Luận án Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học, tối ưu kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động

phôi một mới có thể thiết kế đƣợc cơ cấu định hƣớng cho nó một cách tin cậy. Trong các cơ cấu cấp phôi rung động thì việc định hƣớng phôi xảy ra trong quá trình chuyển động của nó theo máng xoắn vít. Các phƣơng pháp định hƣớng phôi có thể là: - Chủ động (tất cả các phôi được định hướng không phụ thuộc vào vị trí của chúng ở trong máng xoắn vít)[2][3] 38 - Thụ động (chỉ có những phôi có vị trí chính xác mới được chuyển vào máng tiếp nhận, còn những phôi có vị trí không chính xác sẽ rơi xuống phễu) [3][4]. Dƣới đây giới thiệu một số ví dụ về định hƣớng chủ động và định hƣớng thụ động của các loại phôi khác nhau. Hình 2. 9. Cơ cấu định hướng cho phôi đáy phẳng[3] Hình 2.10 là cơ cấu định hƣớng thụ động dùng cho phôi tròn có đáy phẳng d ≥ h. Phôi di chuyển ở đáy dƣới, các phôi này nằm ở phần răng có gờ (xem mặt cắt B – B trên hình 2.10) cho nên chúng định hƣớng để đi vào máng tiếp liệu. Còn những phôi nằm ở phần răng không có gờ (xem mặt cắt A – A trên hình 2.10) sẽ rơi xuống phễu. Hình 2. 10. Cơ cấu định hướng cho phôi tròn đáy phẳng[3] Hình 2. 11. Cơ cấu định hướng cho phôi dạng trụ tròn[3] Hình 2.11 là cơ cấu định hƣớng thụ động phôi dạng ống có d < l. Các phôi đƣợc định hƣớng cần có vị trí nằm ngang, vì vậy để gạt những phôi có vị trí thẳng đứng xuống phễu, trên máng có lắp tấm chắn, tấm chắn đƣợc đặt ở độ cao bằng 1,1d (xem mặt cắt B – B trên hình 2.11) 39 Định hƣớng chủ động phôi trụ dài (hình 2.12a), khi phôi di chuyển trên máng (hình 2.12b) đến vị trí bẫy phôi bị rơi, phôi chạm vào gờ của tấm chắn (hình 2.12c) nhờ đó mà vẫn giữ đƣợc vị trí ban đầu (hình 2.12d), có nghĩa là vị trí khi phôi nằm trên máng dẫn. Hình 2. 12. Cơ cấu định hướng cho phôi dạng trụ trơn[3] 2.3. Phân loại thiết bị cấp phôi dạng phễu rung Phễu tròn là thành phần cơ bản của cơ cấu cấp phôi rung động. Kết cấu của phễu tròn có ảnh hƣởng lớn đến khả năng làm việc của cơ cấu cấp phôi rung động. Phễu tròn có chức năng: tích trữ, định hƣớng và vận chuyển phôi tới máng tiếp nhận và nếu một trong các chức năng này không có thì cơ cấu cấp phôi này sẽ hoạt động không hiệu quả. Sau đây là bảng tổng hợp một số kích thƣớc tối ƣu của máng mà các nhà công nghệ đã nghiên cứu tính toán và thiết lập: Với phễu tròn hình trụ có một hoặc một số máng xoắn vít ta có thể tham khảo bảng sau: Hình 2. 13. Kích thước của phễu trụ thẳng 40 Bảng 2. 2. Kích thước của phễu trụ thẳng[3]. Kí hiệu d P Số rãnh xoắn W H C E h t Khối lƣợng Thể tích phễu Nguồn rung BOWL 230 230 30 2 20 90 2 2 16 2 2,2 0,8 JA-C230 BOWL 300 300 40 25 110 3,8 2,0 JA-C300 BOWL 390 390 50 35 130 3 3 3 7,2 3,0 JA- C390N BOWL 460 460 65 50 170 12,3 6,0 JA- C460N BOWL 610 610 80 60 230 27,8 10,0 JA-C610 BOWL 700 700 120 100 340 32,0 14,0 JA-C700 Bảng 2. 