Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học và tối ưu kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Văn Mùi

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ KHẢO SÁT

ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƯU KẾT CẤU ĐIỀU HƯỚNG TRONG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO

NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Văn Mùi

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ KHẢO SÁT

ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƯU KẾT CẤU ĐIỀU HƯỚNG TRONG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO

NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

Ngành : Kỹ thuật cơ khí

Mã số : 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS. TS. LÊ GIANG NAM

TS. BÙI QUÍ LỰC

Hà Nội – 2019

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thiện Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng của bản thân, Tôi đã

nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ của rất nhiều Thầy Cô giáo, các nhà Khoa học, các đồng nghiệp và bạn bè.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Lê Giang Nam và TS. Bùi

Quí Lực, Bộ môn Máy và Ma sát, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, là những

ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo ở Bộ môn Máy và Ma sát học

Trƣờng ĐHBKHN đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian

làm nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo trƣờng Đại học

Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và ủng hộ để

tôi hoàn thành luận án này.

Xin cảm ơn các nhà Khoa học, các bạn tại Viện Ứng dụng Công nghệ, Bộ

Khoa học Công nghệ, Viện Nghiên cứu Cơ Khí, Bộ Công thƣơng… đã giúp đỡ tôi

hoàn thành luận án này.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự kính trọng, biết ơn và lòng yêu thƣơng tới

đại gia đình, bạn bè đã thực sự động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian tôi học

tập tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Văn Mùi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình

đƣợc thực hiện tại Bộ môn Máy và Ma sát học - Viện Cơ khí, Trƣờng Đại học

Bách khoa Hà Nội dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Lê Giang Nam và TS. Bùi

Quí Lực. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa

từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

THAY MẶT TẬP THỂ HƢỚNG DẪN Ngƣời cam đoan

PGS.TS. Lê Giang Nam Nguyễn Văn Mùi

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... ii

MỤC LỤC ................................................................................................................. iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ......................................................................... xi

PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1

1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 1

2. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................... 3

3. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 4

4. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 4

5. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 4

6. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 4

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................ 5

8. Những điểm mới của đề tài ............................................................................ 5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ

RUNG ĐỘNG ............................................................................................................ 7

1.1. Thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động ....................................... 7

1.1.1. Thiết bị cấp phôi dạng phễu rung có đƣờng xoắn vít .............................. 7

1.1.2. Thiết bị cấp phôi theo phƣơng thẳng ....................................................... 9

1.2. Xu hƣớng nghiên cứu hiện nay trên thế giới .............................................. 10

1.3. Phƣơng pháp thực hiện ............................................................................... 10

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ................................................. 11

1.4.1.Tình hình nghiên cứu nƣớc ngoài ........................................................... 11

1.4.1.1. Ảnh hƣởng biên độ rung đến tốc độ di chuyển của phôi................. 11

1.4.1.2. Ảnh hƣởng của biên độ rung đến định hƣớng phôi ......................... 14

iii

1.4.1.3. Ảnh hƣởng của các thông số động lực học khác ............................. 17

1.4.1.4. Các nghiên cứu khác ....................................................................... 20

1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ........................................................... 25

Kết luận chƣơng 1. ................................................................................................ 28

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẤP

PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG ......................................... 29

2.1. Cơ sở lý thuyết về cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. .................. 29

2.1.1. Phân tích các lực tác dụng lên phôi ....................................................... 29

2.2.2. Các thông số ảnh hƣởng đến quá quá trình di chuyển của phôi ............ 31

2.2.2.1. Ảnh hƣởng của thông số kết cấu (góc nghiêng rãnh xoắn θ) [4] ... 31

2.2.2.2. Ảnh hƣởng của các thông số động lực học ..................................... 32

2.2. Định hƣớng và phân loại phôi ....................................................................... 35

2.2.1. Phân loại phôi ........................................................................................ 35

2.2.2. Phôi có các bề mặt là mặt tròn xoay trong và ngoài .............................. 35

2.2.3. Phôi có các bề mặt là mặt phẳng ........................................................... 37

2.2.4. Phôi có hình dạng phức tạp, tập hợp của các bề mặt tròn xoay trong,

ngoài, mặt phẳng và các bề mặt định hình. .............................................................. 37

2.3. Phân loại thiết bị cấp phôi dạng phễu rung .................................................... 39

2.4. Tính toán thiết kế thiết bị cấp phôi dạng phễu rung. ..................................... 41

2.4.1. Tính toán thiết kế các thông số của thiết bị. .......................................... 41

2.4.1.1. Phân tích sản phẩm .......................................................................... 41

2.4.1.2. Chọn vật liệu làm phễu .................................................................... 41

2.4.1.3. Cân bằng năng suất của cơ cấu cấp phôi rung động ....................... 42

2.4.1.4. Xác định các thông số hình học của phễu rung ............................... 42

2.4.1.5. Xác định kích thƣớc của đế máy rung ............................................. 44

2.4.1.6. Xác định thông số cho nhíp đàn hồi ................................................ 46

2.4.1.7. Xác định biên độ rung động ............................................................ 47

2.4.1.8. Tính nam châm điện ........................................................................ 49

2.4.1.9. Xác định kích thƣớc của giảm chấn cao su [3] ............................... 51

2.4.2. Thiết kế cấu hình kênh phân loại ........................................................... 53

2.4.2.1.Phân tích đối tƣợng và yêu cầu định hƣớng ..................................... 53

2.4.2.2. Lựa chọn cấu hình hệ thống kênh phân loại .................................... 54

Kết luận chƣơng 2. ................................................................................................ 56

CHƢƠNG 3. MÔ HÌNH HÓA, KIỂM TRA VÀ XÁC NHẬN MÔ PHỎNG SỐ HỆ

THỐNG THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 58

3.1. Mô hình hóa thiết bị cấp phôi dạng phễu rung .............................................. 58

3.1.1. Công cụ thực hiện mô hình hóa ............................................................. 58

3.1.2. Mô hình hóa phễu rung .......................................................................... 59

3.1.2.1. Thông số thiết kế phễu rung theo tính toán (bảng 2.4) ................... 59

3.1.2.2. Quy trình thực hiện .......................................................................... 60

3.1.2.3. Kết quả ............................................................................................. 60

3.1.3. Mô hình hóa các chi tiết của nguồn rung ............................................... 61

3.1.3.1. Quy trình thực hiện .......................................................................... 61

3.1.3.2. Công cụ thiết kế và kết quả mô hình hóa ........................................ 61

3.1.4. Lắp ráp hệ thống .................................................................................... 62

3.1.4.1. Quy trình lắp ráp .............................................................................. 62

3.1.4.2. Tiến hành lắp ráp ............................................................................. 63

3.1.4.3. Kết quả lắp ráp ................................................................................. 64

3.2. Tự động hóa thiết kế bằng tham số sử dụng catia ......................................... 64

3.2.1. Xây dựng liên kết giữa các tham số bằng hàm số ................................. 64

3.2.1.1. Tham số cho phễu chứa ................................................................... 64

3.2.1.2. Tham số cho đế đỡ phễu chứa ......................................................... 65

3.2.1.3. Tham số cho đế trên nhíp đàn hồi ................................................... 65

3.2.1.4. Tham số cho nhíp đàn hồi ............................................................... 65

3.2.1.5. Tham số cho đế máy rung ............................................................... 65

3.2.2. Thiết kế theo tham số bằng phần mềm Catia ......................................... 66

3.2.2.1. Sơ đồ quá trình tự động hóa thiết kế bằng tham số ......................... 66

3.2.2.2. Quá trình thực hiện tham số hóa trong Catia ................................... 66

3.3. Kiểm tra và xác nhận mô hình số .................................................................. 68

3.3.1. Xác định tần số dao động riêng ............................................................. 68

3.3.1.1. Công cụ mô phỏng số ...................................................................... 68

3.3.1.2. Quy trình mô phỏng......................................................................... 69

3.3.1.3. Kết quả mô phỏng ........................................................................... 73

3.3.2. Xác định hệ số ma sát giữa phôi và phễu .............................................. 75

3.3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm đo: Máy pháp VF. ............................................... 75

3.3.2.2. Phƣơng pháp đo lực ma sát trên máy VF ........................................ 75

3.3.2.3 Các số liệu trên máy VF ................................................................... 76

3.3.2.4. Thông số cơ bản của máy đo hệ số ma sát VF .............................. 76

3.3.2.5. Trình tự thí nghiệm: ...................................................................... 76

3.3.3. Xác định tần số dao động của hệ thống ............................................ 77

3.3.3.1. Thiết bị Detector III của FAG ......................................................... 77

3.3.3.2. Thiết bị đo của Nacentech ............................................................... 79

3.3.4. Xác định biên độ dao động và xây dựng hàm động học tƣơng đƣơng hệ

thống…. .......................................................................................................... 80

3.3.4.1. Sơ đồ và thiết bị đo .......................................................................... 81

3.3.4.2. Kết quả và xử lý số liệu ................................................................... 82

3.3.4.3. Xây dựng hàm động học tƣơng đƣơng cho chuyển động của phễu 82

3.4. Mô phỏng số thiết bị ................................................................................... 84

3.4.1. Công cụ mô phỏng [42] ......................................................................... 84

3.4.2. Quy trình mô phỏng trên MSC ADAMS ................................................ 85

3.4.2.1. Xác định nguyên lý làm việc của quá trình mô phỏng .................... 85

3.4.2.2. Các thông số thực hiện mô phỏng ................................................... 86

3.4.2.3. Kết quả mô phỏng trên MSC ADAMS ........................................... 87

Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................. 88

CHƢƠNG 4. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƢU KẾT CẤU ĐIỀU

HƢỚNG TRONG PHỄU CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG ....................................................................................................................... 89

4.1. Đánh giá sự ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi 89

4.1.1. Trình tự thực hiện .................................................................................. 89

4.1.2. Xử lý số liệu và kết quả ......................................................................... 89

4.2. Đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến năng suất cấp phôi ...................... 93

4.2.1. Quy trình thực hiện ........................................................................... 93

4.2.2. Xử lý số liệu và kết quả .................................................................... 94

4.3. Tối ƣu hóa điện áp và góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi ...... 95

4.3.1. Quy trình tối ƣu ................................................................................. 96

4.3.2. Các đại lƣợng đầu vào ...................................................................... 96

4.3.3. Các đại lƣợng đầu ra ......................................................................... 96

4.3.4. Các đại lƣợng cố định ....................................................................... 96

4.3.5. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm. ................................................... 97

4.3.5.1. Quy trình lấy số liệu mô phỏng số ................................................ 97

4.3.5.2. Số liệu mô phỏng số ...................................................................... 97

4.3.5.3. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm [39,40,41] ............................... 99

4.3.5.4. Tìm hàm hồi quy ......................................................................... 101

4.3.5.5. Tối ƣu hóa hàm mục tiêu ............................................................ 102

4.3.6. Thực nghiệm, kiểm tra và so sánh với mô hình số ......................... 103

4.4 Tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng phôi đến năng suất cấp phôi ....................... 105

4.4.1. Kết cấu và cấu hình hệ thông điều hƣớng ...................................... 105

4.4.2. Năng suất cấp phôi .......................................................................... 106

4.4.3. Các đại lƣợng cố định ..................................................................... 107

4.4.4. Mô phỏng số kết cấu điều hƣớng .................................................... 108

Kết luận chƣơng 4 ............................................................................................... 110

KẾT L UẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 111

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................... 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 114

PHỤ LỤC ............................................................................................................... 120

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TT Đơn vị Ý nghĩa Ký hiệu, viết tắt

1 ADAMS Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System (mô phỏng động lực học đa vật thể)

2 AW Ansys Workbench

3 b Chiều rộng lò xo lá mm

Bowl Phễu 4

5 Computer Aided Three-Dimensional Interactive

CATIA Application (xử lý tƣơng tác trong không gian ba

chiều có sự trợ giúp của máy tính)

6 Đƣờng kính phễu mm D

7 Đƣờng kính đế mm Dd

8 module đàn hồi Pa E

9 Tần số rung Hz f

10 Tần số dao động riêng của cơ hệ Hz fr

11 Chiều cao phễu mm H

12 Chiều cao chi tiết mm h

13 Phần mềm NX NX

14 Chiều dài lò xo lá mm l

Góc nghiêng của rãnh xoắn 15 Độ

Góc nghiêng của lò xo lá 16 Độ  α

Góc của lực quán tính và mặt phẳng nghiêng 17 Độ

Hệ số ma sát giữa phôi và rãnh

18 19 20  μs t T mm Bƣớc xoắn Nm Mô men xoắn

Track

21 22 Máng dẫn hƣớng Hệ số tần suất 

23 Hệ số hấp thụ

24  SUS 304 Inox 304

25 cm/s Vận tốc của phôi Vct

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1. Thống kê phƣơng pháp thực hiện trên thế giới trong khoảng 20 năm gần

đây ............................................................................................................................ 11

Bảng 1. 2. Thống kê các nghiên cứu đánh giá sự ảnh hƣởng của biên độ rung đến vận tốc phôi .............................................................................................................. 12

Bảng 1. 3. Thông kê các nghiên cứu đánh giá sự ảnh hƣởng của biên độ rung đến định hƣớng phôi ........................................................................................................ 14

Bảng 1. 4. Thống kê các nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của tần số rung .............. 17

Bảng 2. 1. Phân loại các loại phôi ............................................................................ 36

Bảng 2. 2. Kích thƣớc của phễu trụ thẳng[3]. ......................................................... 40

Bảng 2. 3. Kích thƣớc phễu côn bậc[3]. .................................................................. 40

Bảng 2. 4. Bảng thông của phễu rung cấp phôi ........................................................ 52

Bảng 2. 5. Đặc điểm của các bẫy đối với phôi là nắp chai vaccine ......................... 54

Bảng 3. 1. Thông số cơ bản của phễu phôi............................................................... 59

Bảng 3. 2. Thông số cơ bản của các chi tiết còn lại ................................................. 62

Bảng 3. 3. Thông số đặc tính vật liệu đƣợc sử dụng ................................................ 70

Bảng 3. 4. Thông số hiệu chỉnh sensor ..................................................................... 76

Bảng 3. 5. Kết quả đo từ máy đo ma sát động .......................................................... 77

Bảng 3. 6. Bảng thông số thiết bị đo của hãng FAG ................................................ 78

Bảng 3. 7. Bảng thông số và thiết bị đo của NACENTECH .................................... 80

Bảng 3. 8. Bảng thông số thiết bị đo VIBROPOST 80 ............................................ 81

Bảng 3. 9. Bảng giá trị biên độ tịnh tiến, góc xoay và hàm động học tƣơng đƣơngxác định bằng thực nghiệm ............................................................................ 84

Bảng 3. 10. Thông số vật liệu ................................................................................... 86

Bảng 4. 1. Kết quả mô phỏng ................................................................................... 92

Bảng 4. 2. Vận tốc của phôi phụ thuộc vào điện áp ................................................. 94

Bảng 4. 3. Kết quả mô phỏng ................................................................................... 99

Bảng 4. 4. Bảng giá trị hệ số của hàm hồi quy ....................................................... 102

Bảng 4. 5. Giá trị vận tốc xác định bằng thực nghiệm ........................................... 103

Bảng 4. 6. Vận tốc của phôi xác định bằng mô phỏng số ...................................... 103

Bảng 4. 7. Bảng so sánh vận tốc bằng thực nghiệm và bằng mô phỏng số ........... 104

Bảng 4. 8. Các cấu hình điều hƣớng ....................................................................... 106

Bảng 4. 9. Kết quả mô phỏng đánh giá các cấu hình điều hƣớng sau 30s đầu tiên 109

Bảng 4. 10. Kết quả mô phỏng đánh giá tổng thời gian cấp phôi ......................... 109

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1. 1.Cơ cấu cấp phôi rung sử dụng bánh lệch tâm [3] ....................................... 7

Hình 1. 2. Cơ cấu cấp phôi rung có nam châm điện [3] ............................................. 8

Hình 1. 3. Sơ đồ lực tác dụng khi nam châm đặt tại tâm[3] ....................................... 8

Hình 1. 4. Sơ đồ lực tác dụng khi nam châm đặt vị trí đối diện lò xo lá [3] .............. 9

Hình 1. 5. Thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động ................................ 9

Hình 1. 6. Cơ cấu cấp phôi rung động thẳng ............................................................ 10

Hình 1. 7. Kết quả thực nghiệm với một phôi duy nhất ........................................... 12

Hình 1. 8. Kết quả thực nghiệm với 200, 400, 800 phôi .......................................... 13

Hình 1. 9. Mô hình phân tích lực của phễu cấp phôi rung ....................................... 13

Hình 1. 10. So sánh chuyển vị theo phƣơng X của phôi giữa lý thuyết và mô phỏng

số ............................................................................................................................... 14

Hình 1. 11. Mối quan hệ giữa biên độ rung và tốc độ di chuyển của phôi .............. 14

Hình 1. 12. Sáu trạng thái của phôi khi thực nghiệm ............................................... 15

Hình 1. 13. Kết quả với phôi theo chiều nằm (LT) .................................................. 15

Hình 1. 14. Kết quả với phôi theo chiều đứng (UT) ................................................ 15

Hình 1. 15. Kết quả với phôi theo chiều ngang (CT) ............................................... 16

Hình 1. 16. Kết quả mô phỏng ................................................................................. 16

Hình 1. 17. Kết quả so sánh sự giữa mô phỏng và thực nghiệm .............................. 17

Hình 1. 18. Hình thái dao động của phễu bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn ....... 18

Hình 1. 19. Hình thái dao động của phễu bằng mô hình số ..................................... 18

Hình 1. 20. Ảnh hƣởng của tần số rung đến dịch chuyển của khối .......................... 19

Hình 1. 21. Ảnh hƣởng của tần số rung động đến gia tốc của khối ......................... 19

Hình 1. 22. Các hình thái dao động trên môi trƣờng số ........................................... 20

Hình 1. 23. Tần số dao động riêng xác nhận bằng thực nghiệm .............................. 20

Hình 1. 24. Sự phụ thuộc của vận tốc phôi vào bán kính phễu ................................ 20

Hình 1. 25. Điều hƣớng, (a)sử dụng kết cấu cơ khí, (b) sử dụng khí nén ................ 21

Hình 1. 26. Mô hình thực nghiệm ............................................................................ 21

Hình 1. 27. Biểu đồ Bode ......................................................................................... 22

Hình 1. 28. Mô hình với nam châm theo phƣơng tiếp tuyến (a) và thẳng đứng (b) 22

Hình 1. 29. Gia tốc của các chi tiết khi nam châm đặt theo phƣơng tiếp tuyến (a), dọc trục (b), xuyên tâm (c) ....................................................................................... 23

Hình 1. 30. Module hệ thống băng tải rung .............................................................. 23

Hình 1. 31. So sánh tốc độ di chuyển giữa mô phỏng và thực nghiệm khi hệ số ma sát là 0,25 .................................................................................................................. 24

Hình 1. 32. So sánh tốc độ di chuyển giữa mô phỏng và thực nghiệm khi hệ số ma

sát thay đổi ................................................................................................................ 24

Hình 1. 33.Vận tốc của các phôi theo phƣơng Z ...................................................... 24

Hình 1. 34. Lực tác dụng khi phôi nằm trên máng dẫn ............................................ 25

Hình 1. 35. Sơ đồ tác dụng lực của nam châm điện ................................................. 26

Hình 1. 36. Đồ thị lực kéo của nam châm điện khi cấp dòng điện hình sin[3] ........ 26

Hình 1. 37. Sơ đồ kết cấu của phễu cấp phôi kiểu rung động có bộ tạo rung đặt

thẳng đứng[19] ......................................................................................................... 27

Hình 1. 38. Một số kết cấu định hƣớng phôi trên rãnh xoắn[19] ............................. 27

Hình 2. 1. Thiết bị cấp phôi rung dạng phễu có máng dẫn dạng xoắn vít[3], [4],[23] .................................................................................................................................. 29

Hình 2. 2. Sơ đồ lực tác dụng lên phôi và rãnh xoắn trong phễu[2], [4], [19][20] .. 30

Hình 2. 3. Ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn θ tới vận tốc vận chuyển phôi[4] .................................................................................................................................. 31

Hình 2. 4. Ảnh hƣởng của góc ψ, tỷ số gia tốc, tần số f, góc nghiêng θ, hệ số ma sát

lên vận tốc vận chuyển của phôi [4] ......................................................................... 32

Hình 2. 5. Cơ cấu rung điện từ a) một nhịp; b) hai nhịp[3] ...................................... 33

Hình 2. 6. Ảnh hƣởng của góc rung động ψ và hệ số ma sát µs[4] .......................... 34

Hình 2. 7. Ảnh hƣởng của hệ số ma sát đến góc rung động tối ƣu [4] ..................... 34

Hình 2. 8. Ảnh hƣởng của hệ số ma sát tới vận tốc vận chuyển phôi[4] ................. 34

Hình 2. 9. Cơ cấu định hƣớng cho phôi đáy phẳng[3] ............................................. 38

Hình 2. 10. Cơ cấu định hƣớng cho phôi tròn đáy phẳng[3] .................................... 38

Hình 2. 11. Cơ cấu định hƣớng cho phôi dạng trụ tròn[3] ....................................... 38

Hình 2. 12. Cơ cấu định hƣớng cho phôi dạng trụ trơn[3] ....................................... 39

Hình 2. 13. Kích thƣớc của phễu trụ thẳng ............................................................. 39

Hình 2. 14. Kích thƣớc của phễu côn bậc ............................................................... 41

Hình 2. 16. Hình dạng và kích thƣớc của nắp chai vaccine .................................... 41

Hình 2. 17. Thông số hình học của phễu rung ......................................................... 43

Hình 2. 18. Chuyển động của phôi bị ném lên ......................................................... 47

Hình 2. 19. Lực tác dụng lên lò xo lá [3] ................................................................. 49

xii

Hình 2. 20. Hình dạng và kích thƣớc của nắp chai vaccine ..................................... 53

Hình 2. 21. Trạng thái phôi trƣớc định hƣớng và trạng thái phôi yêu cầu ............... 53

Hình 2. 22. Hệ thống kênh phân loại cho phôi dạng (a) vành khăn và (b) trụ bậc đặc .................................................................................................................................. 54

Hình 2. 23. Cấu hình hệ thống kênh phân loại cho nắp chai vaccine....................... 56

Hình 3.1. Hệ thống cấp nắp chai vaccine ................................................................. 59

Hình 3. 2. Phễu rung cấp nắp chai cao su ................................................................. 59

Hình 3. 3. Quá trình thực hiện mô hình hóa phễu rung ............................................ 60

Hình 3. 4. Mô hình hóa phễu rung ............................................................................ 60

Hình 3.5. Các bƣớc mô hình hóa nguồn rung .......................................................... 61

Hình 3.6. Đế gá phễu rung ........................................................................................ 62

Hình 3.7. Đế trên lò xo lá ......................................................................................... 62

Hình 3.8. Lò xo lá ..................................................................................................... 62

Hình 3.9. Đế máy ...................................................................................................... 62

Hình 3.10. Tấm giảm chấn ....................................................................................... 62

Hình 3.11. Các bƣớc lắp ráp hệ thống ...................................................................... 63

Hình 3.12. Phễu rung và đế gá ................................................................................. 63

Hình 3.13. Cụm phễu rung ....................................................................................... 63

Hình 3.14. Cụm nguồn rung ..................................................................................... 64

Hình 3.15. Cụm điều khiển ....................................................................................... 64

Hình 3.16. Kết quả lắp ráp hệ thống rung cấp nắp chai vaccine .............................. 64

Hình 3. 17. Quy trình tham số hóa ........................................................................... 66

Hình 3. 18. Quá trình đƣa liên kết tham số từ Exel vào Catia.................................. 67

Hình 3. 19. Cây thƣ mục các hàm số của từng tham số ........................................... 68

Hình 3. 20. Quy trình phân tích hình thái trên Ansys Workbench ........................... 69

Hình 3. 21. Module Modal ...................................................................................... 69

Hình 3. 22. Tên vật liệu đƣợc khởi tạo .................................................................... 70

Hình 3. 23. Cây thƣ mục toolbox ............................................................................. 70

Hình 3. 24. Thông số vật liệu SUS 304 .................................................................... 71

Hình 3. 25. Cây thƣ mục Geometry ......................................................................... 71

Hình 3. 26. Gán vật liệu cho phễu rung cấp phôi ..................................................... 71

Hình 3. 27.Gán liên kết đế gá phễu và đế trên lò xo lá ............................................ 72

Hình 3. 28. Mô hình phần tử .................................................................................... 72

xiii

Hình 3. 29. Ngàm đế dƣới lò xo lá ........................................................................... 73

Hình 3. 30. Thiết lập các Mode và phạm vi phân tích ............................................. 73

Hình 3. 31. Bảng giá trị các tần số dao động riêng cơ bản ....................................... 74

Hình 3. 32. Hình thái chuyển động tại các tần số dao động riêng cơ bản ................ 74

Hình 3. 33. Máy đo hệ số ma sát trƣợt VF ............................................................... 75

Hình 3. 34. Mẫu thử và thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa cao su và SUS304 . 76

Hình 3. 35. Thiết bị đo dao động theo phƣơng ngang bằng thiết bị hãng FAG ....... 77

Hình 3. 36. Thiết bị đo dao động theo phƣơng thẳng đứng ..................................... 78

Hình 3. 37. Kết quả đƣợc xử lý trên phần mềm Trendline....................................... 79

Hình 3. 38. Thiết đo của Viện ứng dụng công nghệ (Nacentech) ............................ 79

Hình 3. 39. Kết quả đo đƣợc xử lý trên phần mềm của NI ...................................... 80

Hình 3. 40. Thiết bị đo VIBROPOST 80 ................................................................. 81

Hình 3. 41. Kết quả đo đƣợc xử lý trên phần mềm ReX .......................................... 82

Hình 3. 42. Sơ đồ tính góc xoay ............................................................................... 83

Hình 3. 43. Quy trình mô phỏng trên MSC ADAMS .............................................. 85

Hình 3. 44. Giao diện gán các thông số về vật liệu trên MSC ADAMS .................. 86

Hình 3. 45. Giao diện gắn liên kết giữa phễu và phôi .............................................. 87

Hình 3. 46. Cửa sổ Function Builder để gắn hàm động học ................................... 87

Hình 3. 47. So sánh giá trị vận tốc mô phỏng và vận tốc trên mô hình thực .......... 88

Hình 4. 1. Quá trình tìm giá trị góc nghiêng rãnh xoắn tối ƣu bằng mô phỏng ....... 90

Hình 4. 2. Tham số hóa giá trị trong CATIA ........................................................... 91

Hình 4. 3. Biểu đồ vị trí theo thời gian trong MSC ADAMS .................................. 91

Hình 4. 4. Sơ đồ tính vận tốc bằng mô phỏng số ..................................................... 91

Hình 4. 5. Biểu đồ sự phụ thuộc giá trị vận tốc – nghiêng rãnh xoắn với điện áp 160V ......................................................................................................................... 93

Hình 4. 6. Quy trình đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến vận tốc phôi ............. 93 Hình 4. 7. Biểu đồ vận tốc phụ thuộc điện áp với góc nghiêng rãnh xoắn 2,50 ....... 94

Hình 4. 8. Sơ đồ quá trình tối ƣu hóa ....................................................................... 96

Hình 4. 9. Quy trình lấy số liệu mô phỏng ............................................................... 98

Hình 4. 10. Biểu đồ các điểm rời rạc từ số liệu thực nghiệm ................................... 99

Hình 4. 11. Kết quả tìm hàm hồi quy trên MATLAB ............................................ 101

Hình 4. 12. Đồ thị kết quả tối ƣu ............................................................................ 102 Hình 4. 13. Biểu đồ vận tốc phụ thuộc vào điện áp với góc nghiêng 1,30 ............. 104

xiv

Hình 4. 14. Quy trình tối ƣu hóa cơ cấu điều hƣớng .............................................. 105

Hình 4. 15. Ba bẫy và các tham số hình học ảnh hƣởng đến chức năng của chúng ................................................................................................................................ 106

Hình 4. 16. Trạng thái phôi trƣớc định hƣớng và định hƣớng phôi yêu cầu .......... 107

Hình 4. 17. Quá trình mô phỏng số đánh giá cấu hình điều hƣớng ........................ 108

Hình 4. 18. Cơ cấu điều hƣớng thiết bị cấp phôi dạng rung .................................. 109

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong sản xuất hiện đại ngày nay, các công đoạn nhƣ gia công, lắp ráp, kiểm tra đã đƣợc tự động hóa nâng cao năng suất của quá trình. Để đáp ứng đƣợc các nhu

cầu đó thì một thiết bị tự động cấp phôi liệu cho quá trình trên là cần thiết. Đến nay,

hiện đã có nhiều loại thiết bị phục vụ cho quá trình cấp phôi liệu khác nhau. Kết cấu

của các cơ cấu cấp phôi này rất khác nhau, chúng phụ thuộc vào dạng phôi, năng suất và cấu trúc của máy [3]. Theo đó, có thể phân thành các kiểu cấp phôi cơ bản

sau đây: cấp phôi dạng cuộn, cấp phôi dạng thanh hoặc tấm, cấp phôi dạng lỏng,

bột, khí, cấp phôi dạng rời từng chiếc.

