Luận văn tốt nghiệp -Đề án nghiên cứu- Thiết kế hệ thống cung cấp thức ăn và vệ sinh chuồng trong chăn nuôi heo (lợn) tự động - Design an Automatic Pig Breeding System (Feeding and Washing))

LUẬN VĂN Đề tài “Phân tích và phát triển hệ thống chăn nuôi heo tự động” Ngành chăn nuôi là ngành truyền thống lâu đời và có vai trò rất quan trọng ở Việt Nam, đặc biệt trong quá trình phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa như hiện nay thì ngành chăn nuôi đặc biệt trong chăn nuôi heo cần được tự động hóa để hạn chế việc chăn nuôi bằng thủ công, giải phóng sức lao động con người, đồng thời tăng năng suất và qui mô Song song đó, xuất phát từ phía gia đình cũng là một hộ chăn nuôi heo. Đề tài bao gồm khâu cho heo ăn và khâu vệ sinh chuồng trại

TỔNG QUAN

Tổng quan về ngành chăn nuôi heo ở Việt Nam

Ngành chăn nuôi heo tại Việt Nam có truyền thống lâu đời và là một phần quan trọng trong nền kinh tế, cùng với nghề trồng lúa Thịt heo đáp ứng khoảng 78% nhu cầu thịt hơi của cả nước, trở thành nguồn thực phẩm thiết yếu trong bữa ăn của người dân Ngoài ra, chăn nuôi heo cung cấp phân bón hữu cơ chất lượng cao, hỗ trợ ngành trồng trọt và nâng cao năng suất cây trồng Ngành này không chỉ giúp nông dân tăng thu nhập mà còn tạo ra nhiều việc làm cho lao động địa phương.

Nhu cầu tiêu thụ thịt heo ngày càng gia tăng do sự phát triển của nền văn minh hiện đại, nơi lao động trí óc và máy móc yêu cầu lượng protein cao hơn so với lao động chân tay Khi mức sống của người dân tăng lên, nhu cầu về thịt cũng theo đó tăng mạnh Biểu đồ hình 1.1 cho thấy thịt heo chiếm ưu thế trong tổng lượng tiêu thụ thịt và có xu hướng tăng trong những năm gần đây.

Hình 1.1 Biểu đồ về nhu cầu tiêu thụ các loại thịt trong đời sống qua các năm [1]

Hiện nay, ngành chăn nuôi heo tại Việt Nam, đặc biệt là ở quy mô hộ gia đình, đang đối mặt với nhiều thách thức như dịch bệnh và biến động giá cả thị trường Tuy nhiên, thực trạng chăn nuôi heo vẫn còn manh mún và nhỏ lẻ, chủ yếu phụ thuộc vào phương thức nuôi truyền thống.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN dụng khoa học kỹ thuật và chăn nuôi lạc hậu, chưa được cơ giới hóa, tự động hóa còn sử dụng sức người, thủ công là chính, không tiện lợi gây hao phí nhân lực, hao phí thời gian chỉ được năng suất thấp, khó quản lý lượng thức ăn gây lãng phí, chủ yếu sử dụng lao động chân tay nặng ảnh hưởng đến sức khỏe con người, do đó rất khó để phát triển quy mô chăn nuôi

1.1.1 Quy trình chăn nuôi heo trong ngày a) Chuẩn bị nguyên liệu: cụ thể là thức ăn Có 4 loại thức ăn chính:

Thức ăn tự trộn: Đây là loại thức ăn do người chăn nuôi tự phối trộn, sử dụng các loại nguyên liệu có sẵn như hình 1.2

Nguyên liệu chăn nuôi có chi phí thấp và có thể được phối trộn theo nhu cầu của người chăn nuôi Điều này giúp họ chủ động lựa chọn và tận dụng nguyên liệu sẵn có tại nhà hoặc địa phương, mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Khi phối trộn thức ăn, người chăn nuôi gặp phải nhược điểm là tốn nhiều công sức và thời gian, đồng thời thức ăn sau khi trộn không thể bảo quản lâu dài Hơn nữa, việc mua từng loại nguyên liệu với khối lượng nhỏ khiến cho việc kiểm soát chất lượng và độ an toàn vệ sinh của thức ăn trở nên khó khăn.

Hình 1.2 Các nguyên liệu có sẵn để trộn thức ăn [2]

Thức ăn hỗn hợp từng phần là loại thức ăn được sản xuất bởi các cơ sở chuyên nghiệp, được pha trộn theo công thức với tỷ lệ phù hợp nhằm đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho gia cầm và gia súc.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN dưỡng của heo ở từng giai đoạn phát triển Có 2 dạng thức ăn hỗn hợp công nghiệp là dạng viên (hình 1.3a) và dạng bột mịn (hình 1.3b) a) Thức ăn dạng viên [3] b) Thức ăn dạng bột [4]

Hình 1.3 Các dạng thức ăn

Sản phẩm mang lại nhiều ưu điểm như cân đối thành phần dinh dưỡng từ các nguyên liệu khác nhau, đảm bảo chất lượng nhờ vào việc kiểm soát và xử lý nguyên liệu đầu vào chặt chẽ Thời gian bảo quản cũng được kéo dài, đồng thời sản phẩm tiện lợi trong việc chuyên chở và giúp tiết kiệm thời gian, giảm thiểu công lao động cần thiết để mua gom nguyên liệu và tự phối trộn.

Thức ăn bổ sung cho heo thường được chế biến dưới dạng premix, có thể pha trong nước uống hoặc trộn vào thức ăn Những chế phẩm này bao gồm vitamin, khoáng chất, men tiêu hóa, axit amin và kháng sinh nhằm phòng bệnh cho heo.

Bổ sung dinh dưỡng cho heo giúp thúc đẩy sự phát triển của chúng, đồng thời sản phẩm này dễ dàng tìm thấy tại các đại lý phân phối địa phương Ngoài ra, sản phẩm có kích thước nhỏ gọn, thuận tiện cho việc vận chuyển và sử dụng trong quy trình cho ăn.

 Heo thịt: cho ăn từ 3-4 lần/ ngày tùy người chăn nuôi để thúc tăng trưởng cho heo

 Trọng lượng heo 20 kg – 30 kg: cho ăn 1,2 – 1,5 kg/con/ngày

 Trọng lượng heo 31kg – 60 kg: cho ăn 1,5 – 2,3 kg/con/ngày

 Trọng lượng heo 61 kg – 100 kg: cho ăn 2,3- 3 kg/con/ngày

 Heo nái: cho ăn ngày 3 lần

 Tùy theo từng giai đoạn mà lượng thức ăn tiêu thụ khác nhau như giai đoạn nái mang thai, giai đoạn tiết sữa, giai đoạn sau sinh, phối giống,…

Nguyên công vệ sinh chuồng trại và tắm heo cần được thực hiện thủ công bằng tay, bắt đầu từ việc lấy thức ăn và xách từng chuồng để đổ vào máng ăn.