3. Kích thước phễu côn bậc[3]. A A1 A2 H P D h t W Khối lƣợng Thể tích Nguồn rung BOWL 230 280 145 135 100 30 230 19 2 20 2,5 0,6 JA C230 BOWL 300 400 207 193 135 40 300 3 28 5,0 1,0 JA C300 BOWL 390 480 249 231 160 50 390 36 8,0 2,0 JA C390N BOWL 460 550 288 262 209 65 460 23 50 14,0 4,0 JA C460N BOWL 610 750 390 360 263 85 610 6 60 25,0 8,0 JA C610 BOWL 700 950 500 450 290 105 700 10 0 42,0 12,0 JA C700 41 Hình 2. 14. Kích thước của phễu côn bậc Trong các phễu tiện nếu các thông số đƣợc chọn chính xác thì phôi luôn luôn dịch chuyển trên toàn bộ máng xoắn vít theo hƣớng nâng của máng. 2.4. Tính toán thiết kế thiết bị cấp phôi dạng phễu rung. 2.4.1. Tính toán thiết kế các thông số của thiết bị. 2.4.1.1. Phân tích sản phẩm Với đề tài đã chọn, tôi chọn sản phẩm là nắp chai thuốc bằng cao su có kích thƣớc nhƣ hình vẽ : Hình 2. 15. Hình dạng và kích thước của nắp chai vaccine Ta tính toán thiết kế cơ cấu cấp phôi rung động có phễu dạng trụ tròn và máng xoắn để cấp phôi nắp chai nƣớc bằng nhựa nhƣ hình trên vào vùng gia công của máy với năng suất công nghệ 120 phôi/ phút. 2.4.1.2. Chọn vật liệu làm phễu Phôi đƣợc cấp ở đây là nắp chai làm cao su, có đƣờng kính 20 mm, bề dày 10 mm thuộc phôi dạng nhỏ. Vì vậy phễu chỉ cần có kích thƣớc ở mức trung bình là đủ khả năng cấp một lƣợng phôi lớn trong một khoảng thời gian nhất định. 42 Để chọn vật liệu làm phễu cần căn cứ vào các yêu cầu sau :  Bề mặt bên trong của phễu chứa, nơi tiếp xúc phôi cần đƣợc gia công với độ nhẵn bóng cao để tạo sự ổn định của phôi.  Phễu ở đây là hình trụ và để rung tốt hơn thì thành phễu cần mỏng và cứng vững.  Phôi cấp vào vị trí chờ đóng nắp vào chai vaccine đã có thuốc sẵn. Vì vậy, nó phải ở trạng thái vô khuẩn. Trong quá trình sản xuất, thiết bị phải đƣợc vệ sinh một cách dễ dàng và nhanh chóng. => Vì vậy ta chọn vật liệu làm phễu là thép không gỉ, cụ thể là INOX SUS304 2.4.1.3. Cân bằng năng suất của cơ cấu cấp phôi rung động Cơ cấu cấp phôi rung động phải đảm bảo cấp phôi liên tục cho máy và bảo đảm năng suất công nghệ (năng suất thực tế) QP của nó phải lớn hơn năng suất của máy Qm khoảng 1,2 lần. (phôi/phút) (2.12) Trong đó: k1 : Hệ số tăng vận tốc để đảm bảo máy làm việc liên tục, k1=1,2÷1,5 Tốc độ vận chuyển của phôi theo máng của cơ cấu cấp phôi rung động: (2.13) Trong đó l : Chiều dài của phôi theo phƣơng truyền động 0.03 (m) k2 : Hệ số dự phòng năng suất (2.14) Với tbS là khe hở trung bình giữa các phôi. Thông thƣờng 0.1tbS l (2.15)  k3 : Hệ số cấp phôi định hƣớng 3 1 3 m n k   m =1 là số trạng thái đƣợc chấp thuận. n =3 là tất cả các trạng thái của phôi. (m/phút)=173 (mm/s) (2.16) 2.4.1.4. Xác định các thông số hình học của phễu rung a. Bƣớc xoắn của phễu Bƣớc xoắn của máng rung trong phễu đƣợc xác định : 1,3 2t h b   43 Trong đó :  t - Bƣớc xoắn của phễu  h - Chiều cao của rãnh xoắn 9,54h  (mm)  b - Chiều dày rãnh xoắn 2b  (mm) Hình 2. 