Mỗi kiểu cấp phôi trên mang tính đặc thù riêng và bản thân trong mỗi kiểu cũng

đã bao hàm rất nhiều dạng khác nhau. Tuỳ theo công nghệ sản xuất mà ngƣời ta có

thể bố trí các hệ thống cấp phôi liên tục, cấp phôi gián đoạn theo chu kỳ hoặc cấp

phôi theo lệnh [19].

Với các loại phôi dạng rời có thể sử dụng loại thiết bị cấp phôi bao gồm: băng

tải cấp phôi, robot cấp phôi, cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Với robot

và băng tải thƣờng sử dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất, lắp ráp các sản

phẩm yêu cầu độ chính xác cao. Nhƣng cả hai loại thiết bị trên có nhƣợc điểm là giá

thành lắp đặt và vận hành thiết bị tƣơng đối cao. Diện tích nhà xƣởng để lắp đặt đòi

hỏi phải rộng. Tuy nhiên hai phƣơng pháp cấp phôi trên không phù hợp cho các loại

phôi có khối lƣợng và kích thƣớc nhỏ. Để giải quyết vấn đề trên, phƣơng pháp cấp phôi theo nguyên lý rung động là một lựa chọn phù hợp. Thiết bị cấp phôi trên

nguyên lý rung động là một hệ thống đƣợc sử dụng phổ biến trong các ngành công

nghiệp thực phẩm, đồ uống, dƣợc phẩm hay các dây chuyền sản xuất lắp ráp.

Tại các nhà máy sản xuất dƣợc phẩm, điều kiện để chiết xuất và đóng chai thuốc vaccine là môi trƣờng sản xuất phải vô khuẩn. Hạn chế sự tiếp xúc của con ngƣời với nguyên liệu, vật liệu sản phẩm[1]. Vì vậy, việc lựa chọn phƣơng pháp cấp phôi tự động theo nguyên lý kích rung là cần thiết khi cấp nắp chai cao su cho lọ

vaccine là cần thiết.

Từ thập niên 90 của thế kỷ trƣớc đến những năm gần đây do đặc điểm giá rẻ của nhân công lao động nên hệ thống này chỉ đƣợc sử dụng trong các công ty liên doanh. Ngày nay, giá nhân công ngày một tăng, để họ bắt nhịp đƣợc với công việc

phải mất thời gian đào tạo. Tính ổn định của công nhân hiện nay thấp, nhất là những công việc có tính lặp lại.

Điểm mạnh của thiết bị cấp phôi là việc điều hƣớng, phối liệu đúng nhịp, đơn

giản và chính xác hơn hẳn các hệ thống truyền dẫn khác. Việc nghiên cứu, thiết kế

và chế tạo thiết bị này vẫn chƣa đƣợc quan tâm tại Việt Nam hiện nay.

Hệ thống cấp phôi tự động bao gồm, một phễu rung (bên trong có chứa các máng dẫn) đƣợc lắp vào đế trên, đế trên kết nối với đế đế dƣới thông qua các lò xo

lá. Các lò xo lá tạo ra các chuyển động theo phƣơng thẳng đứng của phôi và đồng

thời là chuyển động quay xung quanh trục thẳng đứng. Các nam châm điện tạo ra lực tác dụng điều khiển chuyển động của phễu. Thông thƣờng, đó là các lực dọc

trục hoặc lực pháp tuyến giữa đế và phễu. Mỗi nam châm điện có hai phần, một

phần lắp trên đế dƣới đƣợc cung cấp nguồn bởi các nguồn điện, phần còn lại đƣợc

lắp cố định vào đế trên và di chuyển cùng với phễu.

Trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động, phôi di chuyển trên đƣờng dẫn hƣớng (track) với chế độ trƣợt hoặc nhảy. Trong chế độ trƣợt, chuyển

động đƣợc tạo ra từ ma sát giữa phôi và máng dẫn. Trong chế độ nhảy, phôi nhảy

lên khỏi đƣờng dẫn theo mỗi chu kỳ và phôi sẽ rơi tự do sau đó rơi lại máng. Trong

quá trình nhảy lên và rơi xuống này, chuyển động tịnh tiến đƣợc hình thành và phôi

di chuyển lên phía trƣớc một khoảng so với vị trí cũ trên máng.

Việc tính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cho sản phẩm là lắp chai thuốc vaccine bằng cao su nhằm chế tạo thiết bị phục vụ cho quá trình thực nghiệm

cần phải đƣợc tiến hành. Với các loại phôi khác nhau công việc thiết kế có sự khác

nhau nhằm đƣa ra các kết quả thiết kế tối ƣu nhất cho sản phẩm.

Thiết kế thiết bị rung cấp phôi là qui trình phức tạp và có tính quyết định. Công

việc này thƣờng đƣợc bắt đầu bằng việc xác định nhu cầu dạng phôi cần cấp và

năng suất cấp. Do làm việc theo rung động nên cần một kết cấu nguyên khối để

tránh tự tháo lỏng và phân rã. Mặt khác, mỗi thiết bị cấp phôi chỉ cấp cho một loại và một phạm vi công suất nên thiết kế chế tạo gần nhƣ là đơn chiếc. Vì vậy việc công việc này phải giảm thiểu thời gian thiết kế chế tạo và điều chỉnh.

Hiện nay một phƣơng pháp thiết kế đƣợc áp dụng cho số đông bài toán là thiết

kế theo module. Để giảm thời gian sử dụng hệ thống treo tiêu chuẩn có sẵn (nguồn rung, nam châm điện…) và các chi tiết đƣợc chế tạo theo kết quả tính toán (phễu, có cấu điều hƣớng, lò xo lá…). Kết quả của quá trình này là một hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý kích rung đƣợc hình thành.

Có ba giai đoạn chính trong thiết kế, đó là nghiên cứu lên phƣơng án và tìm phƣơng án khả thi, các thiết kế sơ bộ và thiết kế chi tiết. Trong quá trình nghiên cứu

lên phƣơng án các giải pháp thiết kế đƣợc đƣa ra và có thể tính toán đến chi phí chế

tạo. Các quy trình công nghệ và phƣơng án gia công đƣợc đƣa ra trong quá trình

thiết kế sơ bộ. Cuối cùng, các bản vẽ chi tiết, yêu cầu kỹ thuật và đặc tính đƣợc thể

hiện trong thiết kế chi tiết.

Dựa vào thiết kế đã đƣa ra, tiến hành chế tạo hệ thống cấp phôi. Công việc chế

tạo này dựa vào sự kết hợp giữa các chi tiết tiêu chuẩn (nguồn rung, nam châm

điện…) và các chi tiết đƣợc chế tạo theo kết quả tính toán (phễu, có cấu điều hƣớng, lò xo lá…). Kết quả của quá trình này là một hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên

lý kích rung đƣợc hình thành.

Đây là một hệ thống thích hợp, ngoài ghép nối về mặt cơ học mà còn phải làm

việc ở chế độ cộng hƣởng. Do đó phải điều chỉnh các thông số động lực học để nó làm việc ở chế độ cộng hƣởng. Quá trình thực nghiệm nhằm mục đích điều chỉnh

thiết bị tìm ra các thông số tối ƣu cho hệ thống. Tuy nhiên hệ thống này hoạt động

nhờ lực kích rung ở chế độ cộng hƣởng, phễu cấp là một khối thống nhất (các cơ

cấu dẫn hƣớng và phân loại đƣợc gắn cứng lên phễu). Với mỗi loại phôi khác nhau

thì phễu cũng nhau. Khi muốn thay đổi kết cấu trong quá trình thực nghiệm gần nhƣ

phải chế tạo mới dẫn đến không đảm bảo kịp sản xuất cũng nhƣ tiêu phí về thời

gian và tiền bạc. Vì vậy, xây dựng một quy trình thiết kế hệ thống đúng ngay từ lần

đầu tiên nhằm giảm thời gian thiết kế, chế tạo và điều chỉnh. Để đạt đƣợc mục đích

trên việc nghiên cứu bản chất của quá trình động lực học của quá trình cấp phôi từ

đó chỉ ra các đặc điểm về thông số kết cấu và ảnh hƣởng của nó đến quá trình cấp

phôi, qua đó đƣa ra đƣợc phƣơng án và qui trình thiết kế, kiểm định cho chế tạo cho

loại phôi đƣợc nghiên cứu và một quy trình thiết kế chế tạo theo phƣơng án chủ

động cộng hƣởng cho các dạng phôi khác.

Những đặc điểm nêu trên là định hƣớng cho việc lựa chọn đề tài:

“Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học và tối ưu kết

cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động”

2. Đối tƣợng nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu, khảo sát động lực học quá trình di chuyển của phôi trên phễu. Tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động.

3. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng của hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Các thông số động lực học, kết cấu ảnh hƣởng đến năng suất cấp phôi.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán hệ thống cấp phôi tự động dạng xoắn

vít theo nguyên lý rung động.

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm để mô phỏng số hoạt động hệ thống. Khảo

sát động lực học và tối ƣu một số thông số của phễu rung dạng xoắn vít.

- Nghiên cứu chế tạo thiết bị thực nghiệm nhằm đánh giá và kiểm chứng mô

phỏng số.

- Khảo sát động lực học và tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng của hệ thống cấp

phôi tự động theo nguyên lý rung động. 4. Mục đích nghiên cứu - Giảm thời gian thiết kế hệ thống đảm bảo thiết bị hoạt động ở chế độ cộng

hƣởng.

- Giảm thời gian hiệu chỉnh, thử nghiệm để hệ thống hoạt động trong vùng

cộng hƣởng.

- Xây dựng một mô hình thiết bị trong môi trƣờng số nhằm thử, xác nhận ứng

xử của phôi và kết cấu phễu rung cấp phôi.

- Đƣa ra một quy trình thiết kế, hiệu chỉnh, kiểm nghiệm thiết bị để hệ thống

sau khi chế tạo đƣa vào sản xuất đúng ngay từ lần đầu tiên.

5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung

động.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi tự động

theo nguyên lý rung động

- Mô hình hóa, kiểm tra và xác nhận mô phỏng số hệ thống thực nghiệm - Khảo sát động lực học và tối ƣu kết cấu điều hƣớng trong hệ thống cấp phôi

tự động theo nguyên lý rung động.

6. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp phôi tự động dạng phễu rung. Các thông số động lực học và kết cấu ảnh hƣởng đến năng suất cấp phôi, từ đó xác định đƣợc mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án.

- Nghiên cứu mô phỏng: Dựa vào kết quả tính toán thiết kế hệ thống mô hình hóa và mô phỏng. Mô hình mô phỏng đƣợc kiểm tra và xác nhận thông qua các dữ

liệu thực nghiệm. Sử dụng phần mềm mô phỏng động lực học đa vật thể với mô

hình số đã xác nhận để đánh giá sự ảnh hƣởng của các thông số động lực học và kết

cấu tới năng suất cấp phôi cũng nhƣ xác định tần số dao động riêng để phục vụ cho

thiết kế chủ động cộng hƣởng

- Nghiên cứu thực nghiệm: Xác định thuộc tính của phôi cần cấp và xây dựng dữ liệu quan hệ giữa vận tốc, góc xoay, chuyển vị theo phƣơng đứng với điện

áp và chế độ cộng hƣởng của cơ hệ tƣơng ứng với tần số của điện áp đầu vào

- Nghiên cứu tối ưu: Sử dụng mô hình số đánh giá sự ảnh hƣởng của tần số, biên độ, góc xoay, góc nghiêng rãnh xoắn, hình dáng và thứ tự đến năng suất cấp

phôi. Tối ƣu hóa giá trị nghiêng rãnh xoắn và thứ tự kênh phân loại đến năng suất cấp phôi trong nguyên tắc làm việc chủ động công hƣởng.

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn a. Ý nghĩa khoa học 1. Chỉ ra đƣợc bản chất động lực học của quá trình cấp phôi từ đó chỉ ra đặc điểm của thông số động lực học, kết cấu và ảnh hƣởng của nó đến năng suất cấp phôi.

2. Bằng lý thuyết và thực nghiệm đã xây dựng đƣợc mối quan hệ giữa một số yếu tố công nghệ : điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn và vận tốc (năng suất) cấp phôi đồng thời đã xác định đƣợc vận tốc cấp phôi lớn nhất khi góc nghiêng  = 1.2560, tại mức điện áp 170V.

3. Bằng mô phỏng số đã tối ƣu hóa hệ thống bẫy điều hƣớng để có năng suất

cao nhất cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động.

b. Ý nghĩa thực tiễn

1. Việc áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất giúp giảm thời gian

thiết kế, giảm chi phí chế tạo và nâng cao hiệu quả kinh tế trong việc thƣơng mại hóa các hệ thống cấp phôi theo nguyên lý kích rung.

2. Kết quả của luận án còn để tham khảo trong việc đào tạo cán bộ thiết kế, kỹ

thuật, học viên cao học, nghiên cứu sinh của ngành kỹ thuật Cơ khí và Cơ điện tử.

8. Những điểm mới của đề tài 1. Đƣa ra một quy trình thiết kế chủ động cộng hƣởng. 2. Đƣa ra mô hình thiết bị trong môi trƣờng số nhằm thử nghiệm, xác nhận tứng

xử của phôi và kết cấu phễu rung cấp phôi.

3. Áp dụng mô phỏng số để tối ƣu hóa quá trình cấp phôi nhằm giảm thời gian

thực nghiệm cấp nắp chai vaccien trên máng dẫn hƣớng.

4. Đã xây dựng đƣợc phƣơng trình hàm hồi quy thực nghiệm về mối quan giữa điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn và vận tốc (năng suất) cấp phôi. Đồng thời đã xác định đƣợc vận tốc cấp phôi lớn nhất khi góc nghiêng  thay đổi từ 1.10 đến 4,50, điện áp Y thay đổi từ 100V đến 170V.

5. Bằng mô phỏng số đã tối ƣu hóa hệ thống bẫy điều hƣớng để có năng suất cao nhất cho quá trình cấp nắp chai vaccien bằng cao su trên thiết bị cấp phôi tự

động theo nguyên lý rung động.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

1.1. Thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động

1.1.1. Thiết bị cấp phôi dạng phễu rung có đƣờng xoắn vít

Cơ cấu cấp phôi rung dạng phễu có máng dẫn hình xoắn vít đƣợc sử dụng

cấp các loại phôi rời có trọng lƣợng và kích thƣớc nhỏ[2][3]. Hệ thống này có thể

sử dụng cho các máy riêng biệt hoặc các dây chuyền sản xuất tự động.

Tùy thuộc vào độ ổn định trên máng dẫn phôi đƣợc chia ra làm ba nhóm [3]

- Phôi có bề mặt phẳng (vòng đệm, nút chai cao su, tấm…) các phôi này trƣợt

trên máng dẫn khi di chuyển.

- Phôi hình trụ. Các phôi này có thể trƣợt hoặc lăn trên máng dẫn - Phôi hình cầu hoặc hình trụ có bán kính cầu ở đầu, các phôi này thƣờng lăn

khi di chuyển trên máng dẫn.

Các loại phôi thuộc nhóm thứ nhất và thứ hai khi di chuyển có tính ổn định cao

Hình 1. 1.Cơ cấu cấp phôi rung sử dụng bánh lệch tâm [3]

hơn nhóm thứ 3.

Trong hệ thống này (hình 1.1) phễu rung 2 đƣợc gắn động cơ có bánh lệch

tâm tạo ra lực ly tâm. Phễu 2 đƣợc lắp lên chân 1 (lò xo lá), nó thực hiện các chuyển động xoay (xung quanh trục thẳng đứng) và chuyển động tịnh tiến khứ hồi nhờ đó mà phôi di chuyển theo máng dẫn dạng xoắn vít 3. Khi phôi di chuyển trên máng

dẫn sẽ có trạng thái trƣợt hoặc nhảy tùy thuộc vào biên độ dao động và góc nghiêng

α của các chân. Phôi từ phễu đƣợc di chuyển tới vị trí yêu cầu. Để cấp phôi đúng nhịp, trên máng dẫn thƣờng đƣợc lắp các cơ cấu định hƣớng và ngắt phôi. Nếu trên

máng đã đầy phôi do lực cản các phôi sẽ trƣợt tƣơng đối trên máng hoặc rơi lại đáy

Hình 1. 2. Cơ cấu cấp phôi rung có nam châm điện [3]

phễu.

Hình 1.2 là cơ cấu cấp phôi rung động dạng phễu rung có sử dụng nam châm

điện để tạo rung động. Phễu rung 2 đƣợc lắp lên chân 3 (lò xo lá). Ở tâm của đáy

phễu đƣợc lắp phần ứng từ 4 của nam châm điện, trên đế 5 đƣợc lắp phần cảm từ 6

của nam châm điện. Để điều chỉnh lực kích rung ta có thể thay đổi khe hở giữa phần

lõi 6 và phần ứng từ 4 có thể đƣợc điều chỉnh nhờ vít 7 và bốn đế cao su số 8. Các

lò xo lá số 3 đƣợc đặt trên tấm đế 9. Để quá trình hoạt động của thiết bị này không

ảnh hƣởng đến các máy khác, hệ thống này có sử dụng ba giảm chấn số 10.

Chuyển phôi từ phễu đến máng tiếp nhận (máng chứa) đƣợc thực hiện trên phần thẳng của máng chứa. Máng chứa này đƣợc nối tiếp với máng xoắn vít. Quá

Hình 1. 3. Sơ đồ lực tác dụng khi nam châm đặt tại tâm[3]

trình kích rung đƣợc thực hiện nhờ nguồn rung 1.

Ở các hệ thống trên lực quán tính và nam châm điện tỷ lệ với góc nghiêng α của lò xo lá [3]: góc α càng lớn thì lực tác dụng P1 càng lớn và ngƣợc lại. Các lực

này sẽ tác dụng tại các vị trí có độ cứng vững thấp nhất vì vậy hệ thống có tuổi thọ

không cao và thƣờng đƣợc áp dụng cho hệ thống có kích thƣớc phễu nhỏ[3].

Với các hệ thống có kích thƣớc phễu lớn (0.3-1m), sử dụng một nam châm ít đƣợc dùng. Với kết cấu này, lực kéo phải lớn hơn vì vậy mà thƣờng sử dụng ba nam

Hình 1. 4. Sơ đồ lực tác dụng khi nam châm đặt vị trí đối diện lò xo lá [3]

Hình 1. 5. Thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động

châm điện gắn ở vị trí đối diện với các lò xo lá

Trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Phôi đƣợc chứa

trong phễu rung (bowl), khi có lực tác động từ nam châm điện, nhờ 03 lò xo lá đƣợc bố trí theo góc 1200, phễu sẽ di chuyển lên xuống và xoay quanh trục thẳng đứng. Nhờ chuyển động này phôi sẽ di chuyển trên máng dẫn dạng xoắn vít. Đế máy có

tác dụng để lắp các lò xo lá, nam châm điện và hệ thống giảm chấn. Giảm chấn có tác dụng cản trở rung động lan truyền đến các hệ thống máy khác. Nguồn điện cung cấp điện áp cho các nam châm để tạo rung động[4]

1.1.2. Thiết bị cấp phôi theo phƣơng thẳng

Loại này là phần tiếp theo của quá trình cấp phôi theo máng dẫn dạng xoắn

vít. Khi phôi đã đƣợc định hƣớng thì máng rung thẳng có nhiệm vụ vận chuyển phôi

ra phía đầu và cung cấp cho các máy khác hoạt động.

Hình 1. 6. Cơ cấu cấp phôi rung động thẳng

Nguyên lý hoạt động: Khi có dòng điện chạy qua thì nam châm điện hút đẩy phần ứng tạo ra rung động cung cấp cho máng. Khi đạt tần số thích hợp thì lực quán tính của phôi lớn hơn lực ma sát giữa phôi và máng thì phôi sẽ di chuyển lên phía

trên và cung cấp cho máy khác hoạt động

Các phần tử chính của máy cấp phôi thẳng:

+Lò xo lá có tác dụng đỡ tấm đế lắp đặt máng và có tác dụng tạo ra dao động

cộng hƣởng.

+Nam châm điện có tác dụng tạo ra rung động cung cấp cho máng hoạt động

+Đế có tác dụng để gắn các giá treo lên trên

+Bộ giảm chấn có tác dụng giảm rung động tránh lan truyền sang các máy khác

1.2. Xu hƣớng nghiên cứu hiện nay trên thế giới

Các nhà khoa học và chuyên gia công nghệ trên thế giới đã chỉ ra đƣợc lợi

ích của cấp phôi tự động. Và việc cấp phôi tự động phụ thuộc vào điều kiện làm

việc của từng máy móc, thiết bị và công đoạn sản xuất. Việc lựa chọn loại hình cấp

phôi là công việc tất yếu. Cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động đƣợc nghiên

cứu từ lâu trên thế giới. Các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc đã có rất nhiều các

công trình khoa học nghiên cứu đến cấp phôi tự động nói chung và cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động nói riêng (phụ lục 1).

Có rất nhiều các công trình nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động nói chung

và cấp phôi rung động nói riêng. Bằng cách phƣơng pháp khác nhau, các nghiên cứu này đã chỉ ra sự ảnh hƣởng của các thông số động lực học cũng nhƣ định hƣớng phôi trong quá trình cấp phôi rung.

1.3. Phƣơng pháp thực hiện

Để thực hiện các nghiên cứu trên các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc đã

sử dụng nhiều phƣơng pháp khác nhau để cho ra đƣợc các kết quả nghiên cứu. Xu

hƣớng là sử dụng phƣơng pháp mô phỏng số kết hợp với xác nhận bằng thực

nghiệm nhằm thay các thử nghiệm trên mô hình thực nghiệm mà kết quả vẫn tƣơng

đồng. Các năm gần đây, nhờ sự tiến bộ và hỗ trợ của máy tính ngoài thực nghiệm

Bảng 1. 1. Thống kê phương pháp thực hiện trên thế giới trong khoảng 20 năm gần đây

các tác giả còn sử dụng các phần mềm mô phỏng số để để xác định kết quả nghiêm cứu.

STT Phương pháp Số Năm Tài liệu

lượng tham khảo

Lý thyết (LT) 11 1997, 1999, 2000, [24], [26], [3], [46], 1

2001, 2008, 2009. [48], [49], [51], [52],

[57], [58], [60]

06 2 Mô phỏng (MP)

1996, 2005, 2009, 2010, 2011, 2017. [22], [34], [18], [72], [73], [61]

Thực nghiệm 07 1994, 1997, 2001, [25], [8], [15], [28], 3

(TN) 2002, 2005, 2011, [36]; [17]

2013

LT-MP 15 4

1997, 2002, 2003, 2004, 2005, 2007, [38], [7], [31], [12], [14], [50], [55], [59],

2013, 2014, 2016, [62-67], [70]

2017,2018

LT-TN 09 1994, 1997, 2001, [15], [29], [45], [47], 5

2003, 2010, 2011, [54], [56], [69], [74]

2012

TN-MP 11 [9], [5], 6

1986, 1993, 2003, 2005, 2010, 2011,2012, 2013, [20], [11], [35], [37], [10], [13], [23], [68], [71]

2015, 2017

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc

1.4.1.Tình hình nghiên cứu nƣớc ngoài

1.4.1.1. Ảnh hƣởng biên độ rung đến tốc độ di chuyển của phôi

Có rất nhiều các thông số động lực học ảnh hƣởng đến quá trình di chuyển

của phôi trong phễu, một trong những thông số ảnh hƣởng lớn nhất đó là biên độ

Bảng 1. 2. Thống kê các nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của biên độ rung đến vận tốc

phôi

rung.

