Thiết kế dây chuyền lắp ráp băng tải pallet: 10 thông số cần xác định trước tiên

Thiết kế dây chuyền lắp ráp băng tải pallet: 10 thông số cần xác định trước tiên

Henton Aluminum | Kỹ thuật và lựa chọn băng tải pallet

Nhiều khách hàng yêu cầu một báo giá vận chuyển pallet bằng cách bắt đầu với một câu hỏi:

một chiếc băng tải 10 mét có giá bao nhiêu?

Tuy nhiên, chiều dài của đường vận chuyển không chỉ quyết định giải pháp đúng đắn.

Hai đường dây vận chuyển có thể dài 10 mét, nhưng một đường dây vận chuyển các bộ phận điện tử nhẹ trong khi đường dây khác vận chuyển các mô-đun pin nặng hơn 100 kg. Một người chỉ có thể di chuyển sản phẩm liên tục, trong khi người kia cũng phải dừng lại, nâng, định vị, kiểm tra và trả lại pallet tự động.

Các điều kiện hoạt động khác nhau đòi hỏi các chuỗi, hồ sơ nhôm, pallet, hệ thống truyền động và điều khiển khác nhau.

Một dây chuyền lắp ráp máy vận chuyển pallet ổn định bắt đầu với mười thông số sau.

01 Tổng trọng lượng của sản phẩm và pallet là bao nhiêu?

Tính toán tải không thể dựa trên trọng lượng sản phẩm một mình.

Trọng lượng di chuyển thực tế bao gồm:

Sản phẩm + thiết bị cố định + tấm pallet + phụ kiện pallet

Ví dụ, nếu sản phẩm nặng 20 kg, thiết bị đính kèm nặng 8 kg và pallet nhôm nặng 7 kg, tải thực tế trên mỗi pallet là 35 kg, chứ không phải 20 kg.

Việc xem xét kỹ thuật cũng phải xác nhận:

Liệu trung tâm trọng lực có trung tâm

Kích thước pallet phổ biến

Cho dù tải là kỳ dị

Nơi pallet tiếp xúc với chuỗi vận chuyển

Có bao nhiêu pallet chạy trên đường dây cùng một lúc

Có bao nhiêu pallet có thể tích tụ trong điều kiện tải đầy đủ

Việc lựa chọn chuỗi phải xác minh không chỉ tổng tải trọng máy vận chuyển, mà còn là tải trọng trên mỗi cuộn, mỗi chuỗi và sự khác biệt tải trọng có thể xảy ra giữa các chuỗi bên trái và bên phải.

Các quy trình lựa chọn chuỗi dòng chảy tự do cũng yêu cầu các kỹ sư xem xét khối lượng pallet, kích thước, số lượng, tốc độ vận chuyển, chiều dài vận chuyển và chiều dài tích lũy cùng nhau, thay vì chỉ sử dụng trọng lượng sản phẩm.

Đối với Henton, bước đầu tiên không phải là chọn một chiếc xe máy. Nó xác định điều kiện hoạt động nặng nhất của toàn bộ đường dây.

02 Bao nhiêu sản phẩm phải được vận chuyển mỗi phút?

càng nhanh hơn, càng tốt là một trong những hiểu lầm phổ biến nhất trong thiết kế máy vận chuyển pallet.

Yêu cầu thực sự không phải là tốc độ chuỗi cao nhất, mà là số lượng sản phẩm hoàn thành mà dây chuyền có thể cung cấp đáng tin cậy mỗi phút.

Nếu mục tiêu sản xuất là 6 sản phẩm mỗi phút và mỗi pallet mang theo 1 sản phẩm, thời gian trung bình đặt pallet là:

60 ÷ 6 = 10 giây mỗi pallet

Nếu mỗi pallet chở 2 sản phẩm, thời gian đặt pallet được phép là:

60 × 2 ÷ 6 = 20 giây mỗi pallet

Trước khi xác định tốc độ vận chuyển, phải xác nhận những điều sau:

Lượng sản xuất mục tiêu mỗi phút

Số sản phẩm trên mỗi pallet

Khoảng cách giữa các trạm làm việc

Thời gian cần thiết để khởi động, dừng và đặt vị trí pallet

Có phải tải và dỡ bằng tay hay không

Có bao gồm kiểm tra, cuộn vít, phân phối, hàn hoặc các quy trình ở lại khác không

Tốc độ vận chuyển là đầu ra của quá trình thiết kế, không phải là điểm khởi đầu.

Một chuỗi nhanh hơn không làm tăng sản lượng khi các trạm làm việc vẫn bị chặn. Nó chỉ có thể làm tăng tác động, tiếng ồn và mòn.