16. Thông số hình học của phễu rung Vậy bƣớc xoắn của phễu rung là : 1,3 2 9,54 2 26,8t      mm. Chọn t = 30 mm b. Đƣờng kính của phễu Ta có mối liên hệ giữa đƣờng kính D của phễu và bƣớc xoắn t đƣợc cho bởi công thức sau : (2.17) Trong đó  là góc nghiêng của phễu so với mặt phẳng nằm ngang Theo (2.8) để phôi di chuyển trên máng thì : Với μ là hệ số ma sát của phôi trên máng thép INOX Với 0 0 18  là góc rung động Từ (2.17) ta thấy góc nghiêng còn ảnh hƣởng đến kích thƣớc của phễu cấp phôi vì vậy việc lựa chọn góc nghiêng hợp lý là cần thiết. Do đó, góc nghiêng là một biến để tham số hóa thiết kế. Trong nghiên cứu này góc nghiêng thay đổi từ 10 đến 50 để đánh giá khả năng cấp phôi cũng nhƣ kết cấu của phễu. 44 Với 1.5  thì đƣờng kính phễu rung là : (mm) (2.18) Chọn D = 370 mm Khi đó góc nghiêng là : (2.19) c. Thể tích của phễu rung Thể tích của phễu Vo đƣợc xác định bởi lƣợng phôi dự trữ cần thiết để đảm bảo cho cơ cấu cấp phôi hoạt động liên tục trong khoảng thời gian tính toán và có thể đƣợc tính theo công thức sau: Công thức 4.1 trang 112 [3]. (2.20) Trong đó :  Vp là thể tích của một phôi (mm 3 ), Vp = Vđế nắp + Vchóp nắp (tính gần đúng) Vđế nắp = 3,14.10 2 .3 = 942 mm 3 Vchóp nắp 2 2 3.7.(6,1 3,115 ) 605( )mm   Vậy thể tích gần đúng của phôi là Vp = 942+ 605 = 1547 mm 3  T- khoảng thời gian làm việc liên tục của cơ cấu cấp phôi trong một lần hiệu chỉnh phễu (phút). Lấy T = 30 phút  t - thời gian từng chiếc để gia công phôi đƣợc cấp (phút) Vì là cấp phôi cho hệ thống đóng lắp chai nên thời gian từng chiếc 1 156 t  phút  Kv - Hệ số điền đầy thể tích của phễu. Vì nắp chai có l<d, ta chọn Kv = 0,65  Vậy thể tích của phễu là : mm3 (2.21) d. Chiều cao của phễu rung Với D =370 mm và 311138400oV mm Thì chiều cao phễu rung là : 2 2 103.6 370 . . 4 4 10281600oH mm D V      Chọn H=100 (mm) 2.4.1.5. Xác định kích thƣớc của đế máy rung 45 Xuất phát từ điều kiện tỷ lệ giữa khối lƣợng bên trên nhíp mt và khối lƣợng bên dƣới nhíp md [3] : ÷ Ta có : mt =mbowl+mđế đỡ (2.22) mt=mvành+mrãnh+mđáy+mđế gá (2.23) mt= ρSus ρ .2 (2.24) = ρ Sus {[ ] ρ .h.2 = ρ Sus {[ ] ρ .25.2 D : là đƣờng kính phễu, D=370mm H : là chiều cao phễu, H=100mm b : là chiều dày vành phễu, chọn b=2mm a : là chiều dày rãnh xoắn, chọn a=2 mm t : là bƣớc xoắn, t=30mm d1 : là đƣờng kính ngoài đế gá phễu, chọn sơ bộ d1=0,65.D=240mm d2 : là đƣờng kính trong đế gá phễu, chọn sơ bộ d2=0,50.D=180mm h : là chiều cao của đế gá phễu, h=25mm 3 b : là chiều rộng rãnh xoắn, chọn 3b =35mm 3a : là chiều dày đáy, chọn 3a = 3mm → mphễu = 4356 g Mđế đỡ = 1979 g → mt=4356+1979=6335 g Suy ra : 5.6335 380106. tdm m   g Thể tích của đế đƣợc tính bằng công thức [3] : 338010 7,8 4873,08 m dV cm d     (2.25) Ở đây ρ là khối lƣợng riêng của vật liệu làm đế, với gang ρ=7,8 g/cm3 Khi đế có dạng hình trụ thì thể tích của đế đƣợc tính nhƣ sau [3]: 46 (2.26) Trong đó : + Dd là đƣờng kính đế dƣới + Hd là chiều cao đế dƣới. Thông thƣờng ta chọn Dd=(0,7÷0,8)D=0,8.365 290mm Từ đây ta xác định đƣợc chiều cao của đế Hd : mm Chọn mm 2.4.1.6. Xác định thông số cho nhíp đàn hồi Tần số dao động riêng fr của hệ nhíp đƣợc