Biên độ Vận tốc Tài liệu tham TT Năm (mm) (m/s) khảo

1 0.061 0.0937 [5] 1993

2 0.143-0.377 0.045-0.085 [6] 2002

3 0.5-4.5 0.002-0.095 [7] 2013

Năm 1993, G.H.Lee[5] bằng thực nghiệm và mô phỏng số đã đánh giá sự

ảnh hƣởng của biên độ rung động cũng nhƣ các thông số động lực học khác đến quá

trình di chuyển của phôi. Tác giá đã chỉ ra rằng với biện độ dao động là 0.061mm

thì tốc độ đạt đƣợc là 0.0937m/s kết quả này sai lệch 2,7% so với thực nghiệm

(0.0962m/s). Năm 2002, I. Han và Y.Lee[6] đã đánh giá sự ảnh hƣởng của biên độ

đến trạng thái hoạt động của phôi (vận tốc). Bằng mô phỏng số cho thấy ở chế độ

hỗn loạn, tốc độ di chuyển của phôi ít thay đổi hơn so với chế độ ổn định và chế độ trƣợt và nhảy khi biên độ thay đổi (hình 1.7). Bằng thực nghiệm, với tần số f=120Hz, hệ số mát sát giữa phôi và máng μ = 0.5, góc lò xo lá 180, góc nghiêng rãnh xoắn α = 50, các tác giả chỉ ra đƣợc sự phụ thuộc của biên độ và điện áp. Từ biên độ tìm đƣợc tác giả đi tìm mối liên hệ giữa biên độ và vận tốc với thử nghiệm

một phôi duy nhất. Với biên độ thực nghiệm a nằm trong khoảng từ 0.158mm đến

0.18mm tƣơng ứng với tham số điều khiển  từ 0.398 đến 0.343 phôi ở trạng thái

Hình 1. 7. Kết quả thực nghiệm với một phôi duy nhất

hoạt động ổn định. Tốc độ lớn nhất khi biên độ đạt 0.166mm.

Theo kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, vận tốc của phôi ở trạng thái

chuyển động hỗn loạn ít phụ thuộc vào các thông số điều khiển  là các trạng thái

khác. Với mô hình thực nghiệm này, Han và Lee cũng đã làm thực nghiệm với số lƣợng phôi nhiều hơn (200, 400, 800 phôi) và cũng cho kết quả tƣơng tự (hình 1.8)

Hình 1. 8. Kết quả thực nghiệm với 200, 400, 800 phôi



Năm 2013, H. Ashrafizadeh, S. Ziaei-Rad[7] dựa và lý thuyết tính toán, xây

dựng mô hình 2D để mô phỏng chuyển động của phôi bằng phƣơng pháp phần tử

Hình 1. 9. Mô hình phân tích lực của phễu cấp phôi rung

rời rạc.

Với các thông số động lực học: khối lƣợng riêng ρ = 7800kg/m3, tần số rung động 60Hz, hệ số ma sát μ=0.5, góc nghiêng rãnh xoắn θ=50, góc rung động ψ=180, tác giả đã làm thí nghiệm so sánh giữa mô phỏng (phần mềm DEM) và lý thuyết. Kết quả cho thấy sai lệch giữa hai phƣơng pháp này là 10% (hình 1.10).

Hình 1. 10. So sánh chuyển vị theo phương X của phôi giữa lý thuyết và mô phỏng số

Hình 1. 11. Mối quan hệ giữa biên độ rung và tốc độ di chuyển của phôi

Khi biên độ thay đổi trạng thái của phôi cũng thay đổi theo. Nghiên cứu đƣợc tiến hành với sự thay đổi biên độ từ 1a0max đến 4a0max và kết quả cho thấy tƣơng đồng với các nghiên cứu trƣớc đây (hình 1.11). Từ A1 đến A2 tốc độ tăng tuyến tính với độ dốc giảm nhẹ. Từ A2 đến A3 tốc độ tăng với độ dốc lớn khi biên độ tăng. Từ A3 đến A4 độ dốc tăng nhẹ. Sau A4 độ dốc có thiên hƣớng giảm.

1.4.1.2. Ảnh hƣởng của biên độ rung đến định hƣớng phôi

Biên độ là một trong những thông số động lực học quan trọng có tính quyết

định đến năng xuất cấp phôi, ngoài vận tốc nó còn ảnh hƣởng đến quá trình định

Bảng 1. 3. Thông kê các nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của biên độ rung đến định hướng phôi

hƣớng phôi. Có rất nhiều các công trình nghiên cứu đến yếu tố này.

Kết quả

TT Biên độ Năm Tài liệu tham khảo Tỷ lệ phôi đúng hướng (mm)

0.6&1 1 96% 1997 [8]

0.166-0.330 1.5-2.5 phôi/s 2 2002 [6]

0.15-0.21 3 0-100% 2003 [9]

0.025-0.1 4 20-98% 2013 [10]

Năm 1997, Dina R. Berkowitz và John Canny [8] bằng các mô phỏng và

thực nghiệm nhóm tác giả đánh giá tỷ lệ phôi đúng hƣờng với sáu trạng thái khác

Hình 1. 12. Sáu trạng thái của phôi khi thực nghiệm

nhau khi biên độ rung là 0.6mm và 1mm.

Hình 1. 13. Kết quả với phôi theo chiều nằm (LT)

Hình 1. 14. Kết quả với phôi theo chiều đứng (UT)

Thực nghiệm đƣợc tiến hành với 350 phôi khác nhau với 3 trạng thái ban đầu là LT (nằm dọc đầu hƣớng trƣớc), UT (thẳng đứng đầu ở trên) và CT (nằm ngang đầu hƣớng ra) khi biên độ thay đổi với góc nghiêng của rãnh xoắn là 12,80 và đạt đƣợc kết quả nhƣ sau:

Hình 1. 15. Kết quả với phôi theo chiều ngang (CT)

Năm 2002, I. Han và Y. Lee [6] sau khi làm thực nghiệm, nhóm tác giả đánh

giá ảnh hƣởng của biên độ đến tỷ lệ phôi đi ra (hình 1.8) với biên độ là 0.18 và

0.303 tỷ lệ phôi đi ra đạt cao nhất (2,5 phôi/s)

Năm 2003, M. H. Jiang[9] và các cộng sự đã sử dụng mô phỏng số để đánh

giá sự ảnh hƣởng của biên độ rung, kích thƣớc của các bẫy đến quá trình định

hƣớng phôi. Sau đó thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm và đánh giá sự ảnh hƣởng

của biên độ đến tỷ lệ phôi đúng hƣớng. Với b là chiều rộng bẫy, w là khoảng cách

từ tâm phôi đến thành phễu. Kết quả cho thấy khi tỷ lệ b/w tăng thì tỷ lệ phôi đi qua

cũng tăng tuyến tính, tỷ lệ này lớn hơn 1.1 thì tỷ lệ phôi đi qua đạt 100% (hình

Hình 1. 16. Kết quả mô phỏng

1.16).

Năm 2013, Daniel Hofmann[10] và các công sự đã tiến hành so sánh sự ảnh

hƣởng của biên độ đến quá trình định hƣớng phôi bằng mô phỏng số và thực nghiệm. Nghiên cứu đƣợc tiến hành với hai loại phôi bằng thép khác nhau (phôi

tròn 8.76x12.82 và phôi hình hộp 8x8x12) và hệ thống phễu đƣợc làm bằng

polyamide. Với loại phôi tròn với chiều cao bƣớc của rãnh (h) là 1,4,7mm và biên

độ rung 10μm đến 70μm. Kết quả cho thấy rằng với chiều cao bƣớc càng thấp tỷ lệ

Hình 1. 17. Kết quả so sánh sự giữa mô phỏng và thực nghiệm

phôi đúng hƣớng càng cao và phụ thuộc vào biên độ dao động (hình 1.17)

1.4.1.3. Ảnh hƣởng của các thông số động lực học khác

Trong các yếu tố động lực học tác dụng lên quá trình di chuyển của phôi, tần

số rung là một trong những yếu tố tác động đến lực tác động của của phễu đến phôi

qua đó ảnh hƣởng đến vận tốc của phôi, ngoài ra tần số rung ảnh hƣởng đến các yếu

Bảng 1. 4. Thống kê các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tần số rung

tố khác của hệ thống.

Tần số (hz)

TT Kết quả Thời gian Thực nghiệm Mô phỏng Tài liệu tham khảo

0, 56, 103, 113.8, 52, 118, 128, 1 Lò xo lá [11] 1986 508.4, 820.8 500, 618

2 Phễu [12] 2004 176.8, 327.8, 337.2, 569.4, 747.9, 822.6 179.9, 576.4, 747.3

5, 8,10 3 5,8,10 [13] 2015 Chuyển vị, gia tốc

Năm 1986, D. Morrey và J.E. Mottershead[11] sử dụng mô hình phân tích và

mô phỏng số nhằm xác nhận các hình thái dao động của hệ thống giá treo (lò xo lá).

Kết quả cho thấy với mô hình số hình thái dao động của hệ thống treo ở các tần số

khác nhau từ 0 đến 802.4Hz, với mô hình phân tích tần số rung động ở các mức từ 52Hz đến 618 Hz tƣơng đồng với mô hình số.

Năm 2004, S.B. Choi, D.H. Lee[12] bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn kết

hợp với mô hình số đã chỉ ra đƣợc sự tƣơng đồng về hình thái dao động của phễu. Các tác giả đã xây dựng mô hình thực nghiệm kiểm nghiệm để so so sánh với kết

quả tính toán. Việc kiểm tra đƣợc thực nghiệm với các tầm số rung khác nhau. Kết

quả thực nghiệm thu đƣợc bằng máy đo gia tốc ba trục kết hợp với phần mềm

STAR. Kết quả cho thấy, lý thuyết và thực nghiệm là trùng khớp (hình 1.18 và hình

Hình 1. 18. Hình thái dao động của phễu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Hình 1. 19. Hình thái dao động của phễu bằng mô hình số

1.19).

Năm 2015, Hao-Wen Ma và Gang Fang [13] bằng các tính toán lý thuyết kết

hợp với phần mềm MATLAB đã đánh giá sự ảnh hƣởng của tần số rung đến dịch chuyển của hệ thống rung động. Các thử nghiệm đƣợc tiến hành ở các tần số 5Hz, 8Hz, 10Hz với khoảng thời gian là 2s. Kết quả cho thấy ở cùng một khoảng thời gian khi tần số tăng thì dịch chuyển tăng, tần số càng lớn mức độ tăng càng nhanh (hình 1.20).

Hình 1. 20. Ảnh hưởng của tần số rung đến dịch chuyển của khối

Ngoài ra, các tác giả cũng đánh giá sự ảnh hƣởng của tần số rung đến gia tốc

và gia tốc của phôi. Nghiên cứu chỉ ra rằng, vận tốc và gia tốc có thể thấy rõ ở 8Hz

và 10Hz cao hơn ở tần số 5Hz. Tuy nhiên, khi tần số tăng làm mất tính ổn định của

Hình 1. 21. Ảnh hưởng của tần số rung động đến gia tốc của khối

quá trình di chuyển của phôi trên máng (hình 1.21).

Năm 2017, nhằm xác định tần số dao động riêng của hệ thống cấp phôi, Abhijit Kadam1, Manjunath Pisotre[23] đã sử dụng Ansys Workbench 16.0 xác định đƣợc tần số dao động riêng của hệ thống và sử dụng mô hình thực nghiệm

nhằm để đánh giá sự tƣơng đồng của mô hình số và mô hình thật.

Theo kết quả phân tích thì tần số dao động riêng của hệ thống là 97.51Hz (hình 1.22). Với kết quả thực nghiệm thì tần số dao động riêng của hệ thống đạt khi

đo là 100Hz (hình 1.23). Kết quả cho thấy có thể xây dựng mô hình hệ thống cấp

phôi tự động theo nguyên lý rung động mà tần số riêng của hệ thống bằng tần số lực kích rung.

Hình 1. 22. Các hình thái dao động trên môi trường số

Hình 1. 23. Tần số dao động riêng xác nhận bằng thực nghiệm

1.4.1.4. Các nghiên cứu khác

Năm 1997, Gary P. Maul và M. Brian Thomas[14] tiến hành nghiêm cứu mô

hình cấp phôi tự động sử dụng phễu rung. Các tác giả đã nghiên cứu lý thuyết về

vận tốc của phôi trong phễu rung. Sau đó chế tạo mô hình thực nghiệm với các loại

bán kính khác nhau để kiểm chứng lý thuyết. Vận tốc của phôi trên phễu đƣợc đo

tại ba vị trí cố định. Sau khi đo, so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm thì

Hình 1. 24. Sự phụ thuộc của vận tốc phôi vào bán kính phễu

thấy rằng sai lệnh là 11% (hình 1.24).

Qua mô hình thực nghiệm này, các tác giả cũng nghiêm cứu sự ảnh hƣởng

của độ độ cứng lò xo lá đến vận tốc của phôi khi tần số rung thay đổi. Sự ảnh hƣởng

này lớn nhất khi tần số rung là 60Hz.

Năm 2001, Nebojsa I. Jaksic, Gary P. Maul[15] đã tiến hành phân tích động

học của phôi khi di chuyển trên đƣờng xoắn ốc. Nghiên cứu này chỉ ra nguyên lý

hoạt động của một hệ thống cấp phôi tự động dạng phễu rung cũng nhƣ sự cần thiết

của hệ thống điều hƣớng phôi. Ngoài ra, các tác giả đã chế tạo và làm thực nghiệm với hai phƣơng điều hƣớng khác nhau. Phƣơng pháp thứ nhất sử dụng kết cấu điều

hƣớng bằng cơ khí. Phƣơng pháp thứ hai sử dụng bằng khí nén. Qua hai phƣơng

pháp này, các tác giả đã đƣa ra nhận định chọn kết cấu điều hƣớng bằng khí nén là

Hình 1. 25. Điều hướng, (a)sử dụng kết cấu cơ khí, (b) sử dụng khí nén

Hình 1. 26. Mô hình thực nghiệm

một lựa chọn phù hợp (hình 1.25)

Năm 2007 Paul C.-P. Chao và Chien-Yu Shen[16] đã xây dựng mô hình thực

nghiệm dựa trên hệ thống cấp phôi rung động thẳng. Tuy nhiên còn đƣợc lắp thêm

một thiết bị hỗ trợ điện áp trên hai dầm rung. Động năng của phôi đƣợc mô tả bằng

phƣơng pháp phân ly Rayleigh–Ritz. Áp dụng phƣơng trình Lagrange về động năng và thế năng biến dạng liên quan đến ba chế độ đầu tiên, các hệ thống động lực

học sau đó đƣợc đại diện với ba phƣơng trình.

Thực nghiệm đƣợc thực hiện với các phôi có trọng lƣợng và kích thƣớc khác nhau với tần số rung từ 10Hz đến 1kHz. Kết quả cho ra biểu đồ Bode về sự phụ

thuộc của độ phóng đại và trạng thái vào tần số. Qua biểu đồ cho thấy tính chính

xác giữa lý thuyết với thực nghiệm và có sự cộng hƣởng ở tần số rung động 330Hz

Hình 1. 27. Biểu đồ Bode

(hình 1.27).

Năm 2011 Emiliano Mucchi và các cộng sự[17] đã xây dựng mô hình và làm

thực nghiệm để đánh giá và phân tích động học đàn hồi của hệ thống cấp phôi tự

Hình 1. 28. Mô hình với nam châm theo phương tiếp tuyến (a) và thẳng đứng (b)

động dùng phễu. Với hai mô hình thực nghiệm, nam châm điện đƣợc gắn theo hai hƣớng khác nhau là theo phƣơng tiếp tuyến và theo phƣơng thẳng đứng.

Từ mô hình và kết quả thực nghiệm các tác giả đã xây dựng đƣợc biểu đồ về

gia tốc của các chi tiết trong hệ thống nhƣ phần trên của phễu (upper bowl), hệ

thống đỡ phễu (bowl support) và đế (base), với các vị trí đặt nam châm điện khác

Hình 1. 29. Gia tốc của các chi tiết khi nam châm đặt theo phương tiếp tuyến (a), dọc trục (b), xuyên tâm (c)

nhau. Với các trƣờng hợp đặt nam châm điện thì gia tốc của phễu luôn lớn nhất thể hiện đây là vị trí có biên độ dao động lớn nhất (hình 1.29).

Năm 2011, J. Fleischer, S. Herder, U. Leberle [74] đã trình bày nghiên cứu của mình dựa trên mô hình băng trƣợt rung đƣợc lắp liên tục với nhau. Qua nghiên

cứu này, các tác giả đã đƣa ra sự so sánh tốc độ di chuyển của vật thể trên băng tải

Hình 1. 30. Module hệ thống băng tải rung

giữa thực tế và mô hình thực nghiệm.

Hình 1. 31. So sánh tốc độ di chuyển giữa mô phỏng và thực nghiệm khi hệ số ma sát là 0,25

Hình 1. 32. So sánh tốc độ di chuyển giữa mô phỏng và thực nghiệm khi hệ số ma sát thay

đổi

Ban đầu các tác giả làm mô phỏng với phôi có hệ số ma sát với máng là 0,25 và góc pha từ 0 đến 1800. Kết quả cho thấy mô phỏng và đo thực tế có sai lệch lớn nhất là 20% và vận tốc đạt đƣợc lớn nhất khi góc pha là 900 . Với góc pha từ 1800 đến 3600 tốc độ lớn nhất khi góc pha là 2700(hình 1.31).

Với mô hình thực nghiệm này nhóm tác giả đã tiến hành làm thực nghiệm

với các loại phôi khác nhau (hệ số ma sát giữa phôi và máng khác nhau). Kết quả

cho thấy giữa mô phỏng và thực tế không còn tƣơng đồng khi hệ số ma sát lớn hơn

Hình 1. 33.Vận tốc của các phôi theo phương Z

0,8 do hiệu ứng thanh trƣợt (hình 1.32).

Năm 2011, Rentao Chen và các cộng sự [18] với sự hỗ trợ của phần mềm mô

phỏng động lực học đa vật thể (ADAMS) đã đánh giá sự ảnh hƣởng của hình dạng

phôi đến vận tốc của phôi. Với 05 phôi ở các vị trí khác nhau trong phễu, sau khi

mô hình hóa và tạo các liên kết động học, các tác giả đã đƣa ra sự thay đổi của vận tốc các phôi theo trục Z. Kết quả cho thấy, vận tốc lớn nhất có thể đạt đƣợc là

0.5m/s và các phôi đi hết quãng đƣờng trên máng dẫn là từ 5,5s (hình 1.33).

1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc

Thời gian gần đây việc nghiên cứu chế tạo hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động đƣợc quan tâm nhiều ở Việt Nam. Các nhà khoa học, các công

ty sản xuất thiết bị tự động đang tìm các giải pháp tối ƣu cho việc thiết kế và chế tạo

hệ thống này.

PGS. TS. Nguyền Phƣơng, Nguyễn Thị Phƣơng Giang[2] đã nêu ra các

nguyên lý cơ bản của hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Các

thông số động lực học ảnh hƣởng đến quá trình cấp phôi.

Hình 1. 34. Lực tác dụng khi phôi nằm trên máng dẫn

Trong giáo trình này đã đƣa ra quá trình động lực học của phôi trên phễu.

Điều kiện để phôi đi lên là Fqt > Fms+Fng. Có rất nhiều yếu tố động lực học và kết cấu ảnh hƣởng đến tốc độ di chuyển của phôi nhƣ góc nghiêng rãnh xoắn góc

nghiêng rãnh xoắn, hệ số ma sát, tần số rung…Phễu chứa phôi dao động khoảng

3000  3500 lần trong một phút (vặn đi, vặn lại, lắc) với biên độ dao động 0.02 

0.05mm. Ngoài ra tác giả cũng chỉ ra phƣơng pháp tính toán thiết kế cũng nhƣ định

hƣớng cho hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý kích rung.

GS. TS. Trần Văn Địch [3] cũng đã nêu ra đƣợc các nguyên lý cơ bản của hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý kích rung. Tác giả đã chỉ ra rằng máng dẫn

chuyển động điều hòa hình sin nhờ lực kích rung từ các nam châm điện. Các nam châm điện này đƣợc lựa chọn dựa vào đƣờng kính của phễu rung và góc nghiêng

của lò xo lá.

Hình 1. 35. Sơ đồ tác dụng lực của nam châm điện

Với cơ cấu một nam châm điện (hình 1.35a) đƣợc dùng trong cơ cấu cấp

phôi rung động với phễu nhỏ (đƣờng kính <40cm) để cấp phôi nhỏ, nhẹ. Với cơ cấu

ba nam châm điện (hình 1.35b) đƣợc dùng trong cơ cấu cấp phôi rung với phễu lớn

(đƣờng kính từ 30100cm) vì ba nam châm có khả năng tạo ra lực kéo lớn.

Tần số dao động của máng dẫn phụ thuộc vào tần số dao động của dòng điện

và cơ cấu rung điện từ (nam châm điện). Khi cấp dòng xoay chiều có tần số 50Hz

cho cuộn dây trong mỗi nửa chu kỳ chuyển động của dòng điện nam châm sẽ hút

làm cho phễu rung đạt biên độ cực đại, còn khi giảm dòng điện thì lò xo trở lại trạng

thái ban đầu. Nhƣ vậy, tần số dao động của máng dẫn so với tần số cấp điện tăng

Hình 1. 36. Đồ thị lực kéo của nam châm điện khi cấp dòng điện hình sin[3]

lên hai lần là 100Hz.

Ngoài ra, tác giả còn trình bày phƣơng pháp tính toán hệ thống cấp phôi cũng

nhƣ các loại phôi và cách định hƣớng cho từng loại phôi cơ bản.

Châu Mạnh Lực và Phạm Văn Song [19] đã trình bày về cấu tạo và nguyên

lý hoạt động của hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động.

Tác giả chỉ ra lý thuyết cơ bản của một hệ thống cấp phôi. Các thống số động lực học và kết cấu của hệ thống. Với hệ thống này tần số dao động khoảng từ 16

100Hz bằng cách thay đổi tần số dòng điện cung cấp cho nam châm điện từ. Với

các phôi có kích thƣớc nhỏ thì tần số dao động thƣờng dùng là 100Hz.

Hình 1. 37. Sơ đồ kết cấu của phễu cấp phôi kiểu rung động có bộ tạo rung đặt thẳng đứng[19]

Ngoài ra, các tác giả còn đƣa ra một số kết cấu, các bƣớc điều hƣớng cho các dạng phôi khác nhau dựa trên hình dạng và kích thƣớc của chúng. Cách phôi nằm

không đúng hƣớng đầu to lên trên bị rơi xuống phều (hình 1.38a). Có thể phân loại

phôi ra theo yêu cầu phụ thuộc vào kết cấu (hình 1.38b). Phôi sau khi định hƣớng di

Hình 1. 38. Một số kết cấu định hướng phôi trên rãnh xoắn[19]

chuyển trên máng dẫn (hình 1.38c).

Quá trình khảo cứu các nghiên cứu đã công bố trong và ngoài nƣớc cho thấy

có thể dùng các phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm để đánh giá sự ảnh hƣởng của các thông số động lực học và kết cấu đến năng suất cấp phôi. Tuy nhiên, nghiên cứu bằng mô phỏng cho thấy có thể xây dựng mô hình

thông qua lý thuyết và kiểm nghiệm mô hình thông qua thực nghiệm. Dựa trên mô hình mô phỏng đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng nhằm rút ngắn thời gian thiết kế và

giảm chi phí chế tạo, chạy thử và hiệu chỉnh

Kết luận chƣơng 1.

Từ những nghiên cứu tổng quan về hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý

rung động nói chung và hệ thống cấp phôi tự động dạng phễu rung nói riêng, đã rút

ra đƣợc một số kết luận có tính định hƣớng nhƣ sau:

1. Thiết bị cấp phôi theo nguyên lý rung động đang đƣợc sử dụng rộng rãi

trong công nghiệp cả trong và ngoài nƣớc phục vụ cho việc cấp các chi tiết rời rạc.

2. Các công trình khoa học trong và ngoài nƣớc thời gian gần đây đã chỉ ra

năng suất cấp phôi phụ thuộc và các yếu tố động lực học và kết cấu. Việc nghiên cứu tối ƣu hóa các thông số này đang đƣợc các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. 3. Hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số nhằm khảo

sát và tối ƣu hóa các thông số động lực học và kết cấu phễu rung cấp phôi nhằm giảm thời gian cũng nhƣ chi phí thử nghiệm qua đó chọn đƣợc kết cấu phù hợp cho

thiết kế.

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

2.1. Cơ sở lý thuyết về cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động.

2.1.1. Phân tích các lực tác dụng lên phôi

Hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động đƣợc sử dụng rất linh hoạt trong hầu hết các trƣờng hợp cấp phôi rời từng chiếc và có kích thƣớc nhỏ. Hệ

Hình 2. 1. Thiết bị cấp phôi rung dạng phễu có máng dẫn dạng xoắn vít[3], [4],[23]

thống này có hình dạng nhƣ sau:

Khi phân tích quá trình di chuyển của phôi trên phễu, do máng dẫn đƣợc

thiết kế theo đƣờng xoắn Acsimet nên phôi di chuyển tạo với mặt phẳng nằm ngang

một góc (θ+ψ) hình 2.5. Góc nghiêng của máng dẫn là θ, góc tạo bởi giữa máng dẫn

và phƣơng rung động là ψ. Tần số kích rung f= 50Hz, tần số góc =2f. Biên độ rung động a0 và vận tốc, gia tốc tức thời theo phƣơng pháp tuyến và song song với máng dẫn. Các phần tử tƣơng ứng của phƣơng pháp tuyến và song song lần lƣợt là p và n. Giả thiết rằng khối lƣợng của phôi là mp không phụ thuộc vào hình dáng, bỏ qua cản trở của không khí, phôi không có xu hƣớng trƣợt xuống.