03 Thời gian chu kỳ của mỗi trạm làm việc là bao nhiêu?

Lượng sản xuất mỗi phút xác định mục tiêu sản xuất. Thời gian chu kỳ trạm làm việc xác định liệu đường dây có thực sự đạt được nó hay không.

Nếu một sản phẩm phải được hoàn thành mỗi 10 giây, không có trạm làm việc nào liên tục cần hơn 10 giây mà không có dung lượng bổ sung.

Một đường thực có thể trông như thế này:

Nạp: 5 giây

Quét: 3 giây

Vòng vít: 18 giây

Kiểm tra: 8 giây

Trong trường hợp này, trạm vít 18 giâykhông phải tốc độ máy vận chuyểnlà nút thắt sản xuất thực tế.

Các giải pháp có thể bao gồm:

Thêm trạm làm việc song song

Dùng nhiều sản phẩm trên một pallet

Phân chia một quy trình thành nhiều bước

Thêm dung lượng đệm

Sử dụng thiết bị tự động

Sắp xếp lại bố trí trạm làm việc

Băng chuyền pallet không đơn thuần là một thiết bị đẩy sản phẩm tiến về phía trước. Nó phải tổ chức các quy trình có thời gian chu kỳ khác nhau thành một dòng sản xuất cân bằng.

Nếu không cân bằng thời gian chu kỳ, việc tăng kích thước xích, công suất động cơ hoặc kích thước khung sẽ không giải quyết được vấn đề năng lực.

04 Cần tích lũy bao nhiêu pallet đồng thời?

Một trong những ưu điểm chính của băng chuyền pallet tự do là xích có thể tiếp tục chuyển động trong khi các pallet dừng lại và xếp hàng tại bộ chặn.

Tuy nhiên, dung lượng tích lũy không phải là vô hạn.

Càng nhiều pallet và vùng tích lũy càng dài thì ma sát, tải truyền động và mài mòn con lăn càng tăng.

Dung lượng tích lũy yêu cầu thường được tính từ thời gian ngừng hoạt động có thể xảy ra của quy trình phía hạ lưu.

Ví dụ:

Chu kỳ sản xuất: 20 giây mỗi pallet

Thời gian khôi phục điển hình ở công đoạn phía hạ lưu sau sự cố: 3 phút

Quá trình phía thượng lưu tiếp tục cấp liệu trong suốt 3 phút đó

Dung lượng bộ đệm lý thuyết tối thiểu là:

180 ÷ 20 = 9 pallet

Thiết kế cuối cùng cũng phải tính đến khoảng cách giữa các pallet, logic giải phóng sau khi sản xuất khởi động lại và dự trữ phù hợp.

Đánh giá kỹ thuật cần xác nhận thêm:

Toàn bộ dây chuyền hay chỉ một số vùng nhất định tích tụ pallet

Sản phẩm có thể chạm vào nhau trong quá trình tích tụ hay không

Một thiết bị chặn phải chịu được bao nhiêu pallet

Các vùng tích lũy có yêu cầu dừng từng đoạn hay không

Bộ truyền động có thể xử lý toàn bộ đường băng tải đã tích lũy hay không

Nhiều băng tải vận hành bình thường khi không tải nhưng quá tải, rung hoặc ngừng hoạt động khi tất cả các pallet đều tích lũy. Trong hầu hết các trường hợp, tải trọng tích lũy chưa được tính đầy đủ trong thiết kế.

05 Chiều dài băng tải và chiều cao làm việc là bao nhiêu?

Một băng tải dài hơn không đơn thuần chỉ là việc thêm vài mét thanh nhôm định hình.

Khi chiều dài tăng lên, trọng lượng xích, ma sát của thanh dẫn hướng, số lượng pallet và lực căng tích lũy cũng tăng theo. Vượt quá một chiều dài nhất định, thiết kế có thể yêu cầu:

Nhiều đoạn truyền động

Các điểm đỡ trung gian bổ sung

Thanh khung có kích thước lớn hơn

Cấu trúc điều chỉnh lực căng xích được cải tiến

Điều khiển theo vùng

Tiếp cận bảo trì

Các phương pháp chọn xích coi chiều dài băng tải, tốc độ, hệ số ma sát, khối lượng tối đa được vận chuyển và môi trường vận hành là các thông số đầu vào chính để tính lực căng xích. Quán tính cũng phải được đưa vào tính toán khi băng tải khởi động nhanh hoặc đẩy tải đột ngột.

Chiều cao làm việc cũng phải được thiết kế kỹ lưỡng thay vì chọn một cách tùy ý.