tính bằng công thức[3] : √ (2.27) Trong đó : + mqd là khối lƣợng quy đổi của cơ hệ, xác định bằng công thức : + c là độ cứng của hệ nhíp đàn hồi, đƣợc xác định bằng công thức[3] : (2.28) Trong đó : n là số nhíp có trong cơ hệ, n=3 E là module đàn hồi của nhíp, với thép có thể lấy E=2.105N/mm2 J0 là momen quán tính của tiết diện nhíp, với nhíp dẹp thì (2.29) l là chiều dài nhíp τxoan là hệ số ảnh hƣởng xoắn, có thể lấy bằng 1 vì ảnh hƣởng xoắn trong trƣờng hợp phễu rung là tƣơng đối nhỏ. Thông thƣờng tần số dao động dùng cho phễu rung là cố định. Nếu dùng nam châm điện có tần số dòng là 50Hz thì tần số dao động của phễu lấy nhƣ sau :  Nếu có nắn dòng : fcb=50Hz  Nếu không có nắn dòng : fcb=100Hz Ở đây, ta dùng nắn dòng nên tần số dao động của phễu lấy bằng 50Hz. Để tiết kiệm năng lƣợng, ta cho phễu làm việc ở chế độ cộng hƣởng, tức là tần số dao động riêng của cơ hệ gần bằng tần số dao động cƣỡng bức : 47 fr=(1,1÷1,15)fcb=1,1.50=55Hz Từ các điều kiện trên, ta có thể tìm đƣợc bề dày h của lò xo khi biết chiều dài lò xo lá l và bề rộng của lò xo lá b Ở đây ta dùng lò xo lá có chiều dài l=106mm và chiều rộng b=35mm √ √ Góc nghiêng của lò xo α : ar (2.30) Trong đó :  R0 : chế độ làm việc, với phôi là vật liệu cao su, chọn R0=1.7  Kv là hệ số vận tốc phụ thuộc vào kết cấu và chế độ làm việc của phễu [ ] [ ] =0,5  vct là vận tốc của phôi, vct=173mm/s Vậy góc nghiêng của lò xo : ar 2.4.1.7. Xác định biên độ rung động Trên phễu rung có các rãnh xoắn với góc nghiêng β, các thanh lò xo đặt nghiêng với phƣơng thẳng đứng một góc α. Xét phôi di chuyển trên máng sẽ giống nhƣ vật bị ném xiên. Lực hút của nam châm điện kéo máng xuống, lò xo chịu uốn là chủ yếu, khi nam châm nhả thì lực đàn hồi lò xo kéo vật lên với vận tốc ban đầu V0 và hợp với phƣơng di chuyển của phôi trên máng góc (α-β). Khảo sát vị trí phôi trên hệ trục tọa độ nhƣ hình sau : Hình 2. 17. Chuyển động của phôi bị ném lên Hệ phƣơng trình chuyển động của phôi nhƣ sau : 48 (2.31) (2.32) Khảo sát giá trị của y, ta có : (2.33) y’=0  (2.34)  m (2.35) Do kết cấu của máng để phôi không bay lên quá giới hạn h=3mm (chênh lệch chiều cao phôi nằm trên máng). Nên có thể xác định giá trị vận tốc lớn nhất theo điều kiện sau: m √ m (2.36) √ =0,241 m/s Đây là điều kiện ràng buộc cho vận tốc làm việc của máng. Vận tốc tới hạn: V0=0,241 m/s > Vct=0,198 m/s (thỏa mãn điều kiện vận tốc phôi di chuyển khi hệ thống hoạt động nhỏ hơn vẫn tốc tới hạn). Thời gian phôi bắt đầu bay lên khỏi mặt máng sau đó rơi xuống là t2. Xét phƣơng trình: =0 (2.37)  (2.38) Để giảm năng lƣợng tiêu hao vô ích thì thời gian di chuyển của phôi trong mỗi chu kỳ phải nhỏ hơn chu kì T (tức là trong giai đoạn phôi bay ta không cần kích rung cho phễu để tiết kiệm năng lƣợng) (2.39) (2.40) (2.41) (2.42) Đặt là gia tốc tới hạn tiết kiệm năng lƣợng. Với gia tốc dao động bằng gia tốc Jt thì năng lƣợng phôi tiết kiệm nhất khi: t2=T 49 Ta có biên độ tối ƣu về mặt năng lƣợng : Biên độ tới hạn để phôi bắt đầu trƣợt về phía trƣớc khi máng dịch chuyển từ trái qua phải: [ ] [ ] = 0,051.10 -3 m Ta thấy biên độ hoạt động A=0,309 mm > X+1 = 0,051 mm nên đảm bảo phôi có thể chuyển động đi lên. 2.4.1.8. Tính nam châm điện a. Tính lực kích rung Hình 2. 