Trong quá trình phân tích trạng thái của phôi trên máng, biên độ dao động tăng dần từ 0. Khi biên độ nhỏ phôi gần nhƣ không di chuyển trên máng dẫn do lực quán tính của phôi nhỏ hơn lực ma sát F giữa phôi và máng dẫn. Trên hình 2.5 ta thấy rằng lực quán tính lớn nhất tác dụng lên phôi khi máng dẫn đạt vị trí giới hạn.

Hình 2. 2. Sơ đồ lực tác dụng lên phôi và rãnh xoắn trong phễu[2], [4], [19][20]

Lực này đƣợc chia làm hai thành phần song song và pháp tuyến lần lƣợt là: mp.a0.2cosψ và mp .a0.2 .sinψ.

Điều kiện để phôi trƣợt lên trên là:

(2.1) mp .a0 .2 .cosψ > mp .g. sinθ + F

Trong đó: N là phản lực. Lực ma sát, F = μs.N = μs.[ mp.g.cosθ - mp .a0.2 .sinψ) (2.2) Với μs là hệ số ma sát tĩnh giữa phôi và máng dẫn.

(2.3)

Từ phƣơng trình (2.1) và (2.2) điều kiện để phôi đi lên là:

(2.4)

Tƣơng tự nhƣ vậy, điều kiện để phôi di chuyển trƣợt xuống là:

Trạng thái hoạt động của phễu rung đƣợc biểu thị dƣới dạng gia tốc pháp tuyến của máng dẫn không thứ nguyên An/gn. Trong đó, An là gia tốc pháp tuyến của máng dẫn ( sinψ), gn gia tốc trọng trƣờng theo phƣơng pháp tuyến (gn=g.cosθ) và g = 9.81m/s2 gia tốc trọng trƣờng. Vậy ta có:

(2.5)

Thay (2.5) vào (2.3) ta có, điều kiện để phôi đi lên là:

(2.6)

(2.7)

Điều kiện để phôi di chuyển lùi xuống là:

So sánh phƣơng trình (2.6) và (2.7) ta thấy rằng điều kiện để phôi đi lên là

Khi θ quá nhỏ ta có:

(2.8)

Với biên độ rung động đủ lớn, phôi sẽ di chuyển trên máng dẫn với trạng thái trƣợt và nhảy theo đƣờng dẫn. Điều này chỉ xảy ra khi phản lực N giữa phôi và

máng dẫn bằng 0. Theo hình 2.5 ta có:

(2.9)

Do đó, để phôi rời khỏi máng dẫn ta có:

(2.10)

2.2.2. Các thông số ảnh hƣởng đến quá quá trình di chuyển của phôi

2.2.2.1. Ảnh hƣởng của thông số kết cấu (góc nghiêng rãnh xoắn θ) [4]

Hình 2.3 cho thấy ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn θ lên vận tốc vận chuyển với tỷ số gia tốc An/gn khác nhau tại giá trị của μ là 0,2. Kết quả cho thấy vận tốc cao nhất đạt đƣợc khi góc nghiêng rãnh xoắn θ = 0 và phôi chuyển động lên

trên luôn đạt đƣợc khi góc nghiêng rãnh xoắn θ nhỏ. Các máy thiết kế cần thiết phải

có góc nghiêng rãnh xoắn hiệu quả θ = 3 ÷ 4°. Tuy nhiên góc vận tốc vận chuyển của phôi sẽ kém hiệu quả nếu đáy của phễu là đáy bằng. Điều đó có nghĩa là trong

ứng dụng thực tế các phôi không đƣợc đẩy dọc theo mặt đáy của phễu, nơi phôi có

vận tốc lớn hơn. Vấn đề định hƣớng đƣợc giải quyết bằng các thiết bị định hƣớng

gắn trên thành của phễu. Khi hệ thống cấp phôi làm việc thì các thiết bị định hƣớng

Hình 2. 3. Ảnh hưởng của góc nghiêng rãnh xoắn θ tới vận tốc vận chuyển phôi[4]

nhằm định hƣớng phôi theo một hƣớng nhất định trƣớc khi đƣa phôi ra phía đầu ra của miệng phễu để đƣa phôi vào máng thẳng.

Với các điều kiện nhƣ đã trình bày ở trên, ta thấy rằng quá trình di chuyển

của phôi trong các máy cấp phôi rung động còn bị ảnh hƣởng bởi tỷ số gia tốc An/gn, góc nghiêng rãnh xoắn θ của rãnh xoắn, góc ψ giữa lực quán tính của phôi với phƣơng của góc nghiêng rãnh xoắn, hệ số ma sát μ, và vận tốc vận chuyển phôi vm.

2.2.2.2. Ảnh hƣởng của các thông số động lực học

a. Ảnh hƣởng của tần số[4]

Các nghiên cứu chỉ ra rằng, với một số điều kiện nhất định khi gia tốc của

máng dẫn là hằng số (nghĩa là là hằng số) vận tốc trung bình vm tỷ lệ nghịch với

tần số rung f. Vì thế:

Hình 2. 4. Ảnh hưởng của góc ψ, tỷ số gia tốc, tần số f, góc nghiêng θ, hệ số ma sát lên vận tốc vận chuyển của phôi [4]

(2.11)

Trong hình 2.4. thử nghiệm đƣợc tiến hành với ba góc giữa lực quán tính và phƣơng rung động (góc rung động) ψ = 200, 400, 600. Quá trình thử nghiệm đƣợc tiến hành với các tần số thấp f = 15, 20, 30, 45 Hz, khi đó fvm đƣợc sử dụng nhƣ giá trị đo của vận tốc băng tải. Các tác giả cho thấy rằng, kết quả này phù hợp với kết

quả các nghiên cứu lý thuyết. Kết quả cho thấy vận tốc di chuyển của phôi cao do đó tốc độ cấp liệu cao. Tuy nhiên, gia tốc của máng dẫn là không đổi có nghĩa là

biên độ dao động của máng thay đổi. Qua đây cũng cho thấy tần số hoạt động tốt nhất cho quá trình cấp phôi giao động từ 30 đến 60Hz.

Hệ thống cấp phôi này đƣợc kích rung bằng nam châm điện sử dòng điện xoay chiều. Cơ cấu rung điện từ cần đƣợc xem là một hệ dao động cơ điện thuần

nhất, nơi mà điện năng chuyển hóa thành cơ năng tạo dao động cho phễu nhờ hệ

thống giá treo. Hệ thống rung điện từ chia ra làm hai loại: cơ cấu rung điện từ một

Hình 2. 5. Cơ cấu rung điện từ a) một nhịp; b) hai nhịp[3]

nhịp và cơ cấu rung điện từ hai nhịp.

Hình 2.5a là cơ cấu rung điện từ đơn giản nhất. Khi cấp dòng điện xoay

chiều có tần số 50Hz cho cuộn dây trong mỗi nửa chu kỳ chuyển động của dòng

điện sức kéo của phần ứng đạt giá trị cực đại, còn khi giảm dòng điện độ nén đàn

hồi của lò xo trở về trạng thái ban đầu. Nhƣ vậy tần số dao động của phễu tăng lên

gấp đôi so với tần số dòng điện là 100Hz. Để thiết bị hoạt động ở chế độ cộng

hƣởng thì tần số dao động riêng của hệ thống bằng tần số dao động là 100Hz.

b. Ảnh hƣởng của gia tốc máng dẫn[4]

Hình 2.4 cho thấy khi mà tỷ số gia tốc tăng lên thì vận tốc vận chuyển phôi

tăng lên. Tại một số điểm trên đồ thị thì tỷ số này tăng lên đột biến và điều này ảnh

hƣởng đáng kể tới quá trình cấp phôi. Ngƣời ta giải thích hiện tƣợng này nhƣ sau: nếu tỷ số gia tốc pháp tuyến An và gia tốc trọng trƣờng theo phƣơng pháp tuyến gn này tăng lên tới (An/gn>1,0) thì phôi “bay” lên một lần trong suốt chu kỳ nhƣ các mô tả trƣớc đó. Đầu tiên, tốc độ va đập của phôi lên máng dẫn nhỏ, khi gia tốc của

máng dẫn tăng lên tốc độ va đập cũng tăng cho đến một thời điểm nào đó phôi bắt đầu bay lên. Trong trƣờng hợp này, tốc độ cấp phôi sẽ không ổn định. Các nghiên

cứu lý thuyết không còn đúng trong trƣờng hợp này.

nhƣng thấp hơn giá trị tạo ra trạng thái không ổn định. Theo hình 2.4 ta thấy rằng có mối quan hệ tuyến tính gần đúng giữa các hệ số fvm và An/gn tƣơng ứng với mỗi giá trị góc rung động ψ cho các giá trị góc nghiêng rãnh xoắn θ và hệ số ma sát μ.

Để năng suất cấp phôi đạt giá trị cao cần tạo ra vùng làm việc với giá trị

c. Ảnh hƣởng của góc giữa lực quán tính và mặt phẳng nghiêng ψ [4]

Hình 2.4 cho thấy vận tốc vận chuyển phôi vm dễ thay đổi khi ta thay đổi góc giữa lực quán tính và mặt phẳng nghiêng (góc rung động) ψ. Ta có thể thấy rõ sự ảnh hƣởng của nó trên hình 2.4, nó biểu thị điều kiện góc tối ƣu của góc rung động.

Hình 2. 6. Ảnh hưởng của góc rung động ψ và hệ số ma sát µs[4]

Hình 2. 7. Ảnh hưởng của hệ số ma sát đến góc rung động tối ưu [4]

Hình 2.6 là mối quan hệ giữa hệ số ma sát μs và góc rung động tối ƣu ψopt tại giá trị An/gn = 1,2

Hình 2. 8. Ảnh hưởng của hệ số ma sát tới vận tốc vận chuyển phôi[4]

d. Ảnh hƣởng của hệ số ma sát [4]

Trên thực tế hệ số ma sát trong các máy cấp phôi rung động là từ 0,2 đến 0,8.

Giá trị hệ số ma sát của phôi thép và máng thép là 0,2. Khi rãnh đƣợc phủ lớp cao

su thì hệ số ma sát có thể lên tới 0,8

Hình 2.8 cho thấy ảnh hƣởng của hệ số ma sát lên vận tốc vận chuyển của phôi trên các rãnh ngang, với góc rung động ψ = 200 và các giá trị khác nhau của tỷ số gia tốc. Có thể thấy rằng, giá trị thực tế của gia tốc góc và hệ số ma sát tăng làm

tăng vận tốc vận chuyển phôi. Vì vậy có thể tăng hệ số ma sát giữa phôi và máng dẫn bằng cách phủ lên máng những loại ma sát có hệ số cao nhƣ cao su. Ngoài ra,

lớp phủ cao su này có tác dụng là giảm tiếng ồn.

2.2. Định hƣớng và phân loại phôi

2.2.1. Phân loại phôi

Cơ cấu cấp phôi rung động có máng xoắn vít đƣợc dùng để cấp phôi rời từng

chiếc cho các máy riêng biệt hoặc các máy trên đƣờng dây tự động (dây chuyền tự động).

Trên cơ sở hình dáng của phôi là một tập hợp các bề mặt cơ bản hình thành nên,

ta có thể phân loại chúng nhƣ sau:[19]

+Phôi có các bề mặt là mặt tròn xoay trong và ngoài.

+Phôi có các bề mặt là mặt phẳng

+Phôi có hình dạng phức tạp, tập hợp của các bề mặt tròn xoay trong, ngoài, mặt

phẳng và các bề mặt định hình.

2.2.2. Phôi có các bề mặt là mặt tròn xoay trong và ngoài

Loại O: Loại phôi có một tâm đối xứng nhƣ bi cầu. Với loại này, vị trí của nó

đã đƣợc định hƣớng tự nhiên, có nghĩa là khả năng định hƣớng của nó theo các mặt

phẳng và các trục đối xứng là nhƣ nhau. Vì thế, hệ thống cấp phôi nói chung và

phễu cấp phôi nói riêng không cần phải định hƣớng cho chúng.

Loại I: Phôi có một trục quay và có một mặt phẳng vuông góc với trục quay đó. Với loại này, vị trí định hƣớng tự nhiên là hoàn toàn phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các kích thƣớc của chúng. Với l, d lần lƣợt là chiều dài và đƣờng kính lớn nhất của phôi.

Loại II: Loại này vật thể chỉ có một trục quay, do vậy vị trí định hƣớng tự nhiên của nó rất đa dạng. Với loại này thì cần phải định hƣớng theo 2 cấp. Đầu tiên là định hƣớng cấp I là theo phƣơng trục quay, tiếp theo là định hƣớng cấp II là theo

phƣơng của véctơ pháp tuyến với mặt phẳng vuông góc với trục quay của nó (định hƣớng theo phƣơng và hƣớng).

Loại III: Vật thể có 2 mặt phẳng đối xứng mà trong đó một mặt phẳng (gọi là

mặt phẳng thứ 1) chứa đƣờng tâm trục và một mặt phẳng vuông góc với đƣờng tâm

trục đó (gọi là mặt phẳng thứ 2). Với loại này cũng yêu cầu phải định hƣớng theo

Bảng 2. 1. Phân loại các loại phôi

hai cấp, trƣớc hết là định hƣớng cấp I theo phƣơng của trục, tiếp theo là định hƣớng cấp III là định hƣớng về góc xoay ở trong mặt phẳng thứ 2.

Dạng phôi

Loại Đặc trưng của phôi Tỷ số l/d

O Có một tâm đối xứng Bi cầu l/d=1

Có 1 trục I l/d>1 quay đối

xứng và 1

I l/d<1

mặt phẳng vuông góc

với trục quay

I l/d≈1 đó

II l/d>1

II l/d<1

II l/d≈1 Có 1 trục quay

III

Loại IV: Vật thể có một mặt đối xứng và chứa đƣờng tâm trục. Với loại này

thì việc định hƣớng phức tạp hơn, trƣớc hết là định hƣớng cấp I (theo phƣơng trục),

tiếp theo là định hƣớng cấp II tức là theo phƣơng của véctơ pháp tuyến với mặt

phẳng vuông góc với trục và cuối cùng là định hƣớng cấp III là về góc xoay của phôi trong mặt phẳng vuông góc với trục.

Những phân tích trên đây là cơ sở cho việc lựa chọn các cơ cấu và các chi tiết

định hƣớng để sao cho trong quá trình di chuyển phôi không bị mất định hƣớng và bị kẹt

2.2.3. Phôi có các bề mặt là mặt phẳng

Các phôi dạng này thƣờng đƣợc cung cấp cho các loại máy công tác nhƣ máy

khoan, khoét, doa hoặc máy phay…Chúng bao gồm rất nhiều kiểu khác nhau nhƣ dạng hình khối hộp, dạng định hình nhƣ chữ L, U, T, V, H…Với loại này ngƣời ta

cũng căn cứ vào khả năng định hƣớng tự nhiên của nó trong không gian, tức là dựa

vào các kích thƣớc của các bề mặt và sự phân bố khối lƣợng trên từng phần của vật

thể để tìm ra phƣơng pháp định hƣớng phôi thuận lợi nhất cho nó nhằm làm cho cơ

cấu hoặc chi tiết định hƣớng đơn giản và giảm đƣợc kích thƣớc khuôn khổ của

chúng.

2.2.4. Phôi có hình dạng phức tạp, tập hợp của các bề mặt tròn xoay trong, ngoài, mặt phẳng và các bề mặt định hình.

Dạng phôi này thƣờng đƣợc cung cấp cho các hệ thống sản xuất và lắp ráp của

các loại sản phẩm trong các ngành công nghiệp sản xuất giày dép, may mặc… nhƣ

các loại khóa kéo trong dây chuyền sản xuất dây khóa kéo. Đây là kiểu phôi mà gây

khó khăn nhất cho việc lựa chọn phƣơng pháp định hƣớng theo cả 3 cấp là phƣơng,

chiều và góc xoay (là định hƣớng theo mặt trên hoặc mặt dƣới). Đối với loại này thì

ngƣời ta cũng căn cứ và khả năng định hƣớng tự nhiên của nó hoặc xét đến bề mặt

mà có khả năng giữ ổn định vật thể nhất khi di chuyển nhƣ các bề mặt có kích thƣớc

lớn, sự phân bố khối tâm của chúng nằm ở vị trí thấp v.v… Nói chung với loại này cần thiết phải có sự nghiên cứu tỷ mỉ và cụ thể đối với từng kiểu 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]

- 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

Hình 2. 9. Cơ cấu định hướng cho phôi đáy phẳng[3]

động của các loại phôi khác nhau.

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

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]

phễu.

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)

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

Hình 2. 12. Cơ cấu định hướng cho phôi dạng trụ trơn[3]

trên máng dẫn.

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

Hình 2. 13. Kích thước của phễu trụ thẳng

khảo bảng sau:

Bảng 2. 2. Kích thước của phễu trụ thẳng[3].

Số Thể Khối Nguồn Kí hiệu d P rãnh W H C E h t tích lƣợng rung xoắn phễu

BOWL 230 30 20 90 2,2 0,8 JA-C230 230 2 2 2

300 40 25 110 3,8 2,0 JA-C300 BOWL 300

JA- BOWL 390 50 35 130 7,2 3,0 C390N 390 2 16

460 65 50 170 12,3 6,0 JA- C460N BOWL 460 3 3 3 BOWL 610 80 60 230 27,8 10,0 JA-C610 610

Bảng 2. 3. Kích thước phễu côn bậc[3].

BOWL 700 120 100 340 32,0 14,0 JA-C700 700

Khối Thể Nguồn A A1 A2 H P D h t W lƣợng tích rung

280 145 135 100 30 230 2 20 2,5 0,6 JA C230 BOWL 230

JA BOWL 400 207 193 135 40 300 19 28 5,0 1,0 C300 300

JA BOWL 480 249 231 160 50 390 3 36 8,0 2,0 C390N 390

550 288 262 209 65 460 50 14,0 4,0 JA C460N BOWL 460

750 390 360 263 85 610 23 60 25,0 8,0 JA C610 BOWL 610 6

950 500 450 290 105 700 42,0 12,0 10 0 JA C700 BOWL 700

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

Hình 2. 15. Hình dạng và kích thước của nắp chai vaccine

thƣớc nhƣ hình vẽ :

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.

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.

(2.12) (phôi/phút)

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 : Chiều dài của phôi theo phƣơng truyền động 0.03 (m)

k2 : Hệ số dự phòng năng suất (2.14)

Với là khe hở trung bình giữa các phôi. Thông thƣờng

(2.15)

 k3 : Hệ số cấp phôi định hƣớng

(2.16) (m/phút)=173 (mm/s) m =1 là số trạng thái đƣợc chấp thuận. n =3 là tất cả các trạng thái của phôi.

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 :

Trong đó :

t - Bƣớc xoắn của phễu

  - Chiều cao của rãnh xoắn (mm)

Hình 2. 16. Thông số hình học của phễu rung

 b - Chiều dày rãnh xoắn (mm)

Vậy bƣớc xoắn của phễu rung là :

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 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.

Với 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 (mm3),

Vp = Vđế nắp + Vchóp nắp (tính gần đúng) Vđế nắp = 3,14.102.3 = 942 mm3 Vchóp nắp

Vậy thể tích gần đúng của phôi là Vp = 942+ 605 = 1547 mm3

 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

phút

 Kv - Hệ số điền đầy thể tích của phễu. Vì nắp chai có l

(2.21) mm3

d. Chiều cao của phễu rung

Với D =370 mm và

Thì chiều cao phễu rung là :

Chọn H=100 (mm)

2.4.1.5. Xác định kích thƣớc của đế máy rung

Xuất phát từ điều kiện tỷ lệ giữa khối lƣợng bên trên nhíp mt và khối lƣợng bên dƣới nhíp md [3] :

÷ Ta có :

(2.22)

(2.23) mt =mbowl+mđế đỡ mt=mvành+mrãnh+mđáy+mđế gá

mt= ρSus ρ .2 (2.24)

.h.2 ] = ρSus {[ ρ

]

.25.2 = ρSus {[

ρ 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

: là chiều rộng rãnh xoắn, chọn =35mm

: là chiều dày đáy, chọn = 3mm

→ mphễu = 4356 g

Mđế đỡ = 1979 g

→ mt=4356+1979=6335 g

Suy ra : g

Thể tích của đế đƣợc tính bằng công thức [3] :

(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]:

(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 :

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 :

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 :

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

Hình 2. 17. Chuyển động của phôi bị ném lên

trên hệ trục tọa độ nhƣ hình sau :

Hệ phƣơng trình chuyển động của phôi nhƣ sau :

(2.31)

(2.32)

(2.33)

Khảo sát giá trị của y, ta có :

y’=0 (2.34)

(2.35) m

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:

(2.37) =0

(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

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

Hình 2. 18. Lực tác dụng lên lò xo lá [3]

a. Tính lực kích rung

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

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.

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=4.105.si.B2 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

m2 (2.46)

Suy ra tiết diện hữu ích là :

Vậy ta có tiết diện thật của nam châm :

Với p=0,8 : hệ số điền kín lõi

m2 (2.47)

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

(vòng)

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 :

Chiều dày của phần cảm trung tâm:

Bề rộng của phần cảm ngoài:

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 :

Với : d là đƣờng kính dây, chọn d=0,7mm

mm2

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 :

√

→ ωgc π π /

Kích thƣớc của giảm chấn đƣợc tính qua công thức:

(2.48) √ √

→ gc ωgc2.(mt+md)

(2.49) Nếu giảm chấn dùng bằng cao su :

Trong đó : Z : số giảm chấn

E : module đàn hồi cao su, E=8.106(N/m2)

(2.50) F : tiết diện giảm chấn,

h : là chiều cao của giảm chấn

→

Bảng 2. 4. Bảng thông của phễu rung cấp phôi

Chọn D = 0,03 m, d = 0,01 m, h = 0,013 m

Thông số Đƣờng kính phôi (mm) Giá trị 20

9.54

1547

Chiều cao phôi (mm) Thể tích của phôi Vp (mm3) Tốc độ của phôi Vp (mm/s) 173

1.5 Góc ngiêng của phễu rung (độ)

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) Đƣờng kính trong đế trên lò xo lá d'2 (mm) 270 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) Chiều cao lò xo lá l (mm) 106

Chiều rộng lò xo lá b (mm) Số hệ lò xo lá 35 3

Thông số Bề dày lò xo lá n (mm) Số lò xo lá trong 1 hệ Giá trị 1,5 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,

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

trạng thái phôi yêu cầu đầu ra (nằm ngửa) nhƣ hình 2.20.

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.

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

2.4.2.2. Lựa chọn cấu hình hệ thống kênh phân loại

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

Bảng 2. 5. Đặc điểm của các bẫy đối với phôi là nắp chai vaccine

chi tiết nhƣ sau.

STT Bẫy Tính năng Yêu cầu kích thước

+ Loại bỏ phôi chạy song song, + Bề rộng (từ thành trong tới trong rãnh nhỏ) dao động

(bẫy A)

mong muốn trạng thái phôi đầu ra là sản dòng một phẩm. khoảng đƣờng kính ngoài của phôi (thƣờng lấy bằng) đảm bảo phôi đi đƣợc và không quá 2 sản phẩm trong một thời điểm.

+ Các trạng thái phôi còn lại đều có + Góc lƣợn là góc vát công nghệ để thu hẹp dòng sản phẩm

thể đi qua bẫy này. trƣớc khi đi vào rãnh nhỏ.

+ Loại bỏ các phôi xếp chồng, phôi nằm nghiêng.

+ Các trạng thái

(bẫy tay gạt) phôi còn lại đều có

+ 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 thể đi qua bẫy này.

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.

+ Nhiệm vụ chính: Loại bỏ hoàn toàn + Bề rộng (từ thành trong tới đỉnh chữ M) dao động trong kích

phôi nằm úp, cho

phép phôi nằm

ngửa (hình 2.21e)

đi qua. thƣớc bán kính của phôi + 2(mm), bề rộng vách để trọng tâm phôi nằm úp bên ngoài rãnh và bị loại bỏ. (bẫy M + vách

+ Có thể loại bỏ ngăn)

+ Chiều cao (từ rãnh đén thành dƣới của vách ngăn) lớn

các trạng thái phôi còn lại nhƣng xác hơn chiều cao đáy lớn phôi từ 1-

chắc

chƣa suất chắn 100%. 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 +

phép phôi nằm

ngửa đi qua. (bẫy chữ nhật +

2(mm), bề rộng vách để trọng tâm phôi nằm úp bên ngoài rãnh và bị loại bỏ. vách ngăn)

+ Có thể loại bỏ các trạng thái phôi

còn lại nhƣng xác + Chiều cao (từ rãnh đén thành dƣới của vách ngăn) lớn

suất chƣa chắc

chắn 100%. 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

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

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.

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 cũng nhƣ các thông số về kỹ thuật

của các chi tiết đã thiết kế khi cần điều chỉnh.

Với hệ thống đƣợc mô hình hóa nghiên cứu sinh sử dụng phần mềm Ansys

Workbench nhằm phân tích dao động riêng và dạng dao động luận án đã chỉ ra một qui trình thiết kế để đảm bảo tần số riêng của cơ hệ trùng với tần số kích thích và

dạng dao động riêng phù hợp với trạng thái cấp phôi của hệ thống qua đó đạt đƣợc

một hệ thống chủ động cộng hƣởng.

Với các chi tiết đƣợc mô hình hóa, việc ứng dụng các phầm mềm mô phỏng

số MSC ADAMS sẽ giúp chúng ta có thể xây dụng đƣợc mô hình thực nghiệm

trong môi trƣờng số có các đặc tính giống nhƣ mô hình thật. Với mô hình phỏng số

đƣợc xây dựng là tiền đề cho quá trình đánh giá sự ảnh hƣởng của các thông số động lực học, kết cấu điều hƣớng ảnh cũng nhƣ tối ƣu hóa hệ thống. Qua đó có thể đƣa ra đƣợc các đánh giá chính xác mà không cần chế tạo mô hình thật.