Các dây chuyền lắp ráp thủ công phải xem xét chiều cao người vận hành, tư thế làm việc (ngồi hay đứng), vị trí dụng cụ và bề mặt làm việc của sản phẩm. Các dây chuyền tự động phải phù hợp với robot, hệ thống kiểm tra, máy bơm keo và thiết bị nạp liệu.

Đối với băng tải quay trở lại hai tầng, thiết kế cũng phải kiểm tra các yếu tố sau:

Chiều cao làm việc phía trên

Khoảng hở quay trở lại phía dưới

Chiều cao cơ cấu nâng và chuyển

Không gian dành cho động cơ và đĩa xích

Phạm vi điều chỉnh chân cân bằng

Chiều cao làm việc có vẻ là một kích thước đơn giản, nhưng nó ảnh hưởng trực tiếp đến yếu tố nhân trắc học và khả năng tích hợp thiết bị.

06 Có yêu cầu chức năng nâng và định vị không?

Một bộ chặn có thể dừng pallet, nhưng việc dừng không giống với định vị chính xác.

Lắp ráp thủ công, kiểm tra bằng mắt và quét cơ bản có thể chỉ yêu cầu pallet dừng trong một khu vực chung chung. Một bộ chặn có thể đủ cho các thao tác này.

Các đơn vị nâng và định vị thường được yêu cầu cho:

Robot lấy hàng

Siết bu-lông tự động

Phun hoặc phủ

Lắp ghép ép

Kiểm tra bằng tia laser

Hình ảnh thị giác

Đo lường chính xác

Hàn

Tự động nạp và dỡ hàng

Một đơn vị nâng và định vị nâng palet ra khỏi các con lăn băng chuyền và định vị nó bằng chốt, ống lót hoặc các bề mặt tham chiếu chính xác.

Điều này mang lại hai lợi ích quan trọng:

Thứ nhất, lực xử lý và lực ép không được truyền trực tiếp lên xích và các con lăn băng chuyền.

Thứ hai, vị trí palet được xác định bởi đơn vị định vị chứ không phải bởi vị trí dừng của xích.

Do đó, chỉ nêu rằng cần một bộ chặn là chưa đủ. Các quy trình thực hiện sau khi dừng cũng phải được xác định rõ.

07 Độ chính xác định vị yêu cầu là bao nhiêu?

Chỉ nói rằng cần định vị là chưa đủ. Độ lặp lại yêu cầu phải được xác định rõ.

Các quy trình khác nhau có yêu cầu độ chính xác rất khác nhau:

Lắp ráp thủ công chỉ yêu cầu palet dừng ổn định

Việc kiểm tra cảm biến cơ bản yêu cầu vị trí đặt tương đối nhất quán

Việc robot gắp yêu cầu độ lặp lại ổn định

Các ứng dụng thị giác, phun keo, siết vít và ép chính xác đòi hỏi độ chính xác cao hơn

Trong các hệ thống băng tải pallet đã được thiết lập, các đơn vị định vị chuyên dụng có thể đạt được độ lặp lại trong khoảng từ ±0,1 mm đến ±0,3 mm. Hiệu suất thực tế phụ thuộc vào cấu trúc pallet, chốt định vị và ống lót, tải trọng, độ chính xác lắp đặt và thiết kế cơ cấu.

Một điểm cần nhấn mạnh:

Độ chính xác định vị không thể đạt được chỉ bằng cách ghi một con số vào thông số kỹ thuật.

Độ chính xác định vị còn phụ thuộc vào:

Độ cứng của pallet

Độ khít giữa chốt định vị và ống lót

Cách sản phẩm được định vị trên đồ gá

Đồng bộ hóa cơ chế nâng

Độ cứng khung

Cho dù tải là kỳ dị

Cơ sở và lắp đặt máy

Bảo trì sau khi mặc lâu

Yêu cầu độ chính xác càng cao, càng ít khả năng một nút thắt cơ bản sẽ đủ.

08 Trả về một cấp, hai cấp hoặc vòng lặp?

Cấu trúc máy vận chuyển nên được lựa chọn theo không gian sàn có sẵn, yêu cầu trả lại pallet và dòng chảy quy trình.

Máy vận chuyển thẳng một cấp

Đây là cấu trúc đơn giản nhất, với đầu tư thấp hơn và bảo trì dễ dàng hơn. Nó phù hợp khi các nhà khai thác loại bỏ pallet ở cuối đường hoặc khi không yêu cầu trả lại pallet tự động.

Hạn chế chính của nó là các pallet trống phải được trả lại bằng tay.