18. Lực tác dụng lên lò xo lá [3] Lực kích rung của cơ hệ phụ thuộc vào độ cứng C, biên độ dao động A và hệ số động lực  theo công thức sau [3] : (2.43) Trong đó :  C : độ cứng vững đã đƣợc xác định khi tính kích thƣớc của hệ nhíp 3 5 3 33 3 . . 110 12 . . 2.10 35.1,45 3. 1 48,1o xoan xoan EJ E b h C n n l l      N/mm  A : biên độ dao động, A=1,6mm   : hệ số động lực √ (2.44) Vì thành phần kể đến sức cản của không khí là rất nhỏ, không đáng kể nên ta có thể bỏ qua. 3 2 2 . .cos( ) 9,8. .cos(11 3 ) 0,309.10 (100 ) g A m             50 Khi đó ta sẽ đƣợc : → 405 (N) Lực Q ở trên mà ta tính đƣợc là lực có ích cần thiết để làm cho nhíp rung động với biên độ A. Lực này có phƣơng vuông góc với phƣơng của nhíp. Trong thực tế, để kích rung cho phễu có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau. Một trong những phƣơng pháp kích rung cho phễu là dùng 1 nam châm điện đặt ở giữa phễu tạo ra lực kích rung (hút nhả) theo phƣơng thẳng đứng. Khi đó lực kích rung phải bằng : ` (N) (2.45) b. Xác định tiết diên lõi thép nam châm Ta có công thức tính lực điện từ của nam châm điện nhƣ sau : F=4.10 5 .si.B 2 Trong đó : Si : là tiết diện hữu ích của lõi thép (m2) B=(0,8÷1,2)T : là cảm ứng từ do dòng điện trong cuộn dây gây ra, chọn B=1T F=Q : là lực điện từ Suy ra tiết diện hữu ích là : m2 (2.46) Vậy ta có tiết diện thật của nam châm : m2 (2.47) Với p=0,8 : hệ số điền kín lõi c. Xác định thông số cuộn dây Từ thông qua lõi thép cho bởi công thức : ∅=B.S=1.1,2656.10-3=1,2656.10-3 Wb Giả thiết bỏ qua điện áp rơi trên điện trở dây quấn và điện kháng tản, coi E U thì số vòng dây n đƣợc tính : (vòng) Chiều dày của phần cảm trung tâm: Bề rộng của phần cảm ngoài: 51 Bề rộng cửa sổ: n = lC = 5,1.10 -3 m Chiều cao của phần cảm: h = (2,5÷ 3).lC = 3.5,1.10 -3 = 15,3.10 -3 m Bề rộng khuôn khổ của thép L = lC + 2c +2n = (5,1+ 2.2,55 + 2.5,1).10 -3 = 20,4.10 -3 m Chiều cao của thép: lB = h + c = (15,3+ 2,55).10 -3 = 17,85.10 -3 m Vậy tiết diện đồng dùng để quấn dây là : mm2 Với : d là đƣờng kính dây, chọn d=0,7mm K=0,5 là hệ số chật kích khi quấn dây d. Cƣờng độ dòng điện qua cuộn dây và cách điều chỉnh lực kích rung Ta có công thức của lực điện từ cho bởi công thức[3] : A=F.x.10-3=0,5.B.S.n.I Với, F : là lực điện từ, F=405N n : là số vòng dây, n=1441N x : khe hở giữa phần cảm và phần ứng bằng khoảng dịch chuyển của phần ứng (mm), đây cũng chính là biên độ khi hoạt động của phễu rung, x=A=1,6mm B=1T : cảm ứng từ do dòng điện gây ra S : tiết diện lõi thép I : cƣờng độ dòng điện chạy qua cuộn dây : A Vậy ta nhận thấy cƣờng độ dòng điện I, lực kích rung Q và khe hở x có mối quan hệ tỷ lệ với một giá trị b nhất định, ta có thể điều chỉnh lực kích rung Q theo