3.1. Mô hình hóa thiết bị cấp phôi dạng phễu rung

3.1.1. Công cụ thực hiện mô hình hóa

Việc mô hình hóa hệ thống hiện nay rất đơn giản nhờ sử dụng một số phần mềm hỗ trợ nhƣ: Catia, Solidwork, NX, Pro- Engineer… Mỗi phần mềm có những đặc điểm riêng. CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application nghĩa) - “xử lý tƣơng tác trong không gian ba chiều đƣợc hỗ trợ bằng

máy tính” là một bộ phần mềm thƣơng mại đa chức năng CAD/CAM/CAE đƣợc

Dassault Systemes (một công ty của Pháp) phát triển và đƣợc phân phối bởi IBM

Hình 3.1. Hệ thống cấp nắp chai vaccine

trên toàn thế giới.

Để thực hiện mô hình hóa hệ thống cấp nắp chai vaccine nghiên cứu sinh sử

dụng công cụ là Catia với các modun:

- Part Design: Thiết kế chi tiết

- Asembly Design: Tạo lập sản phẩm lắp ghép

- Wireframe and Surface Design: Thiết kế khung dây và bề mặt.

Sau khi tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cho quá trình cấp nắp

chai vaccine ta có hệ thống gồm có 2 phần chính là nguồn cấp rung và phễu rung.

Với các thông số tính toán ở trên tiến hành mô hình hóa kết cấu hệ thống trên phầm

mềm Catia V5-6.

Bảng 3. 1. Thông số cơ bản của phễu phôi

3.1.2. Mô hình hóa phễu rung 3.1.2.1. Thông số thiết kế phễu rung theo tính toán (bảng 2.4)

Thông số Hình ảnh

- Đƣờng kính phễu rung : 370 mm

- Chiều cao của phễu rung : 100

- Bƣớc xoắn của máng rung : 30 mm

Hình 3. 2. Phễu rung cấp nắp chai cao su

- Bề rộng rãnh xoắn : 35mm - Góc nghiêng rãnh xoắn: 1.50

Hình 3. 3. Quá trình thực hiện mô hình hóa phễu rung

3.1.2.2. Quy trình thực hiện

3.1.2.3. Kết quả

Để mô hình hóa hệ thống tác giả sử dụng hai modun của CATIA là : Part Design

và Wireframe and Surface Design. Các bƣớc thiết kế dựa trên việc phân tích cấu tạo của phễu rung, từ đó chia ra thiết kế các thành phần sau đó lắp ghép thành mô hình

Hình 3. 4. Mô hình hóa phễu rung

phễu rung. Sau khi thực hiện các bƣớc thiết kế chi tiết phễu rung đƣợc mô hình hóa có hình dạng nhƣ hình 3.4

3.1.3. Mô hình hóa các chi tiết của nguồn rung

Hình 3.5. Các bước mô hình hóa các chi tiết của nguồn rung

3.1.3.1. Quy trình thực hiện

3.1.3.2. Công cụ thiết kế và kết quả mô hình hóa

Trong quá trình thiết kế các chi tiết nguồn rung nghiên cứu sinh sử dụng modun Part Design. Các bƣớc thiết kế dựa trên các thông số công nghệ và phân tích chi tiết cho kết quả mô hình hóa của các chi tiết nguồn rung nhƣ sau :

Bảng 3. 2. Thông số cơ bản của các chi tiết còn lại

Hình ảnh Thông số

 Đế gá phễu rung :

 Đƣờng kính ngoài : 240 mm

 Đƣờng kính trong : 180 mm

 Chiều cao : 27 mm

 Lỗ ren lắp ghép : M7 với M6 Hình 3.6. Đế gá phễu rung

 Đế trên lò xo lá :

 Đƣờng kính ngoài : 270 mm

 Đƣờng kính trong : 50mm

 Chiều cao : 115 mm Hình 3.7. Đế trên lò xo lá

 Lò xo lá :

 Bề rộng : 35 mm

Hình 3.8. Lò xo lá

 Chiều cao : 106 mm  Góc nghiêng lò xo : 11o  Số lò xo lá : 7

 Đế máy

 Đƣờng kính : 290 mm

Hình 3.9. Đế máy

 Chiều cao : 70 mm

 Tấm giảm chấn :

 Bề rộng : 308 mm

Hình 3.10. Tấm giảm chấn

 Chiều cao : 13

3.1.4. Lắp ráp hệ thống

3.1.4.1. Quy trình lắp ráp

Hình 3.11. Các bước lắp ráp hệ thống

3.1.4.2. Tiến hành lắp ráp

*. Lắp ráp cụm phễu rung

Hình 3.12. Phễu rung và đế gá

Hình 3.13. Cụm phễu rung

Cụm phễu rung bao gồm : Phễu rung + đế gá

*. Lắp ráp cụm nguồn rung

Cụm nguồn rung bao gồm lò xo lá đƣợc lắp với đế máy, đế máy lắp với tấm

Hình 3.14. Cụm nguồn rung

giảm chấn (chi tiết thực hiện có video đính kèm)

*. Lắp ráp cụm điều khiển

Hình 3.15. Cụm điều khiển

Cụm điều khiển là nam châm điện đƣợc lắp với đế trên của lò xo lá

3.1.4.3. Kết quả lắp ráp

Sau khi hoàn thành quá trình lắp ráp, hệ thống rung cấp nắp bút bi hoàn chỉnh đƣợc

Hình 3.16. Kết quả lắp ráp hệ thống rung cấp nắp chai vaccine

thể hiện nhƣ hình 3.16 :

3.2. Tự động hóa thiết kế bằng tham số sử dụng catia

3.2.1. Xây dựng liên kết giữa các tham số bằng hàm số

3.2.1.1. Tham số cho phễu chứa

a) Bƣớc xoắn phễu rung t: (3. 1) t≥2h+b

Trong đó : h – là chiều cao của phôi

b – là chiều dày của rãnh phễu rung

(3. 2) b) Góc nghiêng phễu rung β :

Với μ là hệ số ma sát của phôi trên máng thép INOX

(3.3) Đƣờng kính phễu rung D :

c) (3.4) Chiều cao phễu rung H :

Trong đó : h – là chiều cao của chi tiết d) Q – là năng suất tiêu thu của máy

P – là hệ số lấp đầy phễu

T –là thời gian giữa 2 lần đổ phôi vào phễu

3.2.1.2. Tham số cho đế đỡ phễu chứa

a) Đƣờng kính ngoài đế đỡ d1 : b) Đƣờng kính trong đế đỡ d2 : c) Chiều dày đế đỡ b3 : d1= 0,65.D d2= 0,5.D b3= 0,35.H

3.2.1.3. Tham số cho đế trên nhíp đàn hồi

d1’= 0,75.D d2’= 0,125.D

a) Đƣờng kính ngoài đế trên nhíp d1’ : b) Đƣờng kính trong đế trên nhíp d2’ : c) Chiều dày đế trên nhíp b3’ : b3’= 0,15.H

3.2.1.4. Tham số cho nhíp đàn hồi

a) Chiều dày lò xo lá h : √

(3.5)

Trong đó : fr – là tần số dao động riêng của cơ hệ

l – là chiều dài lò xo lá

b – là chiều rộng lò xo lá mqd –là khối lƣợng quy đổi của cơ hệ E – module đàn hồi của nhíp τxoan – là hệ số ảnh hƣởng của xoắn

(3.6) b) Góc nghiêng lò xo lá α : ar

Trong đó : R0 – là hệ số chế độ làm việc của máy

Kv – là hệ số phụ thuộc kết cấu và chế độ làm việc vct – là vận tốc của phôi

3.2.1.5. Tham số cho đế máy rung

a) Đƣờng kính đế Dd: Dd=0,8.D

Trong đó : Vd – là thể tích của đế máy

(3.7) b) Chiều cao phễu rung Hd :

3.2.2. Thiết kế theo tham số bằng phần mềm Catia

Hình 3. 17. Quy trình tham số hóa

3.2.2.1. Sơ đồ quá trình tự động hóa thiết kế bằng tham số

3.2.2.2. Quá trình thực hiện tham số hóa trong Catia

Với các yêu cầu đầu vào là năng xuất, hình dạng, kích thƣớc, vật liệu phôi

tiến hành tính toán thiết kế các chi tiết của hệ thống (2.5.1). Sau đó lựa chọn các

thông số chính làm thông số thay đổi đó chính là các thông số đầu vào. Các thông

số hình học còn lại của mô hình đƣợc biểu diễn thông qua các thông số đầu vào (mục 3.2.1). Các thông số hình học đƣợc tham số trên phần mềm Exel. Các hàm này

đƣợc chuyển sang môi trƣờng Catia thông qua mục Parameter và Relation trên cây

Hình 3. 18. Quá trình đưa liên kết tham số từ Exel vào Catia

thiết kế và thực hiện quá trình tham số hóa cho từng chi tiết nhƣ hình 3.18.

Tiến hành gán các ràng buộc về kích thƣớc với các hàm tham số trên cây thƣ

mục thiết kế cho từng chi tiết. Ví dụ, tham số hóa phễu rung tiến hành gán các tham

số lần lƣợt nhƣ sau:

 Đƣờng kính phễu

 Chiều cao phễu rung

 Vị trí điểm đầu của đƣờng Helix

 Bƣớc xoắn phễu rung

 Chiều cao bƣớc xoắn

 Bề rộng rãnh xoắn

 Bề dày rãnh xoắn

 Góc nghiêng rãnh xoắn

 Chiều cao đáy phễu rung

 Góc nghiêng đáy

 Đƣờng kính ngoài đế đỡ

 Đƣờng kính trong đế đỡ

 Chiều cao đế đỡ

 Đƣờng kính lỗ lắp ghép

 Vị trí lỗ lắp ghép

 Chiều cao thanh gạt phân loại phôi Với mỗi tham số đƣợc tạo ra thì trên cây thƣ mục, tại mục Relation sẽ xuất hiện

một mục Formula.

Hình 3.19 là cây thƣ mục thể hiện các hàm kích thƣớc đã đƣợc tham số hóa cho

Hình 3. 19. Cây thư mục các hàm số của từng tham số Với các chi tiết còn lại, ta sẽ không trực tiếp nhập các hàm số từ bảng Excel đã làm đối với chi tiết đầu tiên là phễu rung mà sẽ nhập gián tiếp các hàm số đó từ cây

phễu rung

tham số của chi tiết phễu rung.

Khi đó các tham số sẽ xuất hiện trong mục External Parameters.

Tiếp theo, ta sẽ ta sẽ lần lƣợt gắn các hàm kích thƣớc cho từng chi tiết còn lại

theo từng thao tác đã giới thiệu bên trên. Khi đó ta sẽ sử dụng các tham số lấy từ

cây tham số của phễu rung để gán cho các thông số của các chi tiết khác.

Kết quả: Khi cần thay đổi các thông số đầu vào, chỉ cần nhập các thông số thay

đổi trong bảng tham số từ Excel và đƣa vào trong môi trƣờng Catia. Ta sẽ nhận

đƣợc phễu rung cấp phôi với các thông số hình học đáp ứng yêu cầu đầu vào.

3.3. Kiểm tra và xác nhận mô hình số

3.3.1. Xác định tần số dao động riêng

3.3.1.1. Công cụ mô phỏng số

Ansys Workbench là bộ phần mềm thƣơng mại đã đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới để phân tích giải quyết các bài toán khoa học và kỹ thuật trong đó có phân tích hình thái. Nghiên cứu này sử dụng module Modal Analysis của phần mềm Ansys Workbench để mô phỏng và phân tích hình thái dao động tại các giá trị tần số dao động riêng cơ bản của cơ hệ. Qua đó xác định đƣợc hình thái làm việc thực tế của cơ hệ thông qua mô phỏng. Cũng nhƣ có phƣơng hƣớng thiết kế tránh các

hình thái phƣơng hại đến hoạt động của cơ hệ khi có phƣơng lực và tần số tác động

tƣơng ứng.

3.3.1.2. Quy trình mô phỏng

Quy trình xác định hình thái dao động và tần số dao động riêng cơ bản của

Hình 3. 20. Quy trình phân tích hình thái trên Ansys Workbench

thiết bị rung cấp phôi theo mong muốn thiết kế nhƣ hình 3.20.

Module phân tích hình thái Modal trong Ansys Workbench hiển thị nhƣ hình

Hình 3. 21. Module Modal

3.21

Bảng 3. 3. Thông số đặc tính vật liệu được sử dụng

a. Xây dựng thông số vật liệu

Tên vật liệu

Hệ số Poisson

Khối lượng riêng (kg/m^3)

Module đàn hồi (x10^11 Pa)

SUS304

7850

2.1

0.305

Gang

8545

1.06

0.324

Thép 50CrMnVA 7800

2.1

0.300

Từ thông số vật liệu nhƣ bảng 3.3, thông số vật liệu xây dựng trong mô

phỏng nhƣ sau: Trong mục Engineering Data ta tạo tên 3 vật liệu SUS 304, gang,

Hình 3. 22. Tên vật liệu được khởi tạo

thép 50CrMnVA nhƣ hình 3.22

Sau khi khởi tạo tên vật liệu ta xây dựng thông số vật liệu yêu cầu: Density

Hình 3. 23. Cây thư mục toolbox

và Isotropic Eslasticity bằng cách chọn trên cây Toolbox nhƣ hình 3.23.

Thông số vật liệu SUS 304 đƣợc khai báo nhƣ hình 3.24.

Hình 3. 24. Thông số vật liệu SUS 304

Tƣơng tự khai báo với vật liệu Gang và Thép 50CrMnVA.

b. Xây dựng mô hình

Mô hình hình học đƣợc xây dựng trên Catia nhƣ hình 3.16 và đƣợc gán

module Modal thông qua giao diện Geometry.

c. Gán vật liệu và thuộc tính liên kết

Hình 3. 25. Cây thư mục Geometry

Trong dao diện Model, trên cây thƣ mục chọn Geometry nhƣ hình 3.25

Chọn từng chi tiết trong thƣ mục Geometry để gán vật liệu cho chi tiết nhƣ

Hình 3. 26. Gán vật liệu cho phễu rung cấp phôi

hình 3.26. Tại Stiffness Behavior chọn Flexible (ứng xử linh hoạt) và Assignment chọn vật liệu tƣơng ứng với chi tiết.

Trên cây thƣ mục Model chọn Contact để gán thuộc tính liên kết. Các chi tiết

đƣợc lắp ghép bằng các bu lông đai ốc tiêu chuẩn nên có thể coi các liên kết giữa

các thành phần là Bonded (liên kết cứng). Ví dụ nhƣ liên kết giữa đế gá phễu và đế

Hình 3. 27.Gán liên kết đế gá phễu và đế trên lò xo lá

trên lò xo lá nhƣ hình 3.27.

d. Chia lƣới mô hình

Phần tử lƣới đƣợc sử dụng trong mô hình là Solid 187; phần tử lƣới cho liên kết là Conta174 và Tage170. Mô hình phần tử sau khi chia nhƣ hình 3.31 với

Hình 3. 28. Mô hình phần tử

144634 số nút và 73459 số phần tử.

e. Thiết lập điều kiện biên

Do đế dƣới lò xo lá đƣợc gắn với cao su giảm chấn nên hầu nhƣ rung động đƣợc loại bỏ xuống sàn vì thế có thể coi đế dƣới đƣợc gắn cứng với sàn. Vì vậy mặt dƣới của đế dƣới đƣợc gán ràng buộc ngàm với đất (Fixed Support) nhƣ hình 3.29.

Hình 3. 29. Ngàm đế dưới lò xo lá

f. Thiết lập các Mode và phạm vi phân tích

Trong mục Analysis Settings chọn Max Modes to Find: 6 (số Mode tìm đƣợc

Hình 3. 30. Thiết lập các Mode và phạm vi phân tích

tối đa) và Limit Search to Range: No (giới hạn dải tần số tìm kiếm) nhƣ hình 3.30.

3.3.1.3. Kết quả mô phỏng

Sau khi mô phỏng giá trị các tần số số dao động riêng cơ bản của thiết bị

rung cấp phôi sau khi hiệu chỉnh thiết kế mặt bích nhƣ hình 3.31.

Hình 3. 31. Bảng giá trị các tần số dao động riêng cơ bản

a, Chuyển động quay quanh trục Z (100.92 Hz)

b, Chuyển động trƣợt dọc trục Z (386.12 Hz)

c, Chuyển động quay quanh trục Y (286.63 Hz)

d, Chuyển động trƣợt dọc trục Y (212.79 Hz)

e, Chuyển động quay quanh trục X (329.6 Hz)

f, Chuyển động trƣợt dọc trục X (210.29 Hz)

Hình 3. 32. Hình thái chuyển động tại các tần số dao động riêng cơ bản

Kết quả hình thái tại các tần số dao động riêng nhƣ hình 3.32.

Kết quả mô phỏng cho thấy hình thái chuyển động tại các tần số dao động

riêng cơ bản có tính tƣơng đồng với công bố của A. Kadam và M. Pisotre, 2017

[23]. Tại tần số dao động riêng 100.92 Hz có hình thái chuyển động xoay quanh

trục thẳng đứng với hình thái hoạt động của thiết bị rung cấp phôi. Từ đó xác nhận đƣợc các thông số kết cấu, vật liệu của phễu và bích ghép nối giữa phễu với hệ

thống treo sao cho cơ hệ có tần số riêng bằng tần số của lực kích thích và bằng hai

lần tần số của dòng điện cấp cho nguồn rung.

3.3.2. Xác định hệ số ma sát giữa phôi và phễu

Hình 3. 33. Máy đo hệ số ma sát trượt VF

3.3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm đo: Máy pháp VF.

1. Trục mẫu đƣợc chế tạo bằng SUS 304 2. Trục mang cần;3. Đối trọng; 4. Cần mang mẫu; 5. Mẫu trên gắn cao su; 6. Đồ gá mẫu; 7. Cam đếm số vòng quay

mẫu; 8. Đồng hồ số vòng quay; 9. Bánh đai.

Trục mẫu 1 quay với tốc độ n (vòng/phút) tạo ra vận tốc trƣợt (m/s).

Mẫu 5 tiếp xúc với mẫu 1 tại vị trí nhƣ hình vẽ.

Khi đặt một lực cho trƣớc P nên mẫu 5, bề mặt tiếp xúc sẽ xuất hiện một lƣc

(3.8)

Fms cản trở lại chuyển động của trục 1, trong điều kiện xác định.

Hệ số ma sát đƣợc tính nhƣ sau:

- Mẫu 5 gắn trên cần 6. Cụm mẫu 5 đƣợc gắn với cảm biến qua bộ điều

3.3.2.2. Phƣơng pháp đo lực ma sát trên máy VF

- Tải trọng P, mẫu 5 tác dụng lực P1 nên mẫu 1, trục mẫu 1 quay tạo ra lực ma sát Fms kéo toàn bộ cụm 5 về phía ngoài, sự dịch chuyển cụm mẫu 5 phản ánh

chỉnh.

qua cảm biến, sự biến thiên của lực ma sát giữa 1 và 5.

3.3.2.3 Các số liệu trên máy VF

Số liệu có thể đọc trực tiếp trên đồng hồ điện tử, đồng hồ điện tử này thể

hiện giá trị bằng chữ số ở đầu cảm biến ở trên cần mẫu trong cùng1 thời điểm.

- Đƣờng kính trục mẫu: d = 50mm.

- Vận tốc trƣợt: v = 0 ÷ 4 mm/s.

- Tải trọng lớn nhất có thể đặt lên cần Pmax = 250g.

- Mẫu thí nghiệm có kích thƣớc sau: a = 15;

3.3.2.4. Thông số cơ bản của máy đo hệ số ma sát VF

Hình 3. 34. Mẫu thử và thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa cao su và SUS304

b = 7; c = 10

3.3.2.5. Trình tự thí nghiệm:

a. Lắp và điều chỉnh mẫu thí nghiệm:

Các mẫu thí nghiệm phải đƣợc làm sạch và sấy khô trƣớc khi sử dụng, đạt độ chính xác, độ bóng quy định.

Lắp các mẫu 5 lên cần 6 phải đảm bảo:

+ Mẫu 5 tiếp xúc với trục 1 tại điểm cao nhất của trục mẫu 1 theo mặt

cắt ngang của đường tiếp xúc theo kích thước phải song song với mặt phẳng

ngang.

+ Theo phương dọc theo đrường sinh của trục mẫu 1, mẫu 5 phải đảm

bảo tiếp xúc hết chiều rộng b.

+ Mẫu 5 phải được xiết chặt.

Bảng 3. 4. Thông số hiệu chỉnh sensor

100

150

200

250

b. Bảng chuẩn sensor:

Lực F ứng với tải (gam):

0.18 0.23 0.26 0.3 0.37

Số chỉ dụng cụ a:

(3.9)

Kết quả chuẩn Sensor:

Bảng 3. 5. Kết quả đo từ máy đo ma sát động

c. Kết quả thí nghiệm

Lần

0.89 0.80 0.89 0.96 0.85 0.85 0.84

Chỉ số hiển thị 0.84

]

[

(3.10)

Hệ số ma sát của cặp vật liệu là:

3.3.3. Xác định tần số dao động của hệ thống

Năng suất cấp phôi phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ biên độ, tần số, hệ số ma

sát, góc nghiêng rãnh xoắn…. Trong quá trình di chuyển của phôi trên phễu tần số

rung quyết định đến vận tốc hay năng suất cấp phôi. Để xác định tần số dao động

của phễu ta tiến hành thí nghiệm xác định thông số này

3.3.3.1. Thiết bị Detector III của FAG

Hình 3. 35. Thiết bị đo dao động theo phương ngang bằng thiết bị hãng FAG

a. Sơ đồ và thiết bị đo

Để xác định đƣợc tần số rung, thiết bị đƣợc sử dụng là Detector III-FAG. Đây là môt thiết bị cầm ta nhằm xác định đƣợc các tần số dao động của một thiết bị máy móc trong một hệ thống, qua đó có thể chuẩn đoán đƣợc các sai hỏng sau khi phân tích kết quả đo. Để gắn đƣợc cảm biến nên thiết bị đo phễu chứa đƣợc thay thế

bằng một tấm thép tƣơng đƣơng về khối lƣợng. Đầu đo đƣợc gắn vào hệ thống. Để

đảm bảo cân bằng trong quá trình đo (cân bằng động) có một đối trọng đƣợc gắn

đối xứng với đầu đo. Thiết bị rung thay đổi chế độ rung bằng cách thay đổi điện áp

Hình 3. 36. Thiết bị đo dao động theo phương thẳng đứng

từ bộ điều khiển, điện áp này đƣợc xác định bằng đồng hồ đo điện. Kết quả đo sẽ đƣợc thiết bị đo thu lại. Kết quả này đƣợc xử lý trên máy tính.

Thiết bị đo Detector III là thiết bị đo rung động của hãng FAG, sử dụng

sensor điện từ active 100mV/g với dải tần số đo từ 0.1Hz đến 20KHz. Thông số đầu

ra là vận tốc, gia tốc, chuyển vị, tần số rung. Detector III có bốn module có thể gắn

liền bốn senseor với bốn tín hiệu đầu vào. Các thông số đo đƣợc phân tích phổ hình ảnh FFT (Fourier Fast Tranform) dựa trên phần mềm do FAG phát triển Trendline

3.6 sẽ phân tích các yêu tố và cho kết quả đầu ra. Kết quả đo đƣợc hiển thị và xử lý

Bảng 3. 6. Bảng thông số thiết bị đo của hãng FAG

ngay trên thiết bị cầm tay hoặc trên máy tính cá nhân.

Thiết bị FAG Detector III- FAG

STT Thông số kỹ thuật Phạm vi đo

1 Thông số đo 2 Dải tần số đo 3 Số module 4 Màn hình hiển thị

Kích thƣớc màn hình

Gia tốc, tần số 0.1Hz-20kHz 4 LCD 230x70(53)x45(53)mm Trên màn hình hoặc máy tính Riêng biệt Không 16Gb SD/SDHC 128Mb

IP40

5 Xử lý tín hiệu 6 Tín hiệu hiển thị 7 Đo tần số riêng 8 Bộ nhớ ngoài 9 Bộ nhớ trong 10 Phần mềm kết nối máy tính Trendline 11 Cấp độ bảo vệ a. Kết quả đo và xử lý số liệu

Thí nghiệm đƣợc tiến hành ở các mức điện áp khác nhau, từ 100V đến 170V.

Thiết bị đo lƣu lại dữ liệu theo các mức điện áp.

Hình 3. 37. Kết quả được xử lý trên phần mềm Trendline

Theo kết quả trên phần mềm, tần số dao động của hệ thống là 100Hz. Biên

độ dao động phụ thuộc và điện áp.

3.3.3.2. Thiết bị đo của Nacentech

Hình 3. 38. Thiết đo của Viện ứng dụng công nghệ (Nacentech)

a. Sơ đồ và thiết bị đo

Khi sử dụng thiết bị đo Detector III FAG chỉ đo đƣợc hai phƣơng (thẳng

đứng và ngang) với hai lần gá khác nhau vì vậy kết quả đo không đƣợc chính xác do điều chỉnh điện áp khó. Để khắc phục nhƣợc điểm đó, tác giả đã sử dụng thiết bị

đo của Viện ứng dụng công nghệ- Nacentech. Với thiết bị này, quá trình đo đƣợc tiến hành đồng thời, với tấm thay thế, cảm biến đo phƣơng ngang đƣợc gắn lên thanh ngang với đối trọng ở vị trí đối xứng, cảm biến đo phƣơng thẳng đứng đƣợc gắn tại vị trí tâm của tấm thay thế. Với card thu thập dữ liệu của National Intruments kết quả đo đƣợc chuyển trực tiếp đến máy tính cá nhân. Với phần mềm Labview dữ liệu đƣợc xử lý và cho ra kết quả.

Bảng 3. 7. Bảng thông số và thiết bị đo của NACENTECH

Thiết bị NACENTECH- National Intruments

STT Thông số kỹ thuật Phạm vi đo

Gia tốc, tần số 0.5Hz-10kHz 4 Kết nối với máy tính 230x70(53)x45(53)mm Trên máy tính Riêng biệt Không Máy tính Không LabVIEW IP40

Hình 3. 39. Kết quả đo được xử lý trên phần mềm của NI

1 Thông số đo 2 Dải tần số đo 3 Số module 4 Màn hình hiển thị 5 Kích thƣớc màn hình 6 Xử lý tín hiệu 7 Tín hiệu hiển thị 8 Đo tần số riêng 9 Bộ nhớ ngoài 10 Bộ nhớ trong 11 Phần mềm kết nối máy tính 12 Cấp độ bảo vệ b. Kết quả đo và xử lý số liệu

Theo kết quả phân tích, biên độ đạt giá trị cao nhất khi tần số là 100Hz.