Quay tự động hai cấp

Tầng trên được sử dụng để lắp ráp và vận chuyển pallet có tải, trong khi tầng dưới trả lại pallet rỗng. Các thiết bị nâng, thiết bị nâng và chuyển hoặc các cơ chế chuyển khác kết nối hai tầng này.

Thiết kế này tiết kiệm diện tích sàn và cung cấp hệ thống tuần hoàn pallet tự động, phù hợp với các dây chuyền lắp ráp thẳng.

Tuy nhiên, các cơ chế nâng, chuyển và điều khiển bổ sung cũng làm tăng yêu cầu về bảo vệ an toàn và liên động sự cố.

Băng tải vòng ngang

Pallet tuần hoàn liên tục quanh một vòng ngang. Bố trí này phù hợp khi các trạm làm việc được đặt xung quanh băng tải và khi có thể thêm các nhánh, trạm kiểm tra hoặc khu vực xử lý lại.

Bố trí dạng vòng linh hoạt, nhưng thường chiếm nhiều diện tích sàn hơn và đòi hỏi nhiều cơ chế quay và chuyển hơn.

Không tồn tại bố trí nào là tối ưu nhất một cách phổ quát. Bố trí đúng là bố trí phù hợp với quy trình sản xuất và diện tích nhà máy sẵn có.

09 Yêu cầu chống tĩnh điện (ESD), chống bụi hoặc chịu nhiệt độ cao không?

Các băng tải pallet không chỉ được sử dụng trong các xưởng thông thường.

Lắp ráp điện tử, sản xuất pin, thiết bị chính xác, khu vực sạch, quy trình nhiệt độ cao và gia công kim loại đều tạo ra những yêu cầu khác nhau về vật liệu và cấu trúc.

Môi trường nhạy cảm với ESD

Việc thay thế một thành phần bằng ‘xích chống tĩnh điện’ không phải là giải pháp ESD đầy đủ.

Một thiết kế ESD đầy đủ có thể cũng yêu cầu:

Các pallet dẫn điện hoặc tiêu tán tĩnh điện

Vật liệu xích và thanh dẫn phù hợp

Đường dẫn điện giữa pallet và băng tải

Tiếp đất khung nhôm

Dây nối đẳng thế

Bảo vệ các thành phần điện

Kiểm tra độ kháng cuối cùng

ESD phải được xử lý như một yêu cầu ứng dụng ở cấp độ hệ thống, chứ không phải là đặc tính của một thành phần riêng lẻ.

Môi trường có bụi và mảnh kim loại

Thiết kế phải xem xét nắp che kênh truyền động, việc loại bỏ mảnh vụn, hướng dẫn làm sạch và tiếp cận bảo trì.

Việc để mảnh nhôm, mảnh thép hoặc bụi xâm nhập liên tục vào khu vực xích và bánh răng sẽ làm tăng tốc độ mài mòn và cuối cùng có thể gây kẹt.

Môi trường nhiệt độ cao

Các yếu tố sau đây phải được rà soát lại:

Vật liệu xích và con lăn

Giới hạn nhiệt độ của các dải chống mài mòn

Phương pháp bôi trơn

Vị trí động cơ và hộp số

Đánh giá nhiệt độ của cảm biến, ống dẫn và dây cáp

Sự giãn nở nhiệt của khung và các pallet

Một cấu hình xưởng tiêu chuẩn không thể áp dụng trực tiếp cho mọi môi trường vận hành.

10 Công suất động cơ và hệ số an toàn được tính như thế nào?

Việc chọn động cơ không thể đơn giản hóa thành một quy tắc như “một số watt nhất định trên mỗi mét.”

Lực băng tải yêu cầu phải bao gồm ít nhất bốn thành phần:

Tổng lực cản = lực cản ma sát + quán tính khởi động + lực cản nâng cao + lực cản bổ sung

Đối với ước tính ban đầu về băng tải nằm ngang:

Lực cản ma sát F₁ = μ × M × g

Ở đâu:

μ là hệ số ma sát tương đương của xích, con lăn và hệ thống dẫn hướng

M là tổng khối lượng chuyển động

g là gia tốc trọng trường

Việc khởi động cũng gây ra quán tính:

Lực quán tính F₂ = M × a

trong đó a là gia tốc của băng tải.

Chuyển động nghiêng hoặc thay đổi độ cao đòi hỏi thêm thành phần lực hấp dẫn. Các pallet xếp chồng, lực căng xích, cơ cấu quay, ổ bi và các phụ kiện khác cũng phải được tính vào như lực cản bổ sung.

