóa và tránh rủi ro cho công nhân điều khiển máy

- Thiết kế mâm đỡ dừa xoay quanh trụ thân máy, nó cũng làm tăng mức độ tự động hóa tránh rủi ro cho công nhân

- Thiết kế bộ điều khiển sử dụng chip vi xử lý như: 89CXX ATMEGA, PIC, ARM với giá thành rẻ hơn khi điều khiển bằng PLC

Tiêu đề	Thiết Kế Và Mô Phỏng Máy Gọt Vỏ Dừa Tươi
Tác giả	Huỳnh Vũ Từ Huy
Người hướng dẫn	Ths Bùi Văn Tâm
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2021
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	3,71 MB