 Khởi động motor bơm nước, tiến hành kéo ống đến từng chuồng

Làm sạch phân và chất bẩn trong chuồng heo bằng phương pháp cơ học là cách hiệu quả để ngăn ngừa dịch bệnh và giảm ô nhiễm môi trường, từ đó bảo vệ sức khỏe con người Việc vệ sinh chuồng nên được thực hiện từ 3 đến 4 lần mỗi ngày, tùy thuộc vào mức độ bẩn Đối với những khu vực khó tiếp cận như góc và khe, cần sử dụng vòi xịt áp suất cao để đảm bảo sạch sẽ.

 Song song đó, chúng ta cũng tắm heo bằng đường ống này giúp heo mát mẻ, loại bỏ vết bẩn trên thân heo

Để đảm bảo sức khỏe cho heo, việc giữ cho chuồng nuôi luôn khô ráo là rất quan trọng Môi trường ẩm ướt tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn có hại phát triển, từ đó gây ra các bệnh tật cho đàn heo.

Nguyên công tắm heo và vệ sinh chuồng phải được thực hiện thủ công, bắt đầu bằng việc khởi động máy bơm nước và kéo ống đến từng chuồng Quy trình này bao gồm hai bước chính: cho heo ăn và vệ sinh chuồng, đảm bảo sức khỏe cho đàn heo Hình ảnh minh họa cho thấy người lao động đang thực hiện các công việc này một cách tỉ mỉ.

Bảng 1.1 Bảng kê thời gian của hộ gia đình việc chăn nuôi heo trong ngày

Các hệ thống công nghiệp phục vụ trong chăn nuôi

Ngành chăn nuôi hiện nay đang chuyển mình từ quy mô hộ gia đình sang hình thức chăn nuôi công nghiệp, nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí lao động, hạn chế dịch bệnh và giảm ô nhiễm môi trường Trên thế giới, nhiều quốc gia đã áp dụng công nghệ chăn nuôi tiên tiến và cải tiến sản xuất liên tục, với việc phân phối đa dạng các hệ thống và thiết bị chăn nuôi Điều này không chỉ phục vụ cho dây chuyền chăn nuôi heo mà còn cho gia súc, gia cầm, giúp nâng cao chất lượng, hiệu quả và giá thành phù hợp với nhu cầu của người chăn nuôi.

1.2.1 Hệ thống phân phối thức ăn a Hệ thống ăn tự động dạng xích tải

Hệ thống được minh họa trong sơ đồ hình 1.10 có cấu tạo phức tạp với nhiều bộ phận quan trọng Các thành phần chính bao gồm bộ phận dẫn động, cảm biến đóng ngắt điện, bunke chứa thức ăn, co góc, bộ phận định lượng, động cơ, bộ phận điều khiển, ống băng tải và xích Mỗi bộ phận này đóng vai trò thiết yếu trong hoạt động của hệ thống.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống là thức ăn được đưa từ bunke vào ống băng tải Qua bộ phận dẫn động xích tải, thức ăn sẽ di chuyển đến các hộp định lượng Sau khi đầy, cảm biến sẽ tự động dừng cấp thức ăn và mở hộp định lượng, cho phép thức ăn rơi xuống máng ăn.

Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo hệ thống dạng xích tải [13]

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN a) Co góc [14] b) Bộ phận dẫn động [15] c) Bộ phận định lượng [16] d) Ống băng tải và xích [17]

Hình 1.11 Các bộ phận cấu tạo hệ thống dạng xích tải

Tập đoàn SKIOLD, có trụ sở chính tại Đan Mạch, là tổ chức quốc tế hàng đầu trong lĩnh vực làm sạch, phân loại và lưu trữ ngũ cốc, hạt, cũng như sản xuất thức ăn chăn nuôi Ngoài ra, tập đoàn còn cung cấp các giải pháp đồng bộ cho trang trại chăn nuôi heo và gà Hệ thống phân phối thức ăn cho heo tiêu biểu của SKIOLD được thể hiện trong Hình 1.12.

Hình 1.12 Hệ thống phân phối thức ăn tự động của SKIOLD Đan Mạch [18]

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN b Hệ thống dẫn truyền thức ăn kiểu vít tải

Hệ thống phân phối thức ăn cho gà bao gồm các bộ phận quan trọng như động cơ, hộp giảm tốc, trục vít, bộ phận đóng mở nguồn, bunke chứa thức ăn, bộ phận định lượng, ống dẫn, máng ăn và trục kéo cáp Hình 1.13 minh họa ví dụ thực tế về hệ thống này.

Hình 1.13 Hệ thống phân phối thức ăn dạng trục vít [19]

1.2.2 Thiết bị vệ sinh chuồng trại

Một số robot vệ sinh phổ biến ở ngoài nước : a Robot vệ sinh chuồng trại dạng 1 vòi:

Hình 1.14 Robot EVO Cleaner ở Thụy Điển [20]

The robot is composed of several key components, including the arm for spraying, a nozzle for precise application, a joystick connector for control, and a hose reel for managing the water hose Additional features include a clutch handle for operation, an emergency switch for safety, a charger connector for power supply, and batteries for energy storage The operator panel allows for user interaction, while transport wheels facilitate mobility, and a boom enables height adjustment.

Thông số kỹ thuật của thiết bị bao gồm tổng chiều rộng 680 mm, tổng chiều dài 2100 mm và tổng chiều cao khi thu lại là 1610 mm Tầm với tối đa của cánh tay đạt 4015 mm, trong khi phạm vi làm việc hiệu quả lên đến 6000 mm tính từ tâm Thiết bị nặng 270 kg và sử dụng nguồn điện 24 VDC Nước được cấp từ bộ phận làm sạch áp suất cao bên ngoài, với áp suất nước đề xuất từ 180-210 bar.

Máy vệ sinh chuồng có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng điều khiển linh hoạt ở chế độ thủ công hoặc tự động theo chương trình Thiết kế của máy cho phép vệ sinh hiệu quả ở cả ba khớp, dễ dàng tiếp cận các ngóc ngách trong chuồng trại Ngoài ra, máy còn thuận tiện cho việc vận chuyển và có thể sử dụng để vệ sinh trên các tầng cao trong các trang trại nhiều tầng.