cƣờng độ dòng điện I. 2.4.1.9. Xác định kích thƣớc của giảm chấn cao su [3] Để giảm chấn làm việc có hiệu quả thì tần số dao động của giảm chấn phải thấp hơn tần số dao động cộng hƣởng để dao động cƣỡng bức và dao động giảm chấn ngƣợc pha nhau. Theo lý thuyết về dao động thì tần số dao động riêng của giảm chấn fgc có quan hệ với tần số dao động cƣỡng bức nhƣ sau : √ √ Hz → ωgc π gcf π / Kích thƣớc của giảm chấn đƣợc tính qua công thức: √ √ (2.48) 52 → gc ωgc2.(mt+md) Nếu giảm chấn dùng bằng cao su : (2.49) Trong đó : Z : số giảm chấn E : module đàn hồi cao su, E=8.106(N/m2) F : tiết diện giảm chấn, (2.50) h : là chiều cao của giảm chấn → Chọn D = 0,03 m, d = 0,01 m, h = 0,013 m Bảng 2. 4. Bảng thông của phễu rung cấp phôi Thông số Giá trị Đƣờng kính phôi (mm) 20 Chiều cao phôi (mm) 9.54 Thể tích của phôi Vp (mm3) 1547 Tốc độ của phôi Vp (mm/s) 173 Góc ngiêng của phễu rung (độ) 1.5 Chiều dày vành a (mm) 2 Bề rộng rãnh xoắn b (mm) 35 Bƣớc xoắn phễu rung t (mm) 30 Đƣờng kính phễu rung D (mm) 370 Chiều cao phễu rung H (mm) 100 Chiều cao bƣớc xoắn h (mm) 70 Đƣờng kính ngoài đế đỡ bowl d1 (mm) 240 Đƣờng kính trong đế đỡ bowl d2 (mm) 180 Chiều dày đế đỡ bowl b3 (mm) 25 Đƣờng kính ngoài đế trên lò xo lá d'1 (mm) 270 Đƣờng kính trong đế trên lò xo lá d'2 (mm) 50 Chiều dày đế trên lò xo lá b'3 (mm) 15 Đƣờng kính đế D1 (mm) 290 Chiều cao đế H1 (mm) 70 Góc ngiêng của lò xo lá  (độ) 11 Chiều cao lò xo lá l (mm) 106 Chiều rộng lò xo lá b (mm) 35 Số hệ lò xo lá 3 53 Thông số Giá trị Bề dày lò xo lá n (mm) 1,5 Số lò xo lá trong 1 hệ 7 Bề rộng giảm chấnmm 308 Chiều cao giảm chấn (mm) 13 Số giảm chấn ngc 3 2.4.2. Thiết kế cấu hình kênh phân loại 2.4.2.1.Phân tích đối tƣợng và yêu cầu định hƣớng Đối tƣợng nắp chai vaccine có kích thƣớc và hình dạng nhƣ trên hình 2.28, trạng thái phôi yêu cầu đầu ra (nằm ngửa) nhƣ hình 2.20. Hình 2. 19. Hình dạng và kích thước của nắp chai vaccine Hình 2. 20. Trạng thái phôi trước định hướng và trạng thái phôi yêu cầu Với đối tƣợng cấp trên thì các trạng thái tự nhiên của phôi nằm trên máng đƣợc thể hiện trên hình 2.21 nhƣ sau: phôi xếp chồng lên nhau (a), phôi nằm úp (b), phôi nằm ngửa (c) và phôi nằm nghiêng (d). Với yêu cầu trạng thái phôi đầu ra nằm ngửa (c) thì hệ thống kênh phân loại đƣợc thiết kế, lựa chọn và sắp xếp để đáp ứng nhu cầu. 54 2.4.2.2. Lựa chọn cấu hình hệ thống kênh phân loại a, Phôi dạng vành khăn b, Phôi dạng trụ bậc đặc Hình 2. 21. Hệ thống kênh phân loại cho phôi dạng (a) vành khăn và (b) trụ bậc đặc Đối tƣợng nắp chai vaccine là dạng phôi tròn xoay trụ bậc và miệng vành khăn thuộc nhóm phôi loại II có l/d<1 nên đƣợc định hƣớng theo 2 cấp[3][19]. Theo nghiên cứu đã công bố trƣớc đây[4] đã đƣa ra hệ thống kênh phân loại cho một số phôi tƣơng đồng với hình dáng nắp chai vaccine nhƣ trên hình 2.20. Cả hai hệ thống kênh phân loại đều sử dụng thanh gạt làm cấp 1 để tách đƣợc nhiều trạng thái phôi đầu vào và sử dụng các bẫy để định hƣớng các trạng