Khi đã xác định được tổng lực truyền động F, có thể tính sơ bộ công suất như sau:

Công suất tính toán P = F × v ÷ (1000 × η)

Ở đâu:

P tính bằng kW

F là tổng lực truyền động tính bằng N

v là tốc độ xích tính bằng m/s

η là hiệu suất tổng hợp của động cơ, hộp số, đĩa xích và hệ thống truyền động

Không nên chọn động cơ chính xác bằng giá trị đã tính toán.

Phải áp dụng hệ số dự phòng:

Công suất động cơ đã chọn ≥ công suất đã tính × hệ số dự phòng

Hệ số dự phòng không phải là một con số cố định. Giá trị này phụ thuộc vào:

Tần suất khởi động và dừng

Thời gian hoạt động liên tục

Tích lũy trên toàn bộ đường dây

Hoạt động quay thuận và quay nghịch

Tải trọng va đập

Thời gian tăng tốc yêu cầu

Nhiệt độ môi trường

Biến thiên của tải thực tế

Dự trữ sơ bộ khoảng 1,3 đến 1,5 có thể phù hợp cho việc vận chuyển ổn định và liên tục. Việc khởi động thường xuyên, tải tích tụ lớn hoặc tải dao động có thể yêu cầu khoảng 1,5 đến 2,0. Các ứng dụng nặng, chịu va đập hoặc đảo chiều cần được xác minh riêng lẻ thay vì áp dụng hệ số cố định.

Việc chọn động cơ cũng phải kiểm tra:

Mô-men xoắn đầu ra của hộp giảm tốc

Mô-men xoắn khởi động

Mô-men xoắn trục đĩa xích

Tốc độ động cơ

Tỷ lệ giảm

Khả Năng Chịu Nhiệt

Tần suất khởi động – dừng

Lực căng xích tối đa cho phép

Các phương pháp chuyên nghiệp để chọn động cơ đánh giá đồng thời quán tính, mô-men xoắn và tốc độ, trong khi các phương pháp chọn xích kiểm tra lực căng xích tối đa, các yếu tố tốc độ và điều kiện vận hành.

Động cơ quá nhỏ có thể không khởi động được dưới tải đầy. Động cơ được chọn quá lớn một cách không cần thiết có thể làm tăng tác động lên xích, đĩa xích và hộp giảm tốc. Cách tiếp cận đúng là phối hợp toàn bộ hệ thống truyền động, chứ không đơn thuần là tăng công suất động cơ.

Chuẩn bị thông tin này trước khi yêu cầu giải pháp băng chuyền pallet

Khi yêu cầu dây chuyền lắp ráp băng tải pallet từ Henton, các thông tin sau đây sẽ giúp chúng tôi chuẩn bị giải pháp và báo giá chính xác hơn:

Tên sản phẩm, kích thước và trọng lượng

Kích thước, trọng lượng và vật liệu của pallet

Số lượng sản phẩm được đặt trên mỗi pallet

Lượng sản xuất mục tiêu mỗi phút

Thời gian chu kỳ tại mỗi trạm làm việc

Chiều dài, chiều rộng và chiều cao làm việc yêu cầu của băng tải

Số lượng tối đa pallet được tích lũy

Yêu cầu về dừng, nâng và định vị chính xác

Độ chính xác định vị yêu cầu

Bố trí một tầng, hai tầng hoặc vòng quay trở lại

Môi trường vận hành và số giờ vận hành hàng ngày

Tích hợp với robot, thiết bị kiểm tra hoặc hệ thống điều khiển

Băng chuyền pallet có thể trông chỉ như một đường vận chuyển, nhưng thực tế nó kết nối thời gian chu kỳ sản xuất, đồ gá, thiết bị tự động hóa, người vận hành và hậu cần nhà máy.

Một báo giá nhanh gần như vô giá trị nếu các thông số kỹ thuật chưa được xác định đúng.

Henton không thiết kế băng chuyền pallet bằng cách đơn thuần lắp ghép các thanh nhôm và xích theo chiều dài. Chúng tôi đánh giá tải trọng sản phẩm, thời gian chu kỳ sản xuất, số lượng tích lũy, yêu cầu định vị và môi trường vận hành, sau đó thiết kế xích, khung, pallet, hệ thống truyền động và hệ thống điều khiển như một giải pháp hoàn chỉnh.

Khách hàng không cần một băng chuyền chỉ đơn thuần di chuyển.

Họ cần một dây chuyền sản xuất có thể khởi động đầy tải, tích lũy mà không kẹt, định vị chính xác, vận hành ổn định trong thời gian dài và duy trì nhịp độ phù hợp với năng lực sản xuất yêu cầu.