3.3.4. Xác định biên độ dao động và xây dựng hàm động học tƣơng

đƣơng hệ thống

- Phải thay thế bowl bằng mô hình tƣơng đƣơng nên dễ gây sai các sai số khi đo: vị

Với các thực nghiệm trên, ta thấy có những hạn chế sau:

- Chỉ đo đƣợc tần số và gia tốc dao động của hệ thống, muốn tìm chuyển vị phải

trí gắng sensor không đúng tâm, kích thƣớc tấm tƣơng đƣơng không bằng kích thƣớc bowl (chỉ tƣơng đƣơng về trọng lƣợng) …

qua các bƣớc xử lý số liệu dễ gay ra sai số

Để khắc phục những hạn chế trên, thiết bị đo VIBROPOST 80- Brüel & Kjær Vibro

của Viện nghiên cứu cơ khí là một lựa chọn phù hợp.

Hình 3. 40. Thiết bị đo VIBROPOST 80

3.3.4.1. Sơ đồ và thiết bị đo

Với thiết bị đo sử dụng hai cảm biến tiệm cận cho phép đo đƣợc biên độ cũng nhƣ tần số rung mà không cần tiếp xúc. VIBROPOST 80 cho phép kết nối với bốn

module vì vậy nó có thể đo cùng một lúc cả dao động theo phƣơng ngang và phƣơng

tiếp tuyến. Ngoài ra, thiết bị này còn có thể xác định đƣợc tần số riêng của từng chi

tiết trong hệ thống. Với thiết bị lƣu trữ ngoài, VIBROPOST 80 cho phép lƣu trữ và xử

Bảng 3. 8. Bảng thông số thiết bị đo VIBROPOST 80

lý số liệu ngay trên thiết bị.

STT Thông số kỹ thuật

Thiết bị VIBROPOST 80- Brüel & Kjær Vibro Phạm vi đo Vận tốc, gia tốc, chuyển vị, tần số 1 Thông số đo 0.18Hz-80kHz 2 Dải tần số đo 4 3 Số module Màn hình màu VGA/LCD 4 Màn hình hiển thị 220 x 220 x 71 mm 5 Kích thƣớc màn hình Trên màn hình hoặc máy tính 6 Xử lý tín hiệu Đồng thời (vt, gt, cv, ts) 7 Tín hiệu hiển thị Có 8 Đo tần số riêng 16Gb SD/SDHC 9 Bộ nhớ ngoài 10 Bộ nhớ trong 128Mb 11 Phần mềm kết nối máy tính ReX PC 12 Cấp độ bảo vệ IP65

3.3.4.2. Kết quả và xử lý số liệu

Để thuận tiện cho công việc nghiên cứu dữ liệu và xử lý trên phần mềm

Hình 3. 41. Kết quả đo được xử lý trên phần mềm ReX

ReX, đây là phần mềm đƣợc phát triển riêng cho VP80. Sau khí xử lý, kết quả cho ra là tần số cũng nhƣ biên độ dao động.

Theo kết quả xử lý ta thấy rằng, ở mức điện áp 170V, chuyển vị theo phƣơng

thẳng đứng đạt giá trị là 396x2 = 792μm, chuyển vị theo phƣơng tiếp tuyến là

102x2=204μm.

Hình 3. 42. Quy trình xây dựng hàm động học tương đương cho phễu

3.3.4.3. Xây dựng hàm động học tƣơng đƣơng cho chuyển động của phễu

Theo (3.8), (3.9) ta thấy rằng, các phƣơng trình chuyển động trong mô hình

mô phỏng phụ thuộc và các yếu tố động lực học nhƣ: tần số, biên độ, góc xoay… Tần số dao động chính là tần số dòng điện. Để xác định biên độ và góc xoay tƣơng

ứng tại các mức điện áp ta tiến hành xác định biên độ dao động theo hai phƣơng gắn

sensor với qui trình nhƣ trên hình 3.43. Biên độ của hàm tịnh tiến đƣợc xác định

Hình 3. 43. Sơ đồ tính góc xoay

bằng sensor đo chuyển vị theo phƣơng ngang. Góc xoay trong hàm xoay 3.9 đƣợc xác định nhƣ sau:

Giá trị góc xoay đƣợc tính nhƣ sau: (3.11)

Trong đó: a: biên độ dao động đƣợc xác định bằng cảm biến đo theo

phƣơng ngang

R: Khoảng cách từ cảm biến đến tâm phễu

Thực nghiệm đƣợc tiến hành ở các mức điện áp khác nhau. Từ dữ liệu thực nghiệm, thông qua phần mềm ReX ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau:

Bảng 3. 9. Bảng giá trị biên độ tịnh tiến, góc xoay và hàm động học tương đươngxác định bằng thực nghiệm

Biên độ tịnh tiến Hàm động học STT Điện áp (V) Biên độ góc xoay

0.0115

90 0.012 1

2 100 0.017 0.015

3 110 0.022 0.0191

4 120 0.0285 0.0246

5 130 0.037 0.032

6 140 0.048 0.0413

7 150 0.0645 0.0553

8 160 0.0845 0.0698

9 170 0.0985 0.0855

3.4. Mô phỏng số thiết bị

3.4.1. Công cụ mô phỏng [42]

Để xác nhận tính đúng đắn của nguyên lý làm việc của hệ thống rung cấp

phôi, đồng thời thực hiện mô phỏng qua các tình huống khác nhau mà thiết kế có

thể xảy ra, cũng nhƣ xác định chính xác các thông số thiết kế nhằm hƣớng tới sản phẩm chế tạo đúng ngay từ lần đầu tiên, cho dù là ngƣời mới thiết kế hay sản phẩm mới. Để thực hiện đƣợc công việc này, tác giả sử dụng phầm mềm MSC ADAMS để

mô phỏng hệ thống, với mô hình hình học đã đƣợc mô hình hóa trên CATIA.

Phần mềm mô phỏng động lực học đa vật thể MSC ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System) là phần mềm đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới để phân tích động lực học của nhiều vật thể trong hệ thống. MSC

ADAMS giúp các kĩ sƣ, các nhà khoa học nghiên cứu động lực học của các bộ phận chuyển động, làm thế nào để cải thiện và tối ƣu hóa hiệu suất sản phẩm cơ khí, đồng

thời cho phép các kỹ sƣ dễ dàng tạo và thử nghiệm trên môi trƣờng ảo của hệ thống

cơ khí trong một thời gian ngắn với chi phí thấp hơn nhiều so với việc xây dựng,

chế tạo và kiểm nghiệm đối với mô hình thực. MSC ADAMS kết hợp vật lý thực

bằng cách đồng thời giải quyết các phƣơng trình động học, tĩnh học, bán tĩnh và động lực học đa vật thể một cách nhanh chóng và chính xác.

3.4.2. Quy trình mô phỏng trên MSC ADAMS

3.4.2.1. Xác định nguyên lý làm việc của quá trình mô phỏng

Mô hình số thực hiện mô phỏng của hệ thống bao gồm mô hình hình học

phễu rung, phôi cần cấp (nắp chai cao su), mô hình thuộc tính của phễu và nắp chai

vaccine cũng nhƣ liên kết giữa chúng. Các yếu tố động lực học của quá trình đƣợc

xác định bằng thực nghiệm để thay thế nguồn rung và chuẩn xác hiệu ứng ma sát giữa phôi và phễu nhằm đơn giản hóa bài toán cho mô phỏng. Quy trình mô phỏng

Hình 3. 44. Quy trình mô phỏng trên MSC ADAMS

đƣợc thực hiện nhƣ biểu đồ hình 3.44

3.4.2.2. Các thông số thực hiện mô phỏng

Sau khi mô hình đƣợc chuyển sang môi trƣờng mô phỏng số (ADAMS) từ

Bảng 3. 10. Thông số vật liệu

môi trƣờng mô hình hóa (CATIA). Tiến hành gán các thông số động lực học: vật liệu, liên kết giữa các phần tử…Các thông số vật liệu nhƣ bảng 3.10.

Chi tiết Vật liệu Hệ số possion

Khối lƣợng riêng (kg/m3) Young module (Pa)

Phễu Inox SUS304 7850 2.1E11 0.305

Phôi Cao su 910 8.7E6 0.49

Cửa sổ Modify Body để gán các thông số về vật liệu trên MSC ADAMS nhƣ hình

Hình 3. 45. Giao diện gán các thông số về vật liệu trên MSC ADAMS

3.45

+ Thông số về liên kết:

Các thông số về liên kết trên MSC ADAMS đƣợc gán trên cửa sổ Modify Contact

(Chọn Forces – Creat a contact). Trong mục Contact Type chọn loại tiếp xúc là tiếp xúc giữa 2 vật rắn – Solid to Solid nhƣ hình 3.46

+ Nguồn rung:

Nguồn rung cho mô phỏng phễu rung đƣợc thay thế bằng khớp tịnh tiến và khớp xoay là hai hàm sin cùng pha, cùng tần sô với các giá trị biên độ, tần số đƣợc đo bằng thực nghiệm. Gắn thông số hàm động học trong cửa sổ Function Builder

Hàm tịnh tiến:

(3.12)

Hàm xoay:

(3.13)

trên MSC ADAMS nhƣ trong hình 3.47

Hình 3. 46. Giao diện gắn liên kết giữa phễu và phôi

Hình 3. 47. Cửa sổ Function Builder để gắn hàm động học

3.4.2.3. Kết quả mô phỏng trên MSC ADAMS

Giá trị vận tốc đo trên MSC ADAMS đƣợc so sánh với vận tốc đo trên thực tế:

Hình 3. 48. So sánh giá trị vận tốc mô phỏng và vận tốc trên mô hình thực

Vtb =106.95 (mm/s) Vtb=107.46(mm/s)

Kết quả mô phỏng:

- Các thông số thì nghiệm đƣợc căn chỉnh để mô hình số giống với mô hình thực

- Đánh giá sự tƣơng quan giữa mô phỏng và thực nghiệm cho thấy sự tƣơng đồng về tốc độ dịch chuyển của nắp bút trên rãnh xoắn, giá trị sai lệch là 0.5%.

- Kênh phân loại qua mô phỏng đƣợc kiểm nghiệm chính xác giúp phôi đi đúng

hƣớng để đi vào quá trình lắp ráp.

Kết luận chƣơng 3

Từ nghiên cứu giải pháp mô hình hóa, phân tích dao động riêng và dạng dao

động, khảo sát trên thiết bị thực nghiệm và kiểm tra so sánh giữa mô hình số và mô

hình thực nghiệm. Rút ra đƣợc những kết luận sau:

1. Đã xây dựng qui trình và giải pháp tự động hóa thiết kế cho mô hình thiết

bị cấp phôi dạng phễu rung bao gồm mô hình hình học, mô hình vật liệu và mô hình

phần tử nhằm cung cấp dữ liệu cho các quá trình phân tích và chế tạo.

2. Bằng phân tích dao động riêng và dạng dao động, đã chỉ ra một qui trình

thiết kế để đảm bảo tần số riêng của cơ hệ trùng với tần số kích thích và dạng dao

động riêng phù hợp với trạng thái cấp phôi của hệ thống, qua đó đạt đƣợc một hệ

thống chủ động cộng hƣởng.

3. Thiết bị thực nghiệm đã chế tạo có tần số cộng hƣởng trùng với tần số của lực kích thích, qua đó khẳng định phƣơng án thiết kế chủ động cộng hƣởng là đúng

đắn. Đồng thời xác định đƣợc chuyển vị theo phƣơng thẳng đứng và góc xoay tại

một mức điện áp đầu vào, làm cơ sở xây dựng hàm động học cho phễu rung. Từ đó tiến hành xây dựng mô hình số rút gọn của thiết bị cấp phôi rung dạng xoắn vít.

4. Mô hình số rút gọn đã đƣợc kiểm tra và xác nhận thông qua khảo sát, so sánh tốc độ di chuyển của phôi trên mô hình số và mô hình thực nghiệm tại chế độ điều khiển tƣơng ứng.

CHƢƠNG 4. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƢU KẾT CẤU ĐIỀU HƢỚNG TRONG PHỄU CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

4.1. Đánh giá sự ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi

4.1.1. Trình tự thực hiện

Quá trình thực hiện đánh giá sựu ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn bằng mô phỏng đƣợc thực hiện nhƣ biểu đồ hình 4.1. Với các yếu tố đầu vào là biên độ

dao động đƣợc xác định ở một mức điện áp cố định. Các thông số vật liệu của các

chi tiết nhƣ: phôi, phễu… Tần số rung đƣợc xác định là 100Hz[3], hệ số ma sát giữa phôi và phễu là 0.65 (theo 3.3.2). Với các tính toán và tham số hóa nhằm mô hình

hóa một cách nhanh nhất trên môi trƣờng các thông số của hệ thống đƣợc đƣa vào

môi trƣờng mô phỏng động lực học (ADAMS). Các thông số động lực học bao gồm

vật liệu, các liên kết, hàm động học đƣợc thiết lập. Thực hiện các mô phỏng với các bƣớc thay đổi n+1=n+0.10 với giá trị góc nghiêng rãnh xoắn nằm trong khoảng từ 10 đến 50. Xác định vị trí của phôi theo thời gian, xử lý số liệu và đánh giá sự ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn đến vận tốc của phôi qua đó tìm đƣợc góc

nghiêng tối ƣu.

4.1.2. Xử lý số liệu và kết quả

Theo phƣơng pháp tra bảng, khi đƣờng kính phễu lớn hơn 300mm, giá trị góc nghiêng rãnh xoắn đƣợc xác định trong khoảng 1050[3]. Tần số dao động f = 50Hz bằng với tần số dòng điện đầu vào, biên độ dao động và góc xoay đƣợc xác

định theo mức điện áp 160V (thực nghiệm tại bảng 3.9).

- Xét trong khoảng từ :

(4.1)

+ Chiều cao phễu H, đƣờng kính phễu D không đổi

+ Giá trị bước xoắn

+ (tránh gây tắc phôi khi di chuyển trên rãnh xoắn)

Giá trị t nhỏ, không phù hợp - Xét trong khoảng còn lại 10 50:

+ Thực hiện tham số hóa giá trị bằng CATIA:

Công thức xác định giá trị góc nghiêng rãnh xoắn theo đƣờng kính D và

bƣớc xoắn t:

Hình 4. 1. Quy trình tìm giá trị góc nghiêng rãnh xoắn tối ưu bằng mô phỏng

(4.2)

Theo (4.2) với giá trị đƣờng kính không đổi, khi thay đổi giá trị góc nghiêng

rãnh xoắn, từ công thức trên, bƣớc xoắn t sẽ thay đổi. Vì vậy, cần tham số hóa giá

Hình 4. 2. Tham số hóa giá trị trong CATIA

trị góc nghiêng rãnh xoắn và giá trị bƣớc xoắn bằng CATIA nhƣ hình 4.2

Mô hình phễu rung khác nhau với các giá trị góc nghiêng rãnh xoắn khác nhau đƣợc thực hiện mô phỏng trên Adams với các thông số vật liệu phôi, vật liệu

phễu, liên kết giữa phôi với phễu và hàm động học nhƣ đã trình bày.

Sau khi thực hiện quá trình mô phỏng, giá trị vận tốc sẽ đƣợc xác định từ

. Vị trí phôi theo thời

Hình 4. 3. Biểu đồ vị trí theo thời gian trong MSC ADAMS

Hình 4. 4. Sơ đồ tính vận tốc bằng mô phỏng số

quãng đƣờng mà phôi đã đi đƣợc trong khoảng thời gian gian đƣợc xác đinh từ biểu đồ nhƣ hình 4.3.

Trong khoảng thời gian phôi đi từ vị trí x = 0 ( ) đến vị trí y = 0 ( ), quãng đƣờng

phôi đi đƣợc là:

(4.3)

(4.4)

Giá trị vận tốc trung bình của phôi đƣợc tính bằng:

với giá trị đƣợc xác định từ biểu đồ trên MSC ADAMS.

Bảng 4. 1. Kết quả mô phỏng

Các giá trị góc nghiêng rãnh xoắn khác nhau sẽ cho các giá trị về vận tốc khác nhau. Kết quả mô phỏng nhƣ sau:

STT Vận tốc (mm/s) Thời gian t1(s) Thời gian t2(s) Góc nghiêng (độ) Quãng đường (mm)

1 1.1 1.9086 4.6684 292.5539141 106.0054765

2 1.2 1.9189 4.6963 292.5641642 105.337425

3 1.3 2.0182 4.7926 292.5753062 105.4553439

4 1.4 1.9928 4.7023 292.5873403 107.9857318

5 1.5 2.0835 4.815 292.6002668 107.1207274

6 1.6 2.1125 4.856 292.6140858 106.657221

7 1.7 1.9992 4.7799 292.6287976 105.2356592

8 1.8 2.0085 4.8513 292.6444023 102.9423112

9 1.9 2.17 5.1285 292.6609003 98.9220552

10 2 2.2137 5.1993 292.6782917 98.02997445

11 2.5 2.1168 5.2188 292.7786604 94.38383637

12 3 2.3035 5.479 292.9014112 92.23788733

13 3.5 2.2789 5.6276 293.046591 87.51055364

14 4 2.5653 6.2322 293.2142552 79.96243562

4.5 293.4044681 61.25354239 7.8536 3.0636

15 Với các thông số trên ta đƣợc biểu đồ đánh giá sự ảnh hƣởng của góc

nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi hình 4.5.

Vận tốc (mm/s)

120

100

Góc nghiêng rãnh xoắn (độ)

1.5

2.5

3.5

4.5

Hình 4. 5. Đồ thị sự phụ thuộc giá trị vận tốc – góc nghiêng rãnh xoắn với điện áp 160V

Kết quả đo trên mô hình số cho thấy, vận tốc di chuyển của phôi phụ thuộc vào góc nghiêng rãnh xoắn. Với góc nghiêng tăng từ 10 đến 1.450 thì vận tốc tăng. Khi góc nghiêng tăng từ 1.450 đến 4.50 vận tốc phôi giảm dần. Góc nghiêng lớn hơn 4.50 phôi không di chuyển. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trƣớc đã đề xuất và giá trị miền tra bảng. Tuy nhiên bằng mô phỏng có thể xác định đƣợc giá trị

vận tốc lớn nhất tại giá trị

4.2. Đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến năng suất cấp phôi

Hình 4. 6. Các bước đánh giá sự ảnh hưởng của điện áp đến vận tốc phôi

4.2.1. Quy trình thực hiện

Để đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến năng suất cấp phôi, các mô phỏng đƣợc thực hiện với mô hình số đƣợc thiết kế với góc nghiêng rãnh xoắn  = 2.50, mức thay đổi điện áp từ 90V đến 170V với các hàm động học đƣợc xác định nhƣ bảng 3.9. Với mỗi một mô phỏng ở các mức điện áp khác nhau, xác định vị trí của

phôi theo thời gian, tính toán và tìm vận tốc của phôi.

4.2.2. Xử lý số liệu và kết quả

Tƣơng tự nhƣ pần 4.2.1 áp dụng các công thức (4.3) và (4.4) phân tích kết quả mô phỏng số ta xác định đƣợc vận tốc trung bình của phôi tại các mức điện áp tại bảng

Bảng 4. 2. Vận tốc của phôi phụ thuộc vào điện áp

Thời gian (s) Điện áp Vận tốc trung bình STT (V) (mm/s)

1 100 5.6522 69.5210 4.5797

2 120 3.1097 20.6903 16.6377

3 140 1.4423 9.0538 38.4287

4 160 0.7719 3.8625 94.6418

5 170 0.7750 3.2939 116.1221

140

Từ bảng 4.2, xây dựng biểu đồ vận tốc trung bình của phôi theo điện áp đƣợc thể hiện trên hình 4.7.

) s /

120

m m

100

( h n

ì

b g n u r t c ố t n ậ V

100

160

180

120 140 Điện áp (V)

Hình 4. 7. Đồ thị vận tốc phụ thuộc vào điện áp với góc nghiêng rãnh xoắn 2,50

Từ biểu đồ hình 4.7, ta thấy rằng khi điện áp tăng từ 100-170 (V) thì vận tốc trung bình của phôi cũng tăng tƣơng ứng. Nhƣng chƣa thấy đƣợc sự tƣơng đồng tăng ở các góc nghiêng khác trong dải điện áp đó. Qua đó cần thực nghiệm tại nhiều góc nghiêng trong dải điện áp để tối ƣu hóa góc nghiêng sao cho vị trí góc nghiêng

đó ứng với các mức điện áp từ 100-170(V) thì vận tốc trung bình của phôi đều lớn

hơn đối góc nghiêng khác ở cùng mức điện áp.

4.3. Tối ƣu hóa điện áp và góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi

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, thử

nghiệm tìm các thông số tối ƣu thƣờng gặp nhiều khó khắn do phải có quá trình thực nghiệm. Với các phƣơng pháp cổ điển quá trình thực nghiệm sẽ đƣợc thực hiện

trên mô hình thực đƣợc chế tạo theo thiết kế. Sau đó, dựa vào mô hình chế tạo chạy

thử và điều chỉnh máy, qua đó tìm ra bộ thông số phù hợp cho thiết bị. Quá trình thực nghiệm điều chỉnh máy thƣờng tốn rất nhiều thời gian, công sức cũng nhƣ tiền

bạc đôi khi còn không thực hiện đƣợc.

Ngày nay, với sự kết hợp giữa mô hình hóa và mô phỏng số sẽ giúp cho các

nhà nghiên cứu có thể nhanh trong đƣa ra các thử nghiệm trong các mô hình ảo với

các điều kiện thử nghiệm giống nhƣ mô hình thật, điều này đã đƣợc thể hiện qua rất

nhiều các nghiên cứu. Trong môi trƣờng số chúng ta có thể thay đổi một cách nhanh

chóng và dễ dàng các thông số của hệ thống nhƣ: hình dáng, kích thƣớc cũng nhƣ

các thông số động lực học khác. Qua đó có thể đƣa ra đƣợc các đánh giá chính xác

mà không cần chế tạo mô hình thật.

Trong quá trình nghiên cứu, càng xét nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả

đầu ra càng tốt. Nhƣng nhƣ vậy sẽ gây khó khăn cho quá trình đánh giá. Trong quá

trình nghiên cứu, có rất nhiều các thông số có thể xác định đƣợc nhờ các thí nghiệm

bên ngoài nhƣ: hệ số ma sát giữa phôi và máng, tần số dòng điện, các biên đô rung

theo phƣơng thẳng đứng, biên độ góc… Xuất phát từ tình hình và quá trình nghiên

cứu quy trình thực hiện nhƣ hình 4.8

Hình 4. 8. Sơ đồ tối ưu hóa

4.3.1. Quy trình tối ƣu

4.3.2. Các đại lƣợng đầu vào

Theo các nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc có rất nhiều

các thông số ảnh hƣởng đến năng xuất cấp phôi, tuy nhiên có rất nhiều các thông số

có thể xác định bằng thực nghiệm. Cơ sở để xác định các yếu tố đầu vào là dựa vào

- Điện áp: nằm trong khoảng từ 100V đến 170V. Qua điện áp này, bằng thực

thiết bị thực nghiệm và phần mềm mô phỏng. Các thông số đầu vào bao gồm.

nghiệm ta xác định đƣợc biên độ dao động theo phƣơng thẳng đứng và biên độ góc

cho hàm mô phỏng số. Thông thƣờng, khi điện áp tăng, biên độ và góc xoay tăng và

- Góc nghiêng rãnh xoắn: nằm trong khoảng từ 10 đến 4.50 theo phần mô phỏng theo 4.1, với mức điện áp 170V khi góc nghiêng rãnh xoắn tăng từ 10 đến 1.450 thì vận tốc của phôi tăng. Với góc nghiêng từ 1.450 đến 4.50 thì vận tốc của phôi giảm.

vận tốc tăng

4.3.3. Các đại lƣợng đầu ra

Đầu ra của phễu cấp phôi bao gồm các yếu tố số lƣợng phôi đúng hƣớng trên một đơn vị thời gian. Đặc trƣng cho yếu tố đó chính là năng xuất cấp phôi hay nói cách khác là tốc độ di chuyển của phôi trên máng dẫn (mm/s).

4.3.4. Các đại lƣợng cố định

- Hệ số ma sát giữa phôi và máng, đƣợc xác định bằng thí nghiệm với máy đo hệ số

Các đại lƣợng cố định liên quan đến quá trình mô phỏng số hệ thống

ma sát của bộ môn Máy và Ma sát học

- Các thông số vật liệu nhƣ module đàn hồi, hệ số Poisson, trọng lƣợng riêng của

- Tần số rung chính là tần số dao động của dòng điện xoay chiều

- Hệ số hấp thụ rung động đƣợc xác định bằng cách tra bảng - Các liên kết giữa phôi và máng: bao gồm hai liên kết là trƣợt và nhảy.

vật liệu đƣợc xác định bằng cách tra bảng

4.3.5. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm.

4.3.5.1. Quy trình lấy số liệu mô phỏng số

Để xây dựng quy hoạch thực nghiệm lấy kết quả tối ƣu hóa, với đầu vào là

điện áp (biên độ của hàm động học) và góc nghiêng rãnh xoắn. Ta tiến hành mô

phỏng với các yếu tố đầu vào tại các điểm biên là điện áp 100V, 170V, góc nghiêng rãnh xoắn là 10 và 4.50 . Để nâng cao độ chính xác mô phỏng đƣợc tiến hành thêm tại các mức điện áp và góc xoay trung gian.

4.3.5.2. Số liệu mô phỏng số

Để có đƣợc số liệu cũng nhƣ giảm thời gian mô phỏng, với phầm mềm MSC

ADAMS ta tiến hành tham số hóa theo các giá trị góc nghiêng rãnh xoắn. Trên phần

mềm ta tiến hành thay đổi các mức điện áp (biên độ của hàm động học).