thái phôi còn lại (thƣờng là hai) để đƣa ra định hƣớng phôi yêu cầu. Với cơ cấu hình 2.22a, bẫy có hình dạng chữ M để cho phép phôi ngửa đi qua và loại bỏ phôi nằm úp dạng vành khăn. Cơ cấu hình 2.22b, bẫy gồm vách ngăn, vùng dẫn hƣớng nhỏ để trọng tâm phôi nằm úp bên ngoài vùng dẫn hƣớng và bị loại bỏ; khi này chỉ còn phôi dạng ngửa đƣợc định hƣớng. Với phôi là nắp chai vaccine, định hƣớng yêu cầu dạng ngửa, có dạng tiếp xúc là đƣờng nên kết hợp tính năng của hai hệ thống kênh phân loại trên thì cấu hình hệ thống kênh phân loại gồm: cấp 1- thanh gạt với nhiệm vụ tách phôi, cấp 2 gồm bẫy (hình 2.32a) và vách ngăn (hình 2.22b) để định hƣớng trạng thái phôi yêu cầu. Cấu hình lựa chọn cho kênh phân loại đƣợc thể hiện trên hình 2.22 và trình bày chi tiết nhƣ sau. Bảng 2. 5. Đặc điểm của các bẫy đối với phôi là nắp chai vaccine STT Bẫy Tính năng Yêu cầu kích thước 1 (bẫy A) + Loại bỏ phôi chạy song song, mong muốn trạng thái phôi đầu ra là một dòng sản phẩm. + Các trạng thái phôi còn lại đều có + Bề rộng (từ thành trong tới rãnh nhỏ) dao động trong khoảng đƣờng kính ngoài của phôi (thƣờng lấy bằng) đảm bảo phôi đi đƣợc và không quá 2 sản phẩm trong một thời điểm. + Góc lƣợn là góc vát công nghệ để thu hẹp dòng sản phẩm 55 thể đi qua bẫy này. trƣớc khi đi vào rãnh nhỏ. 2 (bẫy tay gạt) + Loại bỏ các phôi xếp chồng, phôi nằm nghiêng. + Các trạng thái phôi còn lại đều có thể đi qua bẫy này. + Bề rộng (từ thành trong tới cạnh ngoài cùng) dao động trong khoảng bề rộng của rãnh (thƣờng lấy bằng). Chiều cao (từ rãnh đến thành dƣới của thanh gạt) lớn chiều cao phôi khi nằm ngửa và nhỏ hơn chiều cao phôi nằm nghiêng đảm bảo các phôi xếp chồng và nghiêng đƣợc loại bỏ, cũng nhƣ cho phép trạng thái phôi nằm ngửa đi qua. + Góc lƣợn là góc vát công nghệ đảm bảo phôi không bị kẹp và các trạng thái phôi không mong muốn sẽ đƣợc loại bỏ. 3 (bẫy M + vách ngăn) + Nhiệm vụ chính: Loại bỏ hoàn toàn phôi nằm úp, cho phép phôi nằm ngửa (hình 2.21e) đi qua. + Có thể loại bỏ các trạng thái phôi còn lại nhƣng xác suất chƣa chắc chắn 100%. + Bề rộng (từ thành trong tới đỉnh chữ M) dao động trong kích thƣớc bán kính của phôi + 2(mm), bề rộng vách để trọng tâm phôi nằm úp bên ngoài rãnh và bị loại bỏ. + Chiều cao (từ rãnh đén thành dƣới của vách ngăn) lớn hơn chiều cao đáy lớn phôi từ 1- 2 (mm) đảm bảo phôi nằm ngửa có một phần đi bên trong hốc. + Chiều dài trung bình lớn hơn đƣờng kính phôi đảm bảo trạng thái phôi nằm úp đƣợc loại bỏ hoàn toàn. + Nhiệm vụ chính: Loại bỏ hoàn toàn phôi nằm úp, cho + Bề rộng (từ thành trong tới bẫy) dao động trong kích thƣớc bán kính của phôi + 56 (bẫy chữ nhật + vách ngăn) phép phôi nằm ngửa đi qua. + Có thể loại bỏ các trạng thái phôi còn lại nhƣng xác suất chƣa chắc chắn 100%. 2(mm), bề rộng vách để trọng tâm phôi nằm úp bên ngoài rãnh và bị loại bỏ. + Chiều cao (từ rãnh đén thành dƣới của vách ngăn) lớn hơn chiều cao đáy lớn phôi từ 1- 2 (mm) đảm bảo phôi nằm ngửa có một phần đi bên trong hốc. + Chiều lớn hơn đƣờng kính phôi đảm bảo trạng thái phôi nằm úp đƣợc loại bỏ hoàn toàn. Các bẫy đƣợc lựa chọn và sắp xếp trên rãnh xoắn tạo thành kên phân loại nhƣ sau: Hình 2. 