Robot vệ sinh chuồng trại dạng 2 vòi có một số nhược điểm đáng lưu ý Thứ nhất, giá thành sản phẩm khá cao Thứ hai, robot chỉ có khả năng di chuyển theo đường thẳng, hạn chế tính linh hoạt trong quá trình làm sạch Thứ ba, thời gian vệ sinh có thể chậm do kết cấu tay vòi phức tạp Cuối cùng, thiết bị này không thể hoạt động hiệu quả trong không gian chật hẹp.

Robot vệ sinh chuồng trại dạng 2 vòi là một thiết bị hiện đại với cấu tạo bao gồm hai cần điều chỉnh kích thước, mỗi bên được trang bị một vòi phun áp lực Chuyển động của vòi phun được điều khiển thông qua thanh răng bên trong, giúp tối ưu hóa hiệu quả vệ sinh Robot này được trang bị bốn bánh xe chính để di chuyển và bốn bánh phụ để định hướng, bên trong thân robot là hệ thống điện điều khiển, động cơ và các thiết bị cung cấp điện cần thiết cho hoạt động.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN sạc, cung cấp nước cho robot

Hình 1.15 Robot WashPower A/S của Đan Mạch [21]

 Thông số kỹ thuật: o Kích thước : 110 cm x 67.5 cm x 160 cm o Nặng : 285 kg o Điện áp : 230V o Dòng điện định mức : 6 Amp o Áp suất nước tối đa: 200 bar

Robot vệ sinh với hai cánh tay tương đương hai vòi có khả năng làm sạch đồng thời hai dãy chuồng, tăng hiệu quả công việc Áp suất nước cao giúp dễ dàng rã phân và chất thải hữu cơ Cánh tay của robot có thể điều chỉnh linh hoạt về chiều dài, phù hợp với nhiều loại chuồng khác nhau Đặc biệt, robot có thể được điều khiển từ xa qua giao diện HMI và gửi tin nhắn SMS thông báo khi công việc hoàn tất.

Robot vệ sinh có một số nhược điểm như chỉ hoạt động hiệu quả trên các lối đi thẳng, cần người điều chỉnh độ dài cánh tay và kết nối ống dẫn nước, và không thể làm sạch ở những góc hẹp.

Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi luận văn

Nhận thức được tầm quan trọng và lợi ích của việc áp dụng khoa học kỹ thuật và tự động hóa trong chăn nuôi, đề tài này sẽ tập trung vào việc thiết kế hệ thống tự động phục vụ cho chăn nuôi heo Hệ thống này sẽ bao gồm các quy trình từ cho ăn đến vệ sinh, giúp việc vận hành, giám sát và quản lý trở nên dễ dàng hơn, giảm bớt nỗi vất vả cho người nông dân và tiết kiệm chi phí nhân công Qua đó, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển quy mô trang trại.

- Lựa chọn phương án thiết kế cơ khí

+ Đưa ra các phương án cơ khí khả thi Phân tích lựa chọn các phương án phù hợp với yêu cầu đề tài

-Tính toán, thiết kế cơ khí hệ thống cho ăn và vệ sinh tự động

+ Triển khai phương án vừa chọn, chọn cơ cấu phù hợp

+ Tính tóan các thông số của hệ thống : kích thước, động cơ,

+ Xây dựng mô hình 3D thể hiện kết cấu cơ khí của hệ thống phân phối thức ăn và cụm vòi rửa

+ Lập các bản vẽ 2D mặt bằng chuồng trại

+ Lập bản vẽ cơ khí cụm vòi rửa vệ sinh

- Thiết kế hệ thống điện

+ Tìm hiểu và lựa chọn bộ điều khiển

+ Lựa chọn thiết bị điện và tìm hiểu nguyên lí hoạt động của thiết bị điện

+ Thiết kế hệ thống điện điều khiển và động lực cho hệ thống

+ Lập bản vẽ sơ đồ điện kết nối các thiết bị

- Thiết kế hệ thống điều khiển

+ Thiết lập giải thuật chương trình điều khiển

+ Kiểm nghiệm giải thuật qua phần mềm mô phỏng

+ Thiết lập lưu đồ giải thuật điều khiển

Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển qua màn hình HMI cho quy trình phân phối thức ăn và vệ sinh trong chăn nuôi heo tại hộ gia đình Luận văn tập trung vào quy mô nông hộ với diện tích khoảng 100 m², bao gồm chuồng heo có quy mô khoảng 100 con Kích thước chuồng được thiết kế là 2250 x 2750 mm, với nền chuồng được lắp đặt bằng sàn nhựa để đảm bảo vệ sinh và tiện lợi trong quá trình chăm sóc.

Trong tổng số 11 chuồng theo sơ đồ hình 1.16, chuồng 1-8 được sử dụng để nuôi heo thịt với số lượng khoảng 5-7 con tùy theo từng lứa Các chuồng này được thiết kế với cửa lệch về phía thành chuồng, giúp thuận tiện trong việc di chuyển heo ra khỏi chuồng để cân bán hoặc chuyển chuồng.

Chuồng 9-10-11 được thiết kế để nuôi heo nái, mỗi chuồng chỉ nuôi một con, với cửa chuồng nằm ở giữa để tạo không gian cho heo con bú Hệ thống xử lý chất thải Biogas cũng được áp dụng trong chuồng nuôi này.

Tổ chức luận văn

Chương 2 sẽ phân tích thiết kế chuồng trại tại hộ gia đình và cấu trúc của chuồng, nhằm đề xuất phương án tự động hóa phù hợp Bài viết sẽ tính toán và lựa chọn thiết bị cơ khí, cấu trúc cơ khí, cùng với phương án vận hành hệ thống phân phối thức ăn và cụm vòi rửa vệ sinh cho chuồng heo.

Chương 3 tập trung vào việc lựa chọn thiết bị điện và thiết kế hệ thống điện cho quá trình phân phối thức ăn và vệ sinh chuồng trại Đồng thời, chương này cũng xây dựng sơ đồ kết nối các thiết bị điện một cách hợp lý và hiệu quả.

Chương 4 sẽ phát triển các thuật toán điều khiển cho từng giai đoạn trong đề tài, đồng thời thực hiện lập trình mô phỏng để vận hành các giai đoạn này Ngoài ra, sẽ xây dựng giao diện giám sát và điều khiển nhằm tối ưu hóa quá trình vận hành.

Chương 5 tổng kết và đánh giá hiệu quả của hệ thống, đồng thời chỉ ra những khuyết điểm và hạn chế cần khắc phục Ngoài ra, chương này cũng đề xuất định hướng phát triển cho đề tài trong tương lai.

THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Cụm phân phối thức ăn

2.1.1 Lựa chọn phương án dẫn thức ăn

Sau khi nghiên cứu các hệ thống chăn nuôi phổ biến trên thị trường, có ba phương án dẫn thức ăn chính: dẫn thức ăn dạng xích tải, dẫn thức ăn dạng vít tải và dẫn thức ăn dạng vít đùn.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

 Dẫn thức ăn dạng xích tải:

Hình 2.2 Hệ thống dẫn thức ăn dạng xích tải dạng thu gọn

1 Động cơ dẫn động; 2 Ống dẫn; 3 Co góc; 4 Hộp định lượng;

Hệ thống hoạt động bằng cách khởi động động cơ dẫn động để kéo xích và cánh gạt trong ống, đưa thức ăn từ bunke đến bộ phận định lượng Khi thức ăn đủ, cánh gạt sẽ trả thức ăn thừa về bunke và thiết bị cảm biến gửi tín hiệu dừng động cơ Sau khi cấp thức ăn xong, cơ cấu kéo dây cáp sẽ đưa thức ăn xuống máng ăn Hệ thống có năng suất cao, ổn định, ít phụ thuộc vào độ ẩm và kích thước vật liệu, đồng thời hoạt động ít tiếng ồn Tuy nhiên, nó phức tạp, nặng, chiếm nhiều diện tích và có chi phí chế tạo và lắp ráp cao.

 Dẫn thức ăn dạng vít tải

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn thức ăn dạng vít tải

Bảng 2.1 Các bộ phận của hệ thống dạng vít tải:

Trục vít Đóng mở nguồn

Nguyên lý hoạt động của hệ thống được mô tả như sau: Đầu tiên, nguồn động cơ (1) khởi động, truyền động cho trục vít (5) qua hộp giảm tốc (2) Trục vít quay sẽ mang thức ăn từ bun ke chứa (3) đến các bộ phận định lượng (7) Khi các hộp định lượng được điền đầy, lượng thức ăn dư thừa sẽ chảy vào thùng đựng bên ngoài Tiếp theo, trục kéo cáp (9) sẽ kéo quả lôi trong hộp định lượng, làm thức ăn bắt đầu chảy xuống máng Hệ thống có đặc điểm là chiếm diện tích nhỏ, với tốc độ quay của trục vít tương đối lớn, tuy nhiên chiều dài vận chuyển và năng suất bị giới hạn Khi vít tải hoạt động, vật liệu được đảo trộn mạnh mẽ.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ phần bị nghiền nát, năng lượng tiêu tốn nhiều hơn, hệ thống tương đối nặng và chi phí chế tạo khá cao

 Dẫn thức ăn dạng vít đùn

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lí hệ thống dẫn thức ăn dạng vít đùn

Bảng 2.2 Các bộ phận của hệ thống dạng vít tải

Bộ phận đóng mở nguồn

Nguyên lý hoạt động của hệ thống được thể hiện qua hình 2.4, tương tự như truyền động vít tải nhưng với vít tải ngắn hơn và không bịt kín ở cuối ống dẫn thức ăn Thức ăn được vận chuyển theo nguyên lý đùn, nơi thức ăn ở phía trước sẽ được đùn ra phía sau bởi vít tải, tiếp tục quá trình này cho đến khi tất cả các hộp định lượng đầy Hệ thống có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và thuận tiện trong việc tháo lắp trục vít để vệ sinh, đồng thời đảm bảo momen trục ổn định.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ vít không lớn, có thể phân phối thức ăn trong ống vận chuyển không thẳng, giá thành chế tạo rẻ hơn trục vít tải và xích tải Tuy nhiên, thức ăn phải luôn có sẵn trong ống vận chuyển và vệ sinh lòng ống khó

Để lựa chọn phương án truyền tải thức ăn tối ưu, cần tiến hành đánh giá dựa trên các tiêu chí khác nhau đã được xác định trong bảng 2.3 Mỗi tiêu chí sẽ được gán trọng số, tổng trọng số bằng 1, với các tiêu chí quan trọng hơn nhận trọng số lớn hơn Các phương án sẽ được chấm điểm theo thang điểm từ 0 đến 3, trong đó phương án nào có điểm số cao hơn sẽ được coi là tối ưu hơn Qua việc tính tổng điểm của từng phương án, chúng ta có thể xác định phương án phù hợp nhất với yêu cầu đề ra.

Bảng 2.3 Các tiêu chí so sánh lựa chọn phương án dẫn thức ăn

Dẫn được thức ăn rẽ hướng 0,3 3 1 3

Theo bảng 2.3, phương án dẫn thức ăn bằng vít đùn được lựa chọn do đáp ứng yêu cầu về hệ thống đơn giản, dễ lắp ráp và đặc biệt là chi phí thấp.

2.1.2 Tính toán, thiết kế cơ khí

 Với nhu cầu cung cấp thức ăn một lần là 24 kg

 Thời gian vận chuyển thức ăn là 20 phút

 Dạng thức ăn: dạng viên

 Sơ đồ 11 chuồng như hình 2.5 với đường màu đen là đường ống dẫn thức ăn

Hình 2.5 Sơ đồ chuồng có đường ống dẫn thức ăn a) Tính toán lựa chọn thông số vít tải

 Tính được năng suất như sau:

 Diện tích trung bình của dòng vật liệu trong vít tải:

 Vận tốc dòng vật liệu :

D: Đường kính ngoài của cánh vít (mm) n: Số vòng quay của trục vít (vg/ph) γ: Khối lượng riêng của vật liệu (kg/m 3 )

: Hệ số điền đầy đối với vật liệu, chọn  = 0,35  0,45 t: Bước vít (m), chọn t = (0,8÷1)D

Thay vào công thức (2.1) sẽ được:

60γ = 47,1. 𝐷 3 𝑛 γ Năng suất vít tải còn phụ thuộc vào góc nghiêng đặt máy β, vì vậy cần thêm hệ số 𝑐 β

Hệ số này được chọn theo bảng 2.4

Bảng 2.4: Hệ số ảnh hưởng do độ dốc đặt máy

 Như vậy năng suất Q có công thức cuối cùng :

Với các thông số cụ thể:

 Chọn hệ số điền đầy = 0,45;

 Khối lượng riêng của thức ăn γ = 535 kg/𝑚 3 ;

 𝑐 β = 1, do trục vít nằm ngang;

 Chọn tốc độ quay n= 100 vòng/ phút;

Thay vào công thức (2.2), đường kính ngoài cánh vít :

= 0,04 (𝑚) = 40 (𝑚𝑚) Theo tiêu chuẩn, chọn D = 55 mm

 Số vòng quay lớn nhất của trục vít tải được xác định bằng công thức thực nghiệm:

√𝐷 Trong đó k phụ thuộc vào vật liệu vận chuyển tra ở bảng 2.5

√0.05 = 111,8 𝑣/𝑝ℎ  Phù hợp với lựa chọn ban đầu

Bảng 2.5: Các hệ số tính toán cho vật liệu vận chuyển trong vít tải

Vật liệu Hệ số tính toán

Nhẹ, không sắc nhọn (hạt,…) 0,4 25 1,3

Hình 2.6 Các loại vít tải [14]

Bảng 2.6 Các kích thước vít tải trên thị trường

Thông số cánh vít theo tiêu chuẩn Đường kính trong d (mm) Đường kính ngoài D

(mm) Bước vít P (mm) Độ dày T

Dựa trên yêu cầu của đề tài và mục đích sử dụng vít tải, chúng tôi sẽ chọn vít tải được chế tạo từ vật liệu sắt mạ kẽm, với các thông số được trình bày trong bảng 2.7 Hình ảnh minh họa cho thiết kế này được thực hiện trên phần mềm Solidworks, như thể hiện trong hình 2.7.

Bảng 2.7 Kích thước vít tải được lựa chọn Đường kính trong Đường kính ngoài Bước Độ dày Chiều dài

Hình 2.7 Mô hình vít tải trên Solidworks

Hình 2.8 Lắp ghép vít tải với ổ đỡ phía động cơ

Hình 2.9 Lắp ghép vít tải với ổ đỡ phía tự do

Vít tải được lắp ghép với hai ổ đỡ từ thư viện Misumi, giúp định vị trục vít tải nằm chính giữa lòng ống trước khi lắp động cơ truyền tải Việc tính toán và lựa chọn động cơ truyền động cho vít tải là bước quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

- Công suất của trục vít ép:

𝜔: hệ số lực cản tra bảng 2.5

L = 0,5 m; k: hệ số xét sự mất mác do ma sát trong ổ trục k= 0,7;

Thay vào công thức (2.3) sẽ được:

- Công suất của động cơ điện:

Pct : Công suất cần thiết (kW)

: Hiệu suất của hộp giảm tốc (0,8 ÷ 0,92), chọn =0,9

- Momen xoắn trên trục vít tải:

 Từ thông số nêu trên , ta lựa chọn động cơ Misubishi 220V GM-SP 1,5 kW hình 2.10 với các thông số trong bảng 2.8

Bảng 2.8 Thông số động cơ Misubishi 220V GM-SP:

Công suất kW Số vòng quay Momment xoắn Khối lượng

Hình 2.10 Động cơ Misubishi 200V GM-SP [23]

Sau khi hoàn tất việc tính toán và chọn lựa động cơ, động cơ được lắp cố định như hình 2.11 Trục vít được kết nối với động cơ, được minh họa trên phần mềm Solidworks trong hình 2.11.

Hình 2.11 Lắp ghép động cơ với trục vít c) Phân tích, lựa chọn hộp định lượng, ống dẫn

Hộp định lượng hiện có trên thị trường với các kích thước đường kính kẹp ống dẫn tiêu chuẩn như 38, 45, 48, 50, 60 và 63 Để đảm bảo sự tương thích, cần chọn kích thước đường kính ống dẫn phù hợp với hộp định lượng Ví dụ, có thể chọn ống thép tròn đường kính 60mm, dày 2mm, cùng với hộp định lượng có đường kính kẹp 60mm của hãng SKIOD.

Hình 2.12 Hộp định lượng của công ty SKIOD [17]

Hình 2.13 Thép tròn mạ kẽm của tập đoàn Hòa Phát [22]

Hình 2.14 Minh họa hộp định lượng lắp vào ống dẫn trên Solidworks

Sau khi chọn hộp định lượng và ống dẫn thức ăn, hộp được lắp cố định với ống dẫn, với lỗ khoét trên thành ống để thức ăn rơi xuống hộp định lượng Đường ống được lắp đặt theo sơ đồ ban đầu, trên khung thép 40x40 Ống được gắn với khung bằng bộ ốc – móc Cuối ống có đầu tự do, cho phép thức ăn dư rơi xuống hộp đựng (màu cam) để tái sử dụng.

Hình 2.15 Minh họa bố trí đường ống trên Solidworks

Hình 2.16 Lắp ghép đường ống cố định trên khung

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ d) Tính toán chọn động cơ kéo

Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu kéo dây

Để đảm bảo thức ăn rơi xuống máng ăn cho heo, cần kéo tất cả các quả ngăn trong hộp định lượng bằng một động cơ AC có công suất phù hợp Động cơ sẽ hoạt động thông qua hệ cơ cấu ròng rọc, tạo ra lực kéo đồng thời cho tất cả các quả ngăn Khi động cơ quay, kết hợp với đối trọng, sợi dây sẽ luôn căng, giúp thức ăn trong hộp rơi xuống máng ăn cho đến khi hết Sau đó, động cơ sẽ xoay ngược chiều, làm cho các quả ngăn hạ xuống và ngăn kín miệng dẫn thức ăn của hộp định lượng.

Để thực hiện yêu cầu, động cơ cần kéo được tổng khối lượng khoảng 4,5 kg, bao gồm 11 quả ngăn nặng 100g mỗi quả và 1 quả nặng 3 kg dùng để căng dây cáp cho hệ thống.

 Lực cần thiết để kéo: P = mg = 4,5.9,8 = 44,1 N

 Công suất cần thiết của động cơ :

1000.0,8 = 0,028 (𝑘𝑊) với: F- lực (tải trọng), F = P = 44,1 N; v- vận tốc dài, v = 0,5 m/s; Ƞ- hiệu suất chung, Ƞ = 0,8;

 Chọn động cơ 9IDG-60FH công suất 60W có kích thước như hình 2.18

 Số vòng quay cần thiết của động cơ : Để kéo quả ngăn tốc độ v = 0,5 m/s thì số vòng quay của trục động cơ :

= π.d.v.60 =3,14.0,018.0,5.60 = 1,7 (rpm); với d-đường kính trục động cơ;

 Chọn hộp giảm tốc 9PBKBH có kích thước như hình 2.18

 Như vậy, sẽ chọn động cơ 9IDG-60FH+9PBKBH (hình 2.18) và thông số kỹ thuật trong bảng 2.9

Bảng 2.9 Thông số động cơ 9IDG-60FH+9PBKBH:

Công suất Tần số Điện áp Tỉ số truyền Số vòng quay Khối lượng

Hình 2.18 Động cơ 9IDG-60FH+9PBKBH [23]

Hình 2.19 Lắp động cơ trên khung thép

Sau khi lựa chọn động cơ, động cơ sẽ được gắn cố định trên khung đỡ, như thể hiện trong hình 2.19 Trục động cơ được kết nối với một puli để cuốn dây kéo quả nặng, thông qua các ròng rọc ở các điểm chuyển hướng của dây cáp, như minh họa trong hình 2.20 trên Solidworks.

Cụm vệ sinh

2.2.1 Cơ cấu truyền động của vòi rửa

Sau khi khảo sát mặt bằng chuồng heo tại gia đình, việc bố trí cụm di chuyển ở giữa mỗi chuồng sẽ giúp thuận tiện hơn trong quá trình vệ sinh Chúng tôi sẽ lần lượt xịt rửa tất cả các chuồng heo, với phương án lựa chọn là sử dụng cơ chế xịt rửa hiệu quả.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ cấu 2 nhánh, mỗi bên nhánh sẽ trang bị một vòi rửa, 2 vòi rửa sẽ được điều khiển bởi 1 động cơ quay tốc độ n thông qua cơ cấu tay quay - con trượt kết hợp với thanh răng- bánh răng làm vòi chuyển động Cơ cấu chuyển động của vòi rửa được minh họa theo sơ đồ nguyên lí hình 2.24 α

Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lí cơ cấu vòi rửa

Để đảm bảo hoạt động hiệu quả của cơ cấu, cần thiết kế một thanh ngang cố định cho việc lắp động cơ, định vị thanh răng-bánh răng và vòi rửa Thanh nhôm có sẵn trên thị trường sẽ được sử dụng cho mục đích này, như minh họa trong hình 2.25 Hình 2.25 trình bày mô hình thanh ngang và kích thước tương ứng trên phần mềm Solidworks.

 Tính toán góc phun nước:

Hình 2.26 Sơ đồ phân tích góc phun của 1 vòi Dựa vào hỡnh 2.26, kớch thước chuồng 2,2x2,2x1,5 tớnh gúc phun ứ1 như sau:

Để đảm bảo bộ truyền hoạt động hiệu quả, số răng của thanh răng phải bằng số răng của bánh răng Ngoài ra, các răng cần có cùng modul để đạt được sự ăn khớp tối ưu.

 Lựa chọn modul bánh răng m = 3; số răng trên thanh răng Z = 10 răng;

 Để vòi rửa quay góc 66 o với thanh răng di chuyển hết 10 răng thì đường kính vòng chia d của bánh răng: d = 𝑚 360 ứ 𝑍 = 3 360

 Thanh răng di chuyển 1 đoạn ∆x = Z.m.π 3.3,14 = 94 (mm)

𝐷Hình 2.27 Sơ đồ phân tích lực 1 nhánh của cụm vòi rửa

 Xột ∆ABD ở hỡnh 2.27 cú: AD = l1cosứ1;

 Xột ∆BCD ở hỡnh 2.27 cú: CD = l2cosứ2;

Vị trớ con trượt: Xct= AC= AD + CD= l1cosứ1 + l2cosứ2;

 Con trượt ở vị trí duỗi thẳng: Xctmax= 𝑙 1 + 𝑙 2 ;

 Con trượt ở vị trí chập lại: Xctmin= |𝑙 1 − 𝑙 2 | ;

 Hành trình con trượt : ∆x = Xctmax -Xctmin = 2𝑙 1 ; (2.7)

 Để vòi xịt quay một góc theo yêu cầu thì thanh răng phải di chuyển một đoạn ∆x

= 94mm, thay vào (2.7) tìm được bán kính đĩa xoay khâu 1 (r = l1):

 Với chiều dài khi duỗi thẳng: Xmax = 0,25 m

 Moment quán tính của thanh l2 (khối lượng của thanh m2 =0,32 kg):

 Xột phương trỡnh: Xct = l1cosứ1 + l2cosứ2;

 Với yêu cầu: thanh răng truyền động tốc độ lớn nhất: v = 0,05 m/s;

 Xột hỡnh 2.27 cú: AB.sin ứ1.sin ứ2 𝑠𝑖𝑛∅ 2 = ( 𝑠𝑖𝑛∅ 1 𝐴𝐵

 Chọn số vòng quay trục động cơ n = 10 rpm;

 Thiết kế đĩa xoay và tay đòn: từ các thông số tính toán ở trên tiến hành vẽ các chi tiết trên Solidworks:

Cơ cấu hoạt động được thiết kế dựa trên sơ đồ nguyên lý hình 2.24, trong đó đĩa xoay tác động lên tay đòn, dẫn đến việc tay đòn truyền lực cho bộ truyền thanh răng-bánh răng Mỗi bánh răng sẽ được trang bị một vòi xịt Quá trình thiết kế sẽ được thực hiện trên phần mềm Solidworks, sử dụng vật liệu thép C45 cho các thành phần chính.

Đĩa xoay hình tròn, được mô phỏng trên phần mềm Solidworks (hình 2.28), sẽ được lắp vào trục động cơ qua lỗ tâm, trong khi lỗ còn lại sẽ kết nối với một đầu của tay đòn.

Thanh đòn được sử dụng trong thiết kế như hình 2.29, với số lượng là 2 chiếc Một đầu của thanh được kết nối với đĩa xoay, trong khi đầu còn lại được gắn với thanh răng nhằm truyền động cho bánh răng.

Hình 2.29 Kích thước thanh đòn trên Solidworks

Để đảm bảo thanh răng di chuyển ổn định theo phương ngang, chúng ta sử dụng bộ thanh trượt – con trượt SSEBZ từ thư viện MISUMI Kích thước của bộ này được xác định theo hình 2.31 và bảng 2.10 Sau đó, thanh răng sẽ được lắp song song với con trượt thông qua tấm bích như thể hiện trong hình 2.32.

Hình 2.30 Thanh trượt – con trượt trong thư viện MISUMI

Hình 2.31 Kích thước thanh trượt – con trượt SSEBZ [24]

Bảng 2.10 Thông số thanh trượt – con trượt SSEBZ

Kí hiệu Kích thước mm Kí hiệu Kích thước mm Kí hiệu Kích thước mm

 Thiết kế tấm bích lắp ghép thanh răng song song với con trượt.

Tấm bích như hình 2.32a được lắp ghép chặt chẽ với thanh răng và con trượt, giúp dẫn hướng thanh răng song song với con trượt, như thể hiện trong hình 2.32b Kích thước của tấm bích được thiết kế trên Solidworks và đã được lắp ghép thành công trên mô hình.

 Phân tích động lực học:

Hình 2.33 Sơ đồ phân tích lực khâu 2

 Dựa vào sơ đồ hình 2.33 viết phương trình lực cho khâu 2:

Hình 2.34 Sơ đồ phân tích lực khâu 3

 Dựa vào sơ đồ hình 2.34, moment M3 (bánh răng tác dụng lên thanh răng) trong khâu 3:

Hình 2.35 Sơ đồ phân tích lực khâu dẫn 1

 Dựa vào sơ đồ hình 2.35, lực cân bằng đặt trên khâu dẫn là M được tính:

 Tính toán chọn động cơ :

Moment cần thiết cho động cơ:

 Công thức tính công suất động cơ:

9,55.1000.0,8 1,5 = 0,03(𝑊)  Chọn động cơ 8IDG-25G+8GBK-BMH 40W (hình 2.36) có số vòng quay n rpm có thông số kỹ thuật trong bảng 2.11 và có kích thước ở hình 2.36

Hình 2.36 Động cơ 8IDG-25G+8GBK-BMH [25]

Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật động cơ 8IDG-25G+8GBK-BMH

Vận tốc quay (vg/ph) Tỉ số truyền Tần số Điện áp Moment Khối lượng

Sau khi có động cơ, tiến hành thiết kế đồ gá (hình 2.37) để lắp cố định động cơ vào thanh chính của cụm vòi rửa

Hình 2.37 Đồ gá động cơ 8IDG-25G+8GBK-BMH

Hình 2.38 Mô hình solidworks cụm rửa

Mỗi bánh răng được lắp trên một trục, và mỗi trục được cố định bằng hai ổ đỡ bên dưới thanh ngang Sau khi hoàn tất việc tính toán và lựa chọn các bộ phận cơ khí, mô hình được vẽ trên Solidworks, như thể hiện trong hình 2.38, cho thấy sự kết nối giữa các bộ phận qua các mối nối cơ khí.

Với yêu cầu di chuyển đơn giản, dễ lắp ráp chế tạo, không cần độ chính xác về vận

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ tốc cao, do đó chọn kiểu di chuyển của cụm vệ sinh di chuyển lăn trên thanh ray thông qua lực kéo ở hai đầu giúp cụm vệ sinh di chuyển tới lui

 Thiết kế khâu cụm rửa lăn trên ray

Sắt thanh được sử dụng làm thanh ray cho cụm vòi rửa, cho phép di chuyển linh hoạt Để đảm bảo cụm vòi rửa di chuyển ổn định trên thanh ray, cần có một con lăn chữ V và hai con lăn bên để giữ cho cụm không bị lệch Nhờ vào thiết kế này, cụm vòi rửa có thể lăn tự do trên ray mà không gặp phải vấn đề lệch lạc.

2 con lăn bố trí 2 bên Sau khi lắp ráp các chi tiết vào khung ở hình 2.39c trên phần mềm

Solidworks phần di chuyển sơ bộ của cụm vòi rửa được minh họa hình 2.39g a Thanh ray b Con lăn trên ray c Khung d Con lăn hai bên

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ g Các chi tiết được lắp ghép trên Solidworks Hình 2.39 Các chi tiết của phần di chuyển cụm vòi rửa trên Solidworks

Để đảm bảo cụm có thể xịt tất cả các chuồng theo sơ đồ chuồng như hình 2.40, biên dạng ray cần được thiết kế theo đường màu đen trong hình và có kích thước cụ thể.

Hình 2.40 Bố trí ray trên sơ đồ chuồng Ray được lắp cố định trên khung thép hộp 40x40 minh họa trên Solidworks như

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ hình 2.41 và mối lắp ở hình 2.42

Hình 2.41 Lắp ray cố định trên khung thép

Hình 2.42 Mối lắp giữa ray với khung thép

Để thiết kế khâu kéo dây cho cụm rửa lăn trên ray, cần sử dụng lực kéo từ hai đầu thông qua dây cáp trung gian Việc này đòi hỏi bố trí một phần đồ gá kẹp dây hợp lý để đảm bảo cụm vòi rửa có thể di chuyển linh hoạt trên biên dạng ray.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ bên trên khung để cố định cụm rửa vào dây cáp Ở những chỗ có biên dạng ray cong, bố trí pu-ly tự do để dây cáp có thể uốn cong theo biên dạng ray như hình 2.43 Lúc đó, cụm rửa khi đi qua chỗ có biên dạng ray cong không bị vướng mà có thể đi qua do puly lăn tự do được minh họa ở hình 2.44

Hình 2.43 Cụm rửa sau khi lắp ghép thêm đồ kẹp dây cáp

Hình 2.44 Cụm rửa khi đi qua góc cong

 Lựa chọn loại dây kéo cho cụm

Tổng kết

Chương 2 đã tính toán được các kích thước, lựa chọn các chi tiết cấu tạo 2 cụm phân phối thức ăn và cụm vệ sinh, tính toán, lựa chọn các động cơ cần thiết cho 2 cụm Cuối cùng, thể hiện cấu tạo, lắp ghép của hai cụm và mô phỏng nguyên lí hoạt động của chúng trên phần mềm Solidworks Từ đó, tiếp tục thiết kế hệ thống kết nối các thiết bị điện và điều khiển 2 cụm ở các chương tiếp theo.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN

Phân tích, lựa chọn các khí cụ điện

3.1.1 Cảm biến a) Cảm biến báo đầy

Trong hệ thống phân phối thức ăn, việc lựa chọn cảm biến báo mức đầy là rất quan trọng để nhận biết thời điểm các hộp định lượng đã được lấp đầy Cảm biến số 1 (màu xanh) được lắp đặt ở hộp cuối cùng, vì khi hộp này đầy, có nghĩa là tất cả các hộp phía trước cũng đã được cung cấp đủ thức ăn.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN

Cảm biến điện dung Dinel CL-23N, như hình 3.3, là thiết bị lý tưởng để đo mức chất lỏng hoặc chất rắn có nhiệt độ dưới 150°C Với thiết kế nhỏ gọn và đa dạng kích thước, Dinel CL-23N rất phù hợp cho việc nhận dạng mức độ đầy của thức ăn trong hộp định lượng.

Hình 3.3 Cảm biến điện dung Dinel CLS-23N [27]

Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật cảm biến điện dung Dinel CL-23N:

Loại phát hiện Chất lỏng, chất rắn < 150 o ; dạng NPN

Ngõ ra Tín hiệu on/off; NO

Chiều dài cảm biến 50mm – 1000 mm

+ dây tín hiệu(đen); b) Cảm biến vị trí

Khi lựa chọn cảm biến vị trí cho cụm vòi rửa bằng kim loại, cần nhận diện vị trí của cụm và phát hiện vị trí của đối trọng trong cụm cho ăn để dừng việc thả quả ngăn đóng hộp Cảm biến tiệm cận NPN là giải pháp lý tưởng, vì nó có khả năng phát hiện vật thể kim loại mà không cần tiếp xúc, với khoảng cách tối đa lên đến 30mm, đảm bảo hoạt động ổn định và có tuổi thọ cao Do đó, cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX đã được lựa chọn, với số lượng 7 chiếc và thông số kỹ thuật được trình bày trong bảng 3.2.

Hình 3.4 Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX [28]

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX

Ngõ ra NO (Thường hở)

Dây màu nâu; màu xanh VCC; GND

Dây màu đen Tín hiệu

Chiều dài 18 mm Điện áp hoạt động 6 – 36 VDC

Khoảng cách phát hiện 0 mm - 4 mm

Phát hiện đối tượng Kim loại

Bố trí cảm biến gồm 6 cảm biến được sắp xếp theo hình 3.5, có chức năng phản hồi tín hiệu về bộ điều khiển, từ đó điều chỉnh việc tắt mở nước của vòi và dừng di chuyển cho cụm vòi rửa.

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí cảm biến tiệm cận của cụm vòi rửa

Cảm biến tiệm cận được lắp đặt để phát hiện vị trí của đối trọng trong cụm cho ăn (màu xanh lá), như thể hiện trong hình 3.6 Khi đối trọng đạt đến vị trí dừng, cảm biến sẽ nhận diện và dừng động cơ đóng hộp.

Hình 3.6 Bố trí cảm biến tiệm cận trong cụm cho ăn

Contactor là thiết bị điện hạ áp quan trọng, giúp thực hiện việc đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực Nhờ có contactor, người dùng có thể điều khiển các thiết bị như động cơ, tụ bù và hệ thống chiếu sáng thông qua nút nhấn, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa.

Contactor 1 pha Schneider được lựa chọn với thông số kỹ thuật tại bảng 3.3, đảm nhiệm vai trò đóng ngắt mạch động lực cho từng động cơ qua hệ thống điều khiển Với công nghệ tiên tiến, Schneider đảm bảo hoạt động ổn định, độ bền cao và giảm thiểu thời gian bảo trì.

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật chung Contactor Schneider Điện áp cuộn dây 220VAC, 50Hz

 Tính toán chọn contactor a) Cụm cho ăn

Để điều khiển một động cơ AC một pha phục vụ cho việc truyền tải thức ăn và một động cơ AC khác để kéo các quả nặng, cần lựa chọn hai contactor cho cụm điều khiển cho ăn.

-Với động cơ 1 pha, ta tính dòng điện thông qua công thức:

P là công suất động cơ (W)

U là điện áp sử dụng (U= 220V do ở Việt Nam động cơ 1 pha sử dụng điện 220V)

Cosφ là hệ số công suất Hệ số công suất là 0,8

-Với động cơ truyền tải thức ăn (M1) được lựa chọn ở chương 2 có công suất

P = 1,5kW, áp dụng công thức 3.1 tính được dòng điện:

 Lựa chọn contactor A9C20731 25A 1NO như hình 3.7 với dòng điện vào tối đa 25A

-Với động cơ kéo các quả ngăn trong hộp định lượng (M2) được lựa chọn ở chương 2 có công suất P = 60 W, áp dụng công thức 3.1 tính được dòng điện:

 Lựa chọn contactor A9C20731 25A 1NO như hình 3.7 với dòng điện vào tối đa 25A

Sơ đồ đấu dây của các contactor đã lựa chọn với các động cơ trong cụm cho ăn được thể hiện qua hình 3.8

Hình 3.8 Sơ đồ đấu dây contactor với động cơ trong cụm cho ăn

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN b) Cụm vòi rửa

Để điều khiển ba động cơ bao gồm động cơ kéo cụm vòi rửa (M3), động cơ truyền động vòi rửa (M4) và máy bơm nước (M5), đồng thời thực hiện chức năng đảo chiều cho động cơ kéo, cần sử dụng bốn contactor.

- Động cơ M3 được lựa chọn có P= 60 W, áp dụng công thức 3.1, tính được dòng điện:

- Động cơ M4 được lựa chọn có P= 40 W, áp dụng công thức 3.1, tính được dòng điện

- Động cơ M5 được lựa chọn có P= 125 W, áp dụng công thức 3.1, tính được dòng điện

Bảng 3.4 Bảng lựa chọn contactor Động cơ M3 M4 M5

Dựa trên các tính toán ở trên, các contactor sử dụng trong cụm vòi rửa được lựa chọn ở bảng 3.4 và ở hình 3.9

Sơ đồ đấu dây của các contactor đã lựa chọn với các động cơ trong cụm vòi rửa được thể hiện qua hình 3.10

Hình 3.10 Sơ đồ đấu dây contactor với động cơ trong cụm vòi rửa

Aptomat là thiết bị đóng cắt tự động, bảo vệ quá tải và ngắn mạch Trong đề tài sẽ sử dụng aptomat để phục vụ cho công dụng đó

Tổng công suất trong mạch động lực P= 1785 W, áp dụng công thức 3.1, dòng điện:

Aptomat dạng tép MCB 2P 25A EZ9F34125 của hãng Schneider, như thể hiện trong hình 3.11a, được lựa chọn để đóng ngắt và bảo vệ mạch động lực, dựa trên các tính toán kỹ thuật đã được thực hiện Thông số kỹ thuật chi tiết của thiết bị này được trình bày trong bảng 3.5.

MCB 2P 16 A EZ9F34110 của hãng Schneider, như thể hiện trong hình 3.11b, được chọn để đóng ngắt và bảo vệ mạch điều khiển, với thông số kỹ thuật chi tiết trong bảng 3.6 Ngoài ra, MCB 25A EZ9F34125 cũng là một lựa chọn khác cho các ứng dụng tương tự.

Hình 3.11 MCB 2P của hãng Schneider [29]

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của MCB 2P 25A EZ9F34125 Điện áp sử dụng 220V

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật của MCB 2P 10A EZ9F34110 Điện áp sử dụng 220V

Van nước điện từ kiểm soát dòng chảy của chất lỏng và khí, hoạt động dựa trên nguyên lý đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ Thay vì sử dụng tay, van điện từ sử dụng điện để điều khiển quá trình đóng mở Bài viết này sẽ tập trung vào việc ứng dụng van nước điện từ trong việc kiểm soát dòng chảy cho cụm vòi rửa.

Lựa chọn van điện từ nước Unid –Đài Loan có chất lượng tốt, độ bền cao, giá thành tương đối như hình 3.12, có thông số kỹ thuật ở