Hình 4. 9. Quy trình lấy số liệu mô phỏng

Bảng 4. 3. Kết quả mô phỏng

STT Điện áp (V) Thời gian t1(s) Thời gian t2(s)

100 120 140 160 170 100 120 140 160 170 100 120 140 160 170 100 120 140 160 170 4.5782 2.7295 1.0575 0.5527 0.4794 4.4350 2.5568 1.2986 0.5356 0.3654 5.6522 3.1097 1.4423 0.7719 0.7750 12.5864 3.1965 1.4634 0.4381 0.4294 62.5235 19.0430 7.7304 3.2912 2.6735 62.1854 18.8687 7.8856 3.2076 2.5230 69.5210 20.6903 9.0538 3.8625 3.2939 90.2145 27.8090 10.0728 3.7702 3.2833 Vận tốc Vtb (mm/s) 5.0479 17.9299 43.8340 106.8103 133.3121 5.0649 17.9317 44.4056 109.4686 135.5673 4.5797 16.6377 38.4287 94.6418 116.1221 3.7680 11.8842 33.9745 87.7825 102.4913

100 Phôi không di chuyển

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Góc nghiêng (độ) 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.45 1.45 1.45 1.45 1.45 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 120 140 160 170 7.6885 1.4257 0.3569 0.4721 81.5007 11.1801 5.1080 3.5383 3.9628 29.9865 61.5647 95.3950

Hình 4. 10. Biểu đồ các điểm rời rạc từ số liệu thực nghiệm

4.3.5.3. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm [39,40,41]

Với hai biến đầu vào là điện áp và giá trị góc nghiêng rãnh xoắn θ ta xây

dựng xấp xỉ một hàm biểu diễn mối quan hệ giữa các biến đầu vào X, Y và các biến

đầu ra Z từ những số liệu thực nghiệm rời rạc hình 4.10.

Để xử lý các số liệu quy hoạch thực nghiệm, phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ

nhất (BPNN) là một lựa chọn phù hợp. Phƣơng pháp này cho phép xử lý các số liệu

thực nghiệm của nhiều lĩnh vực khác nhau. Kết quả của phƣơng pháp BPNN là mô

hình toán học biểu diễn gần đúng quy luật thực.

Khi khảo sát thực nghiệm phụ thuộc của đại lƣợng y vào các đại lƣợng x nào đó, và sau khi tiến hành khảo sát, thống kê, đo dạc thì các kết quả có viết dƣới dạng

bảng.

(4. 5)

∑

Giả thiết mối quan hệ có dạng: , Phƣơng pháp hồi quy cho phép ƣớc lƣợng các giá trị . Các giá trị y1, y2… đƣợc tiến hành độc lập với độ chính xác nhƣ nhau. Theo phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất, điều kiện xác định là tổng bình phƣơng các độ chênh lệch đối với các giá trị tƣơng ứng với giá trị tính toán theo hàm đã xác định:

Đạt giá trị nhỏ nhất.

(4. 6)

Khi đó S sẽ trở thành hàm số của các tham số với điều kiện bình phƣơng nhỏ nhất sẽ là:

(4. 7)

Trong thực tế, đại lƣợng đầu ra y phụ thuộc vào nhiều yếu tố đầu ra x, ví dụ:

(4. 8)

∑

Nhiều mối tƣơng quan không thể phụ thuộc tuyến tính vào các thông số và đôi khi còn phụ thuộc vào hàm số của các thông số đó. Ký hiệu Hàm phụ thuộc có thể viết dƣới dạng:

Ma trận đầu vào:

100

(4. 9)

[

]

(4. 10)

̂ ̂ ̂

Đặt

(4. 11)

Tổng dƣ bình phƣơng pháp sẽ là:

Giả sử (4. 12) ta có: ̂

4.3.5.4. Tìm hàm hồi quy

Để tìm hàm hồi quy một cách chính xác và nhanh chóng sử dụng phần mềm

MATLAB trợ giúp cho quá trình tìm hàm và tối ƣu hóa hệ thống. MATLAB (Matrix Laboraory) của hãng Mathwork (Mỹ), nó rất thích hợp cho các tính toán về

ma trận, xử lý số liệu, mô phỏng các hệ thống kỹ thuật với nhiều module khác nhau.

Với bài toán này sử dụng ứng dụng Curve Fitting Tool của Matlab để tìm hàm hồi

quy.

Với đầu vào là dòng điện và góc nghiêng rãnh xoắn, đầu ra là vận tốc phôi.

Ta chọn X, Y, Z lần lƣợt là giá trị góc nghiêng, điện áp và vận tốc. Chọn bậc đa

thức của hàm hồi quy là hàm bậc bốn với X và bậc hai với Y. Sử dụng MATLAB ta

Hình 4. 11. Kết quả tìm hàm hồi quy trên MATLAB

có kết quả nhƣ sau:

Với bậc của hàm hồi quy đã chọn và các yếu tố đầu vào, đầu ra. Ta chọn hàm

hồi quy trên MATLAB có dạng:

f(x, y) = p00 + p10*x + p01*y + p20*x^2 + p11*x*y + p02*y^2 + p30*x^3 + p21*x^2*y + p12*x*y^2 + p40*x^4 + p31*x^3*y + p22*x^2*y^2

101

Bảng 4. 4. Bảng giá trị hệ số của hàm hồi quy

Sau khi chạy thuật giả kết quả cho ra nhƣ sau:

Hệ số p00 p01 p02 p10 p11 p12 p20 p21 p22 p30 p31 p40 Giá trị 331.1 -6.964 0.03254 -26.26 1,647 -0.005274 -29.38 -0.3183 0.0005622 12.67 0.02096 -1.386

(4. 1)

Với kết quả trên hàm mục tiêu là:

4.3.5.5. Tối ƣu hóa hàm mục tiêu

Với hàm mục tiêu đã tìm đƣợc, giá trị đầu vào là điện áp, góc nghiêng rãnh

xoắn kết quả cho ra vận tốc đạt giá trị lớn nhất.

Giá trị góc nghiêng: 1.1 X  4.5

Hình 4. 12. Đồ thị kết quả tối ưu

Điện áp: 100  Y  170

Theo hình 4.12, giá trị tối ƣu đạt đƣợc khi góc nghiêng rãnh xoắn đạt giá trị X = 1.2560, điện áp Y = 170V, khi đó giá trị vận tốc đạt giá trị lớn nhất V = 138.6157 mm/s.

102

4.3.6. Thực nghiệm, kiểm tra và so sánh với mô hình số

Từ kết quả tối ƣu, tiến hành chế tạo thiết bị thực nghiệm hệ thống cấp phôi rung với các thông số góc nghiêng của rãnh xoắn θ = 1.30. Tiến hành thực nghiệm và mô phỏng để xác nhận mô hình số.

Thực nghiệm đƣợc tiến hành ở các mức điện áp khác nhau và lấy giá trị

Bảng 4. 5. Giá trị vận tốc xác định bằng thực nghiệm

trung bình của năm lần đo ta đƣợc vận tốc trung bình của thực nghiệm.

Vận tốc (mm/s)

Điện áp STT Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Vận tốc TB (mm/s) (V)

3.55 3.58 3.56 3.60 3.56 3.57 90 1

5.62 5.66 5.65 5.65 5.64 5.65 100 2

8.49 8.53 8.52 8.50 8.49 8.51 110 3

17.31 17.23 17.24 17.29 17.28 17.27 120 4

30.09 30.15 30.12 30.08 30.21 30.13 130 5

45.70 45.77 45.75 45.76 45.72 45.74 140 6

71.48 71.50 71.40 71.43 71.39 71.44 150 7

106.84 106.77 106.90 106.87 106.82 106.84 160 8

Bảng 4. 6. Vận tốc của phôi xác định bằng mô phỏng số

133.13 133.40 133.32 133.12 133.88 133.37 170 9

Thời gian (s) Điện áp Vận tốc Quãng đường STT (V) (mm/s) (mm)

90 25.582 98.820 282.7 3.86 1

100 17.983 73.414 282.7 5.10 2

110 11.794 45.514 282.7 8.64 3

120 8.578 26.061 282.7 16.17 4

130 5.232 15.325 282.7 28.01 5

140 3.162 9.533 282.7 44.37 6

150 1.875 5.751 282.7 72.94 7

160 1.477 4.072 282.7 108.94 8

170 1.095 3.192 282.7 134.86 9

103

Với mô hình thực nghiệm sử dụng thiết bị đo và tính toán kết quả (theo mục

4.3) ta đƣợc bảng kết quả đo và tính toán các thông số hàm động học (bảng 4.6). Từ

mô phỏng số ta xác định đƣợc vận tốc của phôi với các mức điện áp khác nhau.

Từ hai kết quả trên ta đƣa ra đƣợc kết quả so sánh về vận tốc của phôi bằng

Bảng 4. 7. Bảng so sánh vận tốc bằng thực nghiệm và bằng mô phỏng số

mô hình thực nghiệm và bằng mô phỏng số.

Vận tốc (mm/s) Sai lệch Điện áp STT (V) Mô hình thực Mô hình số (mm/s) %

3.57 3.86 0.29 8.12 90 1

5.65 5.10 0.55 9.73 100 2

8.51 8.64 0.13 1.53 110 3

17.27 16.17 1.10 6.37 120 4

30.13 28.01 2.12 7.04 130 5

45.74 44.37 1.37 2.99 140 6

71.44 72.94 1.50 2.10 150 7

106.84 108.94 2.10 1.97 160 8

133.37 134.86 1.49 1.12 170 9

Với kết quả trên ta có biểu đồ vận tốc phụ thuộc điện áp

Vận tốc trung bình

160

140

120

) s /

100

m m

Mô hình số

( c ố t

Mô hình thực

n ậ V

100

120

140

160

180

Điện áp (V)

Hình 4. 13. Biểu đồ vận tốc phụ thuộc vào điện áp với góc nghiêng 1,30

104

Từ biểu đồ hình 4.13 ta thấy rằng có sự tƣơng đồng giữa mô hình số và mô

hình thật. Độ sai lệch về giá trị vận tốc lớn nhất <10%. Vì vậy mô hình số đã phản

ánh đúng và tƣơng đồng so với mô hình thật.

4.4 Tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng phôi đến năng suất cấp phôi

Năng suất của thiết bị rung cấp phôi là tỉ lệ phôi đúng hƣớng trên một đơn vị

thời gian. Năng suất cấp phôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: điện áp, tần số dòng

điện và kết cấu của thiết bị rung cấp phôi. Một trong số đó chính là kết cấu của cấu hình điều hƣớng phôi, đây là yếu tố ảnh hƣởng trực tiếp đến tỉ lệ phôi đúng hƣớng.

Một cấu điều hƣớng phôi gồm một hoặc nhiều bẫy định hƣớng và bố trí tại các vị trí

trên máng dẫn. Các bẫy định hƣớng này có tác dụng phân loại và tạo ra các phôi có

hƣớng yêu cầu, các phôi không đúng hƣớng sẽ bị loại bỏ và rơi trở lại đáy phễu. Quy trình lựa chọn, thiết kế và tối ƣu sắp xếp các bẫy định hƣớng đƣợc thực hiện

Hình 4. 14. Quy trình tối ưu hóa cơ cấu điều hướng

nhƣ hình 4.14.

4.4.1. Kết cấu và cấu hình hệ thông điều hƣớng

Theo sổ tay của Boothroyd, 2005 [4] hay tại phiên bản trƣớc đó 1992 là một bộ sƣu tập rộng lớn các công trình nghiên cứu hƣớng dẫn và hỗ trợ trong việc thiết kế thiết bị rung cấp phôi. Sổ tay đã cung cấp mục lục rộng lớn các cấu hình điều

hƣớng cho nhiều loại chi tiết điển hình. Đó là cơ sở dữ liệu mà các nghiên cứu [9], [21], [36], [73]-[75], [85] đã lựa chọn các bẫy và cấu hình điều hƣớng để đánh giá

105

hiệu quả cấp phôi. Trong nghiên cứu này, phôi nắp vaccine có hình dáng tập hợp

của hai dạng: trụ bậc và trụ rộng. Đối với hai dạng đặc trƣng này, sổ tay của

Boothroyd, 2005 [4] cũng đƣa ra một vài cấu hình. Từ đó, lựa chọn một số kết cấu

bẫy điều hƣớng với thông số ảnh hƣởng đến chức năng của các bẫy nhƣ hình 4.15.

Hình 4. 15. Ba bẫy và các tham số hình học ảnh hưởng đến chức năng của chúng

a, Bẫy thu hẹp b, Bẫy thanh gạt c, Bẫy M + vách ngăn

Chức năng các bẫy hình 4.15 nhƣ sau:

+ Bẫy thu hẹp: Loại bỏ trạng thái các phôi đi song song khi đi qua bẫy

Bẫy thanh gạt: Loại bỏ trạng thái các phôi xếp chồng lên nhau và nằm

nghiêng khi đi qua bẫy

+ Bẫy M + vách ngăn: Loại bỏ trạng thái các phôi nằm úp khi đi qua bẫy

Các bẫy đƣợc thiết kế đảm bảo chức năng của chúng; từ đó sắp xếp vị trí các

bẫy trên máng dẫn. Mỗi cách sắp xếp khau nhau tạo thành một cấu hình điều hƣớng,

đánh giá từng cấu hình điều hƣớng giúp ta lựa chọn đƣợc một cấu hình tối ƣu. Thứ

Bảng 4. 8. Các cấu hình điều hướng

tự sắp xếp các bẫy từ trong ra ngoài tƣơng ứng từ trái qua phải nhƣ bảng 4.8:

STT Tên Kí hiệu Kiểu sắp xếp

1 Cấu hình 1 CH1 → →

2 Cấu hình 2 CH2 → →

3 Cấu hình 3 CH3 → →

4 Cấu hình 4 CH4 → →

5 Cấu hình 5 CH5 → →

6 Cấu hình 6 CH6 → →

4.4.2. Năng suất cấp phôi

Với cùng số lƣợng phôi nắp chai vaccien, các yếu tố đầu vào là các kết cấu của bẫy định hƣớng. Các đại lƣợng động lực học đƣợc cố định bao gồm các thông số động lực học và kết cấu của phôi. Ứng dụng mô phỏng số nhằm đánh giá sự ảnh

106

hƣởng của các cách sắp xếp các bẫy phân loại đến tỉ lệ phôi đúng hƣớng (là tỉ lệ

phôi đúng hƣớng đầu ra trên tổng lƣợng phôi đầu ra). Với các mô phỏng này tìm ra

đƣợc cấu hình tối ƣu cho năng suất cấp phôi.

4.4.3. Các đại lƣợng cố định

Các đại lƣợng cố định liên quan đến quá trình mô phỏng số hệ thống

- Hình dánh hình học và kích thƣớc của phễu rung: đƣờng kính chiều cao đƣợc tính

Các thông số của phễu rung và phôi:

- Vật liệu: module đàn hồi, hệ số Poisson, khối lƣợng riêng của vật liệu đƣợc xác

chọn và tra bảng.

định bằng cách tra bảng.

Hình 4. 16. Trạng thái phôi trước định hướng và định hướng phôi yêu cầu

+ Định hƣớng yêu cầu: dạng nằm ngửa nhƣ hình 4.16.e.

+ Số lƣợng và trạng thái phôi trƣớc định hƣớng 10 phôi nhƣ hình 4.16.

+ Các hàm động học liên kết: hàm xoay và tịnh tiến của phễu rung đƣợc thực hiện

tại mục 3.3 bảng 3.9 tại điện áp cấp 170 V.

+ Hệ số ma sát giữa phôi và máng, đƣợc xác định bằng thí nghiệm với máy đo hệ số ma sát của bộ môn Máy và Ma sát học.

+ Hệ số hấp thụ rung động đƣợc xác định bằng cách tra bảng.

+ Các liên kết giữa phôi và máng: bao gồm hai liên kết là trƣợt và nhảy.

+ Tần số rung chính là tần số dao động của dòng điện xoay chiều.

+ Góc nghiêng rãnh xoắn là 1,3 độ.

107

Hình 4. 17. Quá trình mô phỏng số đánh giá cấu hình điều hướng

4.4.4. Mô phỏng số kết cấu điều hƣớng

Quá trình mô phỏng số đánh giá cấu hình điều hƣớng nhƣ hình 4.17. Với các yếu tố đầu vào là kết cấu các bẫy định hƣớng và các cấu hình điều hƣớng, lựa chọn

các bẫy phù hợp và tham số kích thƣớc đảm bảo định hƣớng yêu cầu nhƣ hình 4.15. Sáu cấu hình đƣợc đánh giá trên cùng điều kiện nhƣ nhau với thời gian của một bƣớc đƣợc cài đặt là 0.001s. Để giảm thời gian mô phỏng, đầu tiên sẽ đánh giá tỉ lệ phôi đúng hƣớng sau 30s mô phỏng đầu tiên, thời gian này đảm bảo 10 phôi đầu vào đi hết 1 lƣợt qua các cấu hình điều hƣớng. Sau đó xem xét các cấu hình đảm bảo tỉ lệ phôi đúng hƣớng đạt 100%, đây là tỉ lệ mà thiết kế luôn muốn đạt tới. Tiếp

108

theo các cấu hình cùng đạt đƣợc tỉ lệ phôi đúng hƣớng100% sẽ đƣợc mô phỏng với

lƣợng thời gian lớn hơn để đánh tổng thời gian cấp hết số phôi đó, từ đó lựa chọn

Bảng 4. 9. Kết quả mô phỏng đánh giá các cấu hình điều hướng sau 30s đầu tiên

đƣợc cấu hình tối ƣu.

Cấu hình Số lượng phôi đúng Tổng số lượng Tỉ lệ phôi

hướng phôi ra đúng hướng

CH1 7 7 100%

CH2 4 7 57.1 %

CH3 6 6 100%

CH4 5 5 100%

CH5 5 8 62.5%

CH6 4 7 57.1%

Từ kết quả mô phỏng sau 30s đầu tiên trên bảng 4.9; ta thấy các cấu hình CH2, CH5 và CH6 không đảm bảo tỉ lệ phôi đúng hƣớng khá thấp còn các cấu hình

CH1, CH3 và CH4 đảm bảo yêu cầu với cùng tỉ lệ phôi đúng hƣớng là 100%. Các

cấu hình này sẽ đƣợc đánh giá một lần nữa với lƣợng thời gian mô phỏng lớn hơn,

kết quả đƣợc trình bày trong bảng 3.

Bảng 4. 10. Kết quả mô phỏng đánh giá tổng thời gian cấp phôi

Cấu hình Tỉ lệ phôi đúng hướng Tổng thời gian (s)

CH1 100% 87

CH3 100% 169

Hình 4. 18. Cơ cấu điều hướng thiết bị cấp phôi dạng rung

CH4 100% >200

109

Từ bảng 4.10, ta thấy với cùng số lƣợng và trạng thái phôi đầu vào thì cấu

hình CH1 (hình 4.18) cho thời gian ngắn nhất để phân loại hết số phôi đó và đây là

cấu hình tối ƣu để lựa chọn triển khai chế tạo.

Phễu rung cấp phôi sau khi đƣợc chế tạo nhƣ hình 4.18. Kết quả thực nghiệm

cho thấy, phôi di chuyển tốt, đảm bảo định hƣớng chính xác 100% ở các mức điện

áp khác nhau. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm có tính tƣơng đồng về: trạng thái

phôi sau khi đi qua các bẫy vận tốc di chuyển của phôi trên máng nhƣ đã trình bày ở mục 4.3.6.

Kết luận chƣơng 4

Từ nghiên cứu đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn,

kết cấu và thứ tự kênh phân loại các kết luận sau đƣợc chỉ ra:

1. Trong xem xét từng phần quan hệ giữa năng suất với góc nghiêng rãnh

xoắn, và với điện áp nguồn rung cho thấy: Khi điện áp cố định và thay đổi góc

nghiêng rãnh xoắn thì đây không phải là một quan hệ tuyến tính và giá trị góc nghiêng phù hợp cho nắp chai vaccine bằng cao su là 1,450. Khi góc nghiêng cố định và điện áp tăng thì năng suất tăng đối với loại phễu rung làm việc ở chế độ

cộng hƣởng và điều khiển theo điện áp, cố định tần số.

2. Sử dụng mô phỏng số đánh giá ảnh hƣởng của hai thông số là điện áp và

nghiêng rãnh xoắn. Bằng xử lý số liệu theo phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm đã

tìm ra đƣợc hàm hồi qui về mối liên hệ giữa điện áp, góc nghiêng và vận tốc của

phôi. Qua đó cũng chỉ ra đƣợc giá trị tối ƣu đạt đƣợc khi nghiêng rãnh xoắn đạt giá trị X = 1.2560, điện áp Y = 170V, khi đó giá trị vận tốc đạt giá trị lớn nhất V = 138.6157 mm/s.

3. Đã xây dựng đƣợc mô hình số và qui trình thực hiện trên MSC ADAMS

của phễu rung có kiểm tra xác nhận theo dữ liệu thực nghiệm để đánh giá ảnh

hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn, kết cấu và cấu hình hệ thống bẫy phân loại đến

năng suất cấp phôi.

110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận chung

1. Trên cơ sở khảo cứu tài liệu và nghiên cứu lý thuyết, luận án đã chỉ ra các

thông số động lực học ảnh hƣởng đến quá trình di chuyển của phôi cũng nhƣ kết cấu kênh dẫn, kết cấu bẫy phân loại và thứ tự của chúng ảnh hƣởng đến năng suất

cấp phôi. Hệ thống cấp phôi theo nguyên lý rung động làm việc tốt nhất ở chế độ

cộng hƣởng khi tần số riêng của cơ hệ bằng tần số lực kích rung, từ đó xây dựng quy trình thiết kế theo nguyên tắc chủ động cộng hƣởng.

2. Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm từ mẫu thử kết hợp với các thiết bị đo,

luận án đã xác định đƣợc tần số dao động riêng của hệ thống bằng với tần số lực

kích rung. Đồng thời xác định đƣợc chuyển vị theo phƣơng thẳng đứng và góc xoay tại các mức điện áp khác nhau, từ đó xây dựng đƣợc các quan hệ động học theo các

mức điện áp làm tiền đề cho mô phỏng số. Dữ liệu thực nghiệm đã đƣợc thu thập

làm căn cứ kiểm tra, so sánh và xác nhận mô hình số.

3. Bằng mô phỏng số đã đánh giá đƣợc sự ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh

xoắn và các thông số động lực học là biên độ và góc xoay thể hiện qua điện áp

nguồn rung, cũng nhƣ đã đánh giá đƣợc sự ảnh hƣởng của cơ cấu điều hƣớng đến

năng suất cấp phôi. Hàm hồi quy giữa góc nghiêng rãnh xoắn và điện áp đƣợc xây

dựng trên dữ liệu mô phỏng, qua đó tìm ra đƣợc bộ thông số tối ƣu cho năng suất

cấp phôi đúng hƣớng cao phù hợp với yêu cầu đầu ra.

4. Trên cơ sở mô hình đã tối ƣu về góc nghiêng rãnh xoắn và điện áp nguồn

rung, bằng mô phỏng số, luận án đã đánh giá đƣợc kết cấu và thứ tự kênh phân loại

phù hợp với sản phẩm nắp chai vaccine.

5. Đã đƣa ra đƣợc một quy trình thiết kế chế tạo hệ thống cấp phôi tự động

theo nguyên lý rung với nguyên tắc chủ động cộng hƣởng. Thiết kế đƣợc phân tích

kiệm nghiệm để có thể đúng ngay từ lần đầu tiên sau khi chế tạo.

Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo:

1. Qui trình và giải pháp thiết kế theo tham số trên CATIA cho tự động hóa thiết kế hệ thống cấp phôi bằng rung động có thể vận dụng cho các dạng phôi khác nhằm nhanh chóng tạo dữ liệu cho quá trình phân tích cũng nhƣ hồ sơ chế tạo. 2. Qui trình phân tích dao động riêng và dạng dao động nên đƣợc sử dụng để phân tích thiết kế của hệ thống cấp phôi bằng rung động cho các loại phôi khác với

nguyên lý thiết kế chủ động cộng hƣởng.

111

3. Mô hình số và qui trình thực hiện trên MSC ADAMS của phễu rung có kiểm tra xác nhận theo dữ liệu thực nghiệm nên đƣợc sử dụng cho các nghiên cứu sau này

nhằm giảm thời gian thiết kế và chi phí chế tạo kết cấu phễu rung. 4. Tiếp tục các nghiên cứu với các thông số động lực học khác nhau nhằm đánh giá độ tin cậy của môi trƣờng số nhƣ góc nghiêng lò xo là, vị trí đặt nam châm điện…. 5. Sử dụng kết quả và phƣơng pháp nghiên cứu của luận văn vào việc sản xuất chế tạo thiết bị cấp phôi rung.

112

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

1. Lê Giang Nam, Nguyễn Văn Mùi, Hoàng Anh Tuấn (2014), “Ứng dụng mô phỏng số trong đánh giá sự ảnh hƣởng của tần số rung đến các thông số động học của phôi trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý kích rung”, Hội nghị Cơ

học Kỹ thuật toàn quốc kỷ niệm 35 năm thành lập viên Cơ học, Tập 1, tr 149-154.

2. Nguyễn Văn Mùi, Lê Giang Nam (2015), “Đánh giá sự ảnh hƣởng của góc nghiêng đƣờng dẫn hƣớng đến các thông số động lực học của phôi trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động bằng mô phỏng số”, Hội nghị Khoa học

và Công nghệ toàn quốc về Cơ khí, Tập 2, tr 718-726.

3. Lê Giang Nam, Nguyễn Văn Mùi (2017), “Đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến năng suất cấp phôi bằng mô hình thực nghiệm”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số

8, tr 38-44

4. Lê Giang Nam, Nguyễn Văn Mùi (2018), “Một phƣơng pháp khảo sát bằng

thực nghiệm thiết bị rung cấp phôi”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 6, tr88-94.

5. Giang–Nam Le, Van-Mui Nguyen, Anh-Tu Đang, Van-Dung Nguyen (2018), “A Method to Design Vibratory Bowl Feeder by Using Numerical

Simulation Analysis”, International Journal of Scientific Engineering and Science,

Volume 2, issue9, pp 26-30.