22. Cấu hình hệ thống kênh phân loại cho nắp chai vaccine Kết luận chƣơng 2. Từ những nghiên cứu về cơ sở lý thuyết về các thông số động lực học cũng nhƣ các kết cấu của hệ thống cấp phôi, đã rút ra một số kết luận nhƣ sau: 1. Nghiên cứu lý thuyết động lực học của phôi cho biết đƣợc các lực tác động lên phôi nằm và di chuyển trên đƣờng dẫn hƣớng. Nhờ các lực tác động đó phôi sẽ có trạng thái trƣợt và nhảy khi di chuyển trên máng dẫn. Đồng thời cũng chỉ rõ điều kiện để phôi có thể di chuyển đi lên và đi đúng hƣớng. 2. Năng suất cấp phôi, thể hiện qua số lƣợng phôi đúng ra hƣớng cấp đƣợc phụ thuộc vào góc nghiêng rãnh xoắn rãnh xoắn, tần số rung, biên độ dao động, hệ số ma sát giữa phôi và kênh dẫn, kết cấu và cấu hình hệ thống bẫy phân loại. Từ đó làm cơ sở để xác định bài toán nghiên cứu giới hạn cho phôi là nắp chai thuốc vaccine bằng cao su, ma sát cho cặp vật liệu là cao su và inox, dạng điều khiển theo 57 biên độ, cố định tần số tƣơng ứng với dạng thiết bị làm việc ở chế độ chủ động cộng hƣởng. 3. Bằng phân tích lý thuyết đã chỉ ra đƣợc kết cấu kênh dẫn và các bẫy phân loại phù hợp với đối tƣợng khảo sát là nắp chai vaccine bằng cao su. Làm cơ sở thiết kế phễu rung cấp phôi kiểu xoắn vít. 4. Trên cơ sở tính toán thiết kế theo module đã lựa chọn đƣợc kết cấu nguồn rung phù hợp cho xây dựng thiết bị rung cấp phôi với kết cấu phễu phù hợp với đối tƣợng khảo sát là nắp chai thuốc vaccine bằng cao su là tiền đề cho phân tích thực nghiệm và xây dựng mô hình số nhằm khảo sát và nghiên cứu các bài toán tối ƣu. 58 CHƢƠNG 3. MÔ HÌNH HÓA, KIỂM TRA VÀ XÁC NHẬN MÔ PHỎNG SỐ HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM Thông thƣờng, các hệ thống cấp phôi tự động nói chung và hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động nói riêng thƣờng đƣợc thiết kế riêng cho từng loại sản phẩm khác nhau. Tuy nhiên từ tính toán, thiết kế đến chế tạo thƣờng gặp nhiều khó khăn do phải có quá trình thử nghiệm. Với các phƣơng pháp truyền thống quá trình thử nghiệm trên mô hình vật lý sẽ đƣợc thực hiện trên mô hình thực đƣợc chế tạo theo thiết kế. Sau đó, dựa vào mô hình vật lý thử nghiệm và điều chỉnh máy, qua đó tìm ra bộ thông số phù hợp cho thiết bị. Ngày nay, quá trình thực nghiệm đƣợc thực hiện trên cả hai loại mô hình là mô hình vật lý và mô hình số. Với mô hình số giúp các chúng ta có thể thay đổi kết cấu cũng nhƣ các thông số động lực học một cách nhanh chóng nhằm có thể đáp ứng tốt nhất các thay đổi của hệ thống. Để có mô hình mô phỏng thì các chi tiết của hệ thống đƣợc thiết kế và đƣa vào môi trƣờng số. Việc mô hình hóa sẽ giúp chúng ta giảm đƣợc thời gian chế tạo các chi tiết cũng nhƣ lắp đặt hệ thống thực nghiệm. Với mô hình hóa có thể tự động hóa quá trình thiết kế nhằm thay đổi kích thƣớc