6. Giang – Nam Le, Van-Mui Nguyen, Anh-Tu Dang (2019), “A method to design vibratory bowl feeder by using fem modal analysis”, Vietnam Journal of

Science and Technology, Volume 57, pp 102- 111

113

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ Y Tế (2014), "Hướng dẫn thực hành tốt sản xuất thuốc", vol. 986. [2] Nguyễn Phƣơng, Nguyễn Thì Phƣơng Giang (2005), "Cơ sở tự động hóa trong ngành Cơ khí". Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.

[3] Trần Văn Địch (2006), "Tự động hóa quá trình sản xuất". Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.

[4] G. Boothroyd (2005), "Assembly automation and product design", vol. 66. [5] G. H. Lim (1993), “Vibratory feeder motion study using Turbo C++

[6] language” Adv. Eng. Softw., vol. 18, pp. 53–59. I. Han and Y. Lee (2002), “Chaotic dynamics of repeated impacts in vibratory bowl feeders” J. Sound Vib, vol. 249, no. 3, pp. 529–541.

[7] H. Ashrafizadeh and S. Ziaei-Rad (2013), “A numerical 2D simulation of part motion in vibratory bowl feeders by discrete element method” J. Sound Vib, vol. 332, no. 13, pp. 3303–3314.

[8] D. R. Berkowitz and J. Canny (1997), “A Comparison of Real and Simulated Designs for Vibratory Parts Feeding” Robot. Autom., vol. 3, pp. 2377–2382. [9] M. H. Jiang, P. S. K. Chua, and F. L. Tan (2003), “Simulation software for parts feeding in a vibratory bowl feeder”, Int. J. Prod. Res., vol. 41, no. 9, pp. 2037–2055.

[10] D. Hofmann, H. Huang, and G. Reinhart (2013), “Automated Shape Optimization of Orienting Devices for Vibratory Bowl Feeders,” J. Manuf. Sci. Eng., vol. 135, no. 5, p. 51017-1-51017-6.

[11] D. Morrey, A. Ba, and J. E. Mottershead 91986), “Modelling of vibratory bowl feeders” IMech H, vol. 200, pp. 138–145.

[12] S. B. Choi and D. H. Lee (2004), “Modal analysis and control of a bowl parts feeder activated by piezoceramic actuators” J. Sound Vib, vol. 275, no. 1–2, pp. 452–458.

[13] H.-W. Ma and G. Fang (2015), “Kinematics analysis and experimental investigation of an inclined feeder with horizontal vibration” Mech. Eng. Sci, pp. 1–11.

[14] G. P. Maul and M. B. Thomas (1997), “A Systems Model and Simulation of the Vibratory Bowl Feeder” J. Manuf. Syst., vol. 16, no. 5, pp.309-314. [15] N. I. Jaksic and G. P. Maul (2001), “Development of a model for part reorientation in vibratory bowl feeders with active air jet tooling” Robot. Comput. Integr. Manuf., vol. 17, pp. 145–149.

[16] P. C. P. Chao and C. Y. Shen (2007), “Dynamic modeling and experimental verification of a piezoelectric part feeder in a structure with parallel bimorph beams” Ultrasonics, vol. 46, pp. 205–218.

[17] E. Mucchi, R. Di Gregorio, and G. Dalpiaz (2011), “Elastodynamic analysis of vibratory bowl feeders: Modeling and experimental validation” Mech. Mach. Theory, vol. 60, pp. 60–72.

[18] R. Chen, L. Chen, X. Wang, and X. Chen (2011), “Dynamic design and simulation of a vibratory hopper” 2011 2nd Int. Conf. Artif. Intell. Manag.

114

Sci. Electron. Commer. AIMSEC 2011 - Proc., no. October, pp. 3935–3938.

[19] Châu Mạnh Lực, Phạm Song (2003), "Trang bị công nghệ và cấp phôi tự động". Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.

[20] L. Han and J. X. Gao (2010), “A Study on the Modelling and Simulation of Part Motion in Vibratory Feeding” Trans Tech Publ. Switz., vol. 34–35, pp. 2006–2010.

[21] G. Reinhart and M. Loy (2010), “Design of a modular feeder for optimal operating performance,” CIRP J. Manuf. Sci. Technol., vol. 3, no. 3, pp. 191–195.

[22] J. C. Dina R. Berkowitz (2017), “Desining Parts Feeder Using Dynamic Simulation” Proc. - IEEE Int. Conf. Robot. Autom., pp. 1127–1132.

[23] A. Kadam and M. Pisotre (1994), “Modal Analysis of Vibratory Bowl Feeder Machine” IJRMEE, vol. 4, no. 12, pp. 5–10.

[24] M. Y. Yeong and W. R. De Vries (1994), “A Methodology for Part Feeder Design” CIRP Ann. - Manuf. Technol., vol. 43, no. 1, pp. 19–22.

[25] G. P. Maul and N. I. Jaksic (1994), “Sensor-based solution to contiguous and overlapping parts in vibratory bowl feeders” J. Manuf. Syst., vol. 3, pp. 190– 195.

[26] C. Klomp, J. Van De Klundert, F. C. R. Spieksma, and S. Voogt (2000), “Feeder rack assignment problem in PCB assembly: A case study” Int. J. Prod. Econ., vol. 64, pp. 399–407.

[27] F. Wolfsteiner, P; Pfeiffer (2000), “Modeling, Simulation, and Verification of the Transportation Process in Vibratory Feeders” ZAMM.Z. Angew. Math. Mech.80, vol. 1, pp. 35–48.

[28] N. I. Jakšić and G. P. Maul (2002), “Flexible air-jet tooling for vibratory

bowl feeder systems” Int. J. Flex. Manuf. Syst, no.14, pp.227-248.

[29] Y. Zhao, E. G. Collins, and D. A. Cartes (2003), “Self-tuning adaptive control for an industrial weigh belt feeder” ISA Trans. 42, vol. 42, pp. 437–450. [30] G. Fantonil and M. Santochi (2005), “A modular contactless feeder for microparts” Manuf. Technol., vol. 54, pp. 23–26.

[31] J. S. Dai and L. Seneviratne (2005), “Force Analysis of a Vibratory Bowl Feeder for Automatic Assembly” J. Mech. Des., vol. 127, pp. 637–645. [32] P. C. P. Chao and C. Y. Shen (2007), “Dynamic modeling and experimental verification of a piezoelectric part feeder in a structure with parallel bimorph beams” Ultrasonics, pp. 205-218.

[33] X. Ding and J. S. Dai (2008), “Characteristic equation-based dynamics analysis of vibratory bowl feeders with three spatial compliant legs,” IEEE Trans. Autom. Sci. Eng., vol. 5, no. 1, pp. 164–175.

[34] J. A. Vilán Vilán, A. Segade Robleda, P. J. García Nieto, and C. Casqueiro Placer (2009), “Approximation to the dynamics of transported parts in a vibratory bowl feeder,” Mech. Mach. Theory, vol. 44, no. 12, pp. 2217–2235. [35] L. Han, C. B. Li, and G. P. Hu (2011), “A Study on the Vision-Based Flexible Vibratory Feeding System” Adv. Mater. Res. Vol, vol. 279, pp. 434–439. [36] Y. M. Park et al. (2011), “Design, fabrication and commissioning of the

115

KSTAR TF current feeder system” Fusion Eng. Des., vol. 86, pp. 1440–1444. [37] L. Han and M. M. Yang (2012), “A Study on the Teaching Platform of Linear Vibratory Feeder,” Appl. Mech. Mater., vol. 152–154, pp. 1030–1035. [38] Q. L. and B. W. Xiangxi Kong, Xueliang Zhang (2014), “Dynamical analysis of vibratory feeder and feeding parts considering interactions by an improved increment harmonic balance method” Proc. Inst. Mech. Eng. Part C J. Mech. Eng. Sci, pp.1-12.

[39] Nguyễn Doãn Ý (2006), “Quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu” Nhà xuất

bản Xây dựng.

[40] Nguyễn Hải (2006), “Phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán động lực

học” Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học lần thứ nhất, Đại học Mỏ-Địa chất,

pp. 66-68.

[41] Trần Ích Thịnh, Ngô Nhƣ Khoa (2007), “Phương pháp phần tử hữu hạn”, Nhà

xuất bản Khoa học kỹ thuật.

[42] Robert L. Norton (2013), “Adams Tutorial Kit for Mechanical Engineering

Courses”

[43] S.B. Choi, C.C. Cheong, B.S. Thompson, M.V. Gandhi (1994), “Vibration

control of flexible linkage mechanisms using piezoelectric films”, Mechanism

and Machine Theory 29, vol. 4, pp. 535–546.

[44] T. Doi, K. Yoshida, Y. Tamai, K. Kono, K. Naito, T. Ono (2001), “Feedback control for electromagnetic vibration feeder”, JSME International Journal,

vol. 1, pp.44–52.

[45] L. Meirovitch (2001), “Fundamentals of Vibrations”, McGraw Hill Int., New

York, USA.

[46] R.F. Fung, S.C. Chao, Y.S. Kung (2001), “Piezothermoelastic analysis of an

optical beam deflector”, Sensors and Actuators A: Physical 87, pp.179–187.

[47] J.H. Han, K.H. Rew, I. Lee (1997), “An experimental study of active vibration

control of composite structures with a piezo-ceramic actuator and a piezo-film sensor”, Smart Materials and Structure 6, pp.549–558.

[48] S.B. Choi, S.S. Cho, Y.P. Park (1999), “Vibration and position tracking

control of piezoceramic-based smart structures via QFT”, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control 121, pp.27–32.

[49] S. Bhagat, T. Pandey, V. Garg, P. Khanna (2013), “Design, Fabrication and

Analysis of Vibratory Feeder”, IJRMET, vol. 4, pp. 73-75.

116

[50] R. Silversides, L. Seneviratne, J. S. Dai (2005), “Force Analysis of Vibratory

Bowl Feeder for automatic assembly”, Journal of Mechanical Design, vol.127,

pp. 637-645.

[51] S. S. Rao (2011), “Mechanical Vibrations”, fourth edition, Pearson Education

Publication, Greater Noida, India.

[52] V. B. Bhandari (2011), “Design of Machine Elements”, Third Edition, Tata

McGraw Hill Education Private Limited, New Delhi, India, pp. 806- 809.

[53] R. La Brooy and C. Jiang, (2009), “Expert System for Vibratory Bowl Feeder

Tooling”, N. Eng. J, vol. 2), pp. 13–17.

[54] N. Dallinger, T. Risch, and K. Nendel, (2012), “Simulation of Conveying

Processes in Vibratory Conveyors”, Logistics J, pp. 1–5.

[55] G. Reinhart, and D. Hofmann, (2012), “Physically Based Simulation in Parts

Feeding”, Werkstattstechnik Online, vol. 6, pp. 435–439.

[56] G. Reinhart, and M. Loy, (2010), “Design of a Modular Feeder for Optimal

Operating Performance”, CIRP J. Manuf. Sci. Tech, vol. 3, pp. 191–195.

[57] J. Selig and J. S. Dai (2005), “Dynamics of vibratory bowl feeders”, in Proc.

2005 IEEE Int. Conf. Robot. Autom. (ICRA), Barcelona, Spain, pp. 3299–

3304.

[58] Lim GH (1997), “On the conveying velocity of a vibratory feeder”, Comput

Struct; vol. 62, pp. 197–203.

[59] K. Maoa, M.Y. Wangb, Z. Xuc, T. Chend (2004), “DEM simulation of

particles damping”, Powder Technol, vol. 142, pp.154–165.

[60] X. Zhang, L. Vu-Quoc (2002), “Modeling the dependence of the coefficient of

restitution on the impact velocity in elasto-plastic collisions”, Int. J. Impact

Eng. Vol. 27, pp. 317–341.

[61] WH. Hsieh and CH. Tsai (2010), “A study on a novel vibrating conveyor”,

Key Eng Mater; vol. 419, pp.45–48.

[62] S. Mathiesen and L. Ellkilde (2016), “Configuration and validation of dynamic simulation for design of vibratory bowl feeders”, IEEE International

Conference on Control and Automation, ICCA, pp.485-492.

[63] S. Mathiesen, L. Sørensen, D. Kraft et al (2018), “Optimisation of Trap Design for Vibratory Bowl Feeders”, IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 3467-3474.

117

[64] M. Hanson, S. Mathiesen et al (2017), “Configuration system for simulation

based design of vibratory bowl feeders”, EEE International Conference on

Simulation, Modeling, and Programming for Autonomous Robots, SIMPAR,

pp.147-154.

[65] S. Mathiesen and L. Ellekilde (2017), “Automatic Selection and Sequencing

of Traps for Vibratory Feeders”, Proceedings of the 7th International

Conference on Simulation and Modeling Methodologies, Technologies and Applications, pp.145-154.

[66] Xu L, Lu MW and Cao Q (2002), “Nonlinear vibrations of dynamical systems

with a general form of piecewiselinear viscous damping by incremental

harmonic balance method”, Phys Lett A 2002; vol. 301, pp. 65–73.

[67] Xu L, Lu MW and Cao Q (2003), “Bifurcation and chaos of a harmonically

excited oscillator with both stiffness and viscous damping piecewise linearities

by incremental harmonic balance method”, J Sound Vib 2003; vol.264, pp.

873–882.

[68] Kim TC, Rook TE and Singh R (2005), “Super- and sub-harmonic response

calculations for a torsional system with clearance nonlinearity using the

harmonic balance method”, J Sound Vib 2005; vol. 281, pp.965–993.

[69] Liu JK, Chen FX and Chen YM (2012), “Bifurcation analysis of aeroelastic

systems with hysteresis by incremental harmonic balance method”. Appl Math

Comput 2012; vol. 219, pp.2398–2411.

[70] R.-P. Berretty, K. e. Goldberg, M. H. Overmars, and A. F. van der Stappen

(2001), “Trap design for vibratory bowl feeders”, The International Journal of

Robotics Research, vol. 20, no. 11, pp. 891–908.

[71] Onno C. Goemans, Ken Goldberg, A. Frank van der Stappen (2006),

“Blades:A New Class of Geometric Primitives for Feeding 3D Parts

International Conference on Robotics

onVibratory Tracks”, IEEE andAutomation, pp. 1730-1736.

[72] Onno C. Goemans, Marshall T. Anderson, Ken Goldberg, A. Frank van der

Stappen (2005), “On the Design of Guillotine Traps for Vibratory Bowl Feeders”, IEEE International Conference on Automation Science and Engineering, pp. 79-86.

[73] C. Stocker, M. Hell, R. Reisch, and G. Reinhart (2018), “Automated generation of orienting devices for vibratory bowl feeders,” IEEE Int. Conf. Ind. Eng. Eng. Manag., vol. 2017–Decem, no. October 2013, pp. 1586–1590.

118

[74] J. Fleischer, S. Herder, U. Leberle (2011), “Automated supply of micro parts based on the micro slide conveyi ng principle” CIRP Annals - Manufacturing Technology., vol. 60, pp. 13–16.

119

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Xu hướng nghiên cứu hệ thống cấp phôi bằng rung động

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

1 Modelling of vibratory bowl feeders 1986 X X X X [11]

2 Assembly automation and product design 1992 X X X X [4] X

3 Vibratory feeder motion study using Turbo 1993 X X X X [5]

4 A Methodology for Part Feeder Design 1994 [24] X

5 1994 X [25] X

Sensor-Based Solution to Contiguous and Overlapping Parts in Vibratory Bowl Feeders

6 1996 X [22] X X Design Parts Feeders Using Dynamic Simulation

7 1997 X [8] X X A Comparison of Real and Simulated Designs for Vibratory Parts Feeding

8 A Systems Model and Simulation of the 1997 X [14] X X X

120

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

9 2000 [26] X The feeder rack assignment problem in PCB assembly: A case study

Modeling, Simulation, and Verification of

10 the Transportation Process in Vibration 2000 X X X [27]

Feeders

Development of a model for part

11 reorientation in vibratory bowl with active 2001 X X X [15]

air tooling

2002 12 [6] X X X X Chaotic Dynamics of Repeated Impacts in Vibratory Bowl Feeders

2002 13 [28] X X Flexible Air-Jet Tooling for Vibratory Bowl Feeder Systems

Simulation software for parts feeding in a 2003 14 [9] X X X X vibratory bowl feeder

2003 15 X X X [29] Self-tuning adaptive control for an industrial weigh belt feeder

121

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

Modal analysis and control of a bowl parts feeder activated 16 2004 X X X X [12]

by piezoceramic actuators

17 A modular contactless feeder for microparts 2005 X X X [30]

Force Analysis of a Vibratory Bowl Feeder 2005 X X 18 [31] X for Automatic Assembly

Tự động hóa quá trình sản xuất 2006 X X X X X X 19 [3]

2007 20 X [32] Dynamic modeling and experimental verification of a piezoelectric

2008 X X 21 X [33]

Characteristic Equation-Based Dynamics Analysis of Vibratory Bowl Feeders with Three Spatial Compliant Legs

2009 X 22 X X [34] Approximation to the dynamics of transported parts in a vibratory

122

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

23 2010 X X X X X [20] A Study on the Modelling and Simulation of Part Motion

Design of a modular feeder for optimal 24 2010 X X X [21] operating performance

A Study on the Vision-Based Flexible 25 2011 X X X X [35] Vibratory Feeding System

Design, fabrication and commissioning of 26 2011 X [36] the KSTAR TF current feeder system

27 2011 X X X [18] Dynamic design and simulation of a vibratory hopper

28 2012 X X X [37] A Study on the Machine Vision Assisted Vibratory Feeding System

Elastodynamic analysis of vibratory bowl 29 2013 X X X [17] feeders: Modeling and

123

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

2013 [7] X X X X 30 A numerical 2D simulation of part motion in vibratory bowl

Automated Shape Optimization of Orienting 2013 [10] X X X X 31 Devices for Vibratory Bowl Feeders

Dynamical analysis of vibratory feeder and

feeding part considering interaction by an 2014 X X X X [38] 32 improved imcrement harmonic balance

method

2015 X X X X [13] 33

Kinematics analysis and experimental investigation of an inclined feeder with horizontal vibration.

2017 X X X X [23] 34 Modal Analysis of Vibratory Bowl Feeder Machine

1994 X X X X X [43] 35 Vibration control of flexible linkage mechanisms using piezoelectric films

124

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

2001 X [44] X 36 Feedback control for electromagnetic vibration feeder

Fundamentals of Vibrations 2001 X X X [45] 37

2001 X X X X [46] 38 Piezothermoelastic analysis of an optical beam deflector

1997 X X X X [47] 39

An experimental study of active vibration control of composite structures with a piezo-ceramic actuator and a piezo-film sensor

Vibration and position tracking control of

1999 X [48] 40

piezoceramic-based smart structures via QFT

125

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

41 2013 X X X [49] Design, Fabrication and Analysis of Vibratory Feeder

Force Analysis of Vibratory Bowl Feeder 42 2005 X X X [50] X for automatic assembly

43 X Mechanical Vibrations 2011 X X X X [51]

Design of Machine Elements 2011 44 X [52]

2009 45 X [53] Expert System for Vibratory Bowl Feeder Tooling

Simulation of Conveying Processes in 46 X 2012 X X X [54] Vibratory Conveyors

126

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu Tên tài liệu STT f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

2012 X X X [55] 47 Physically Based Simulation in Parts Feeding

Design of a Modular Feeder for Optimal 2010 X X X [56] X 48 Operating Performance

[57] X X 49 Dynamics of Vibratory Bowl Feeders 2005 X

[58] X X 50 1997 X X On the conveying velocity of a vibratory feeder

X X 51 DEM simulation of particles damping 2004 X X X [59]

Modeling the dependence of the coefficient X 1999 [60] 52 of restitution on the impact velocity in

127

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

elasto-plastic collisions

53 A study on a novel vibrating conveyor 2010 X X X X [61]

Configuration and Validation of Dynamic Simulation for Design of Vibratory Bowl 2016 X X X X [62] X 54

Feeders

2018 X X X X [63] 55 Optimisation of Trap Design for Vibratory Bowl Feeders

2016 X X X X [64] 56 Configuration system for simulation based design of vibratory bowl feeders

128

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

2017 X X X [65] 57 X Automatic Selection and Sequencing of Traps for Vibratory Feeders

Nonlinear vibrations of dynamical systems

with a general form of piecewiselinear 58 2002 X X X [66] X viscous damping by incremental harmonic

balance method

Bifurcation and chaos of a harmonically

excited oscillator with both stiffness and 58 2003 X X X X X [67]

viscous damping piecewise linearities by incremental harmonic balance method

59 2005 X X X X X [68] Super- and sub-harmonic response calculations for a torsional system with clearance nonlinearity using the harmonic

balance method

129

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

Bifurcation analysis of aeroelastic systems with hysteresis by incremental harmonic 60 2012 X X X X [69]

balance method

61 Trap design for vibratory bowl feeders 2011 X X X [70] X

Blades:A New Class of Geometric

62 Primitives for Feeding 3D Parts 2006 X X X X [71] X

onVibratory Tracks

63 2005 X X X X [72] On the Design of Guillotine Traps for Vibratory Bowl Feeder

Automated generation of orienting devices 64 2017 X X X [73] for vibratory bowl feeders

130

Thông số ảnh hưởng Kiểu cấp Phương pháp thực hiện Năm

Tài liệu STT Tên tài liệu f D α a LT TN MP Phễu Thẳng HD phôi VT nam châm

65 2011 X X X X X [74] Automated supply of micro parts based on the micro slide conveyi ng principle

131

Phụ lục 2: Thông số và kiểm định thiết bị đo

132

Phụ lục 3: Giấy chứng nhận kết quả đo

133

Hình phụ lục 4.1. Đo dao động theo phương thẳng đứng bằng thiết bị Detector III của

FAG

Hình phụ lục 4.2. Đo dao động theo phương thẳng đứng bằng thiết bị Detector III của

FAG

Phụ lục 4: Một số hình ảnh về quá trình thí nghiệm

134

Hình phụ lục 4.3. Điều chỉnh điện áp trong quá trình đo

Hình phụ lục 4.4. Hiển thị và xử lý số liệu

135

Hình phụ lục 4.5. Thiết bị đo của Nacentech

Hình phụ lục 4.6. Hiển thị và xử lý số liệu

136

Hình phụ lục 4.7. Xác định tần số dao động riêng bằng thiết bị đo VIBROPOST 80

Hình phụ lục 4.8. Hiển thị và xử lý số liệu

137

Hình phụ lục 4.9. Đo biên độ dao động theo phương thẳng đứng dùng mô hình thay thế

Hình phụ lục 4.10. Đo biên độ dao động theo phương ngang

dùng mô hình thay thế

138

Hình phụ lục 4.11. Hiển thị và xử lý số liệu

Hình phụ lục 4.12. Đo biên độ trên mô hình thực nghiệm theo hai phương

139

Hình phụ lục 4.13. Kết quả và xử lý số liệu

Hình phụ lục 4.14. Đo biên độ dao động theo phương thẳng đứng bằng thiết bị đo laze

140

Hình phụ lục 4.15. Đo biên độ dao động theo phương ngang bằng thiết bị đo laze

Hình phụ lục 4.16. Kết quả và xử lý số liệu

141

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học và tối ưu kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động

Đề tài tập trung nghiên cứu, khảo sát động lực học quá trình di chuyển của phôi trên phễu. Tối ưu hóa kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Văn Mùi

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ KHẢO SÁT

ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƯU KẾT CẤU ĐIỀU HƯỚNG TRONG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO

NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Văn Mùi

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ KHẢO SÁT

ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƯU KẾT CẤU ĐIỀU HƯỚNG TRONG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO

NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

Ngành : Kỹ thuật cơ khí

Mã số : 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

2. Đối tƣợng nghiên cứu

3. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng của hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Các thông số động lực học, kết cấu ảnh hƣởng đến năng suất cấp phôi.

5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn a. Ý nghĩa khoa học 1. Chỉ ra đƣợc bản chất động lực học của quá trình cấp phôi từ đó chỉ ra đặc điểm của thông số động lực học, kết cấu và ảnh hƣởng của nó đến năng suất cấp phôi.

8. Những điểm mới của đề tài 1. Đƣa ra một quy trình thiết kế chủ động cộng hƣởng. 2. Đƣa ra mô hình thiết bị trong môi trƣờng số nhằm thử nghiệm, xác nhận tứng

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

1.1. Thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động

1.2. Xu hƣớng nghiên cứu hiện nay trên thế giới

1.3. Phƣơng pháp thực hiện

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc

Kết luận chƣơng 1.

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

2.1. Cơ sở lý thuyết về cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động.

2.2. Định hƣớng và phân loại phôi

2.3. Phân loại thiết bị cấp phôi dạng phễu rung

2.4. Tính toán thiết kế thiết bị cấp phôi dạng phễu rung.

Kết luận chƣơng 2.

CHƢƠNG 3. MÔ HÌNH HÓA, KIỂM TRA VÀ XÁC NHẬN MÔ PHỎNG SỐ HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM

3.1. Mô hình hóa thiết bị cấp phôi dạng phễu rung

3.2. Tự động hóa thiết kế bằng tham số sử dụng catia

3.3. Kiểm tra và xác nhận mô hình số

Tên vật liệu

Hệ số Poisson

Khối lượng riêng (kg/m^3)

Module đàn hồi (x10^11 Pa)

Lực F ứng với tải (gam):

Số chỉ dụng cụ a:

Lần

Chỉ số hiển thị 0.84

3.4. Mô phỏng số thiết bị

Kết luận chƣơng 3

CHƢƠNG 4. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƢU KẾT CẤU ĐIỀU HƢỚNG TRONG PHỄU CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG

4.1. Đánh giá sự ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi

4.2.

Đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến năng suất cấp phôi

) s /

m m

( h n

ì

b g n u r t c ố t n ậ V

120 140 Điện áp (V)

4.3. Tối ƣu hóa điện áp và góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi

Vận tốc trung bình

4.4 Tối ƣu hóa kết cấu điều hƣớng phôi đến năng suất cấp phôi

Bảng 4. 10. Kết quả mô phỏng đánh giá tổng thời gian cấp phôi

Kết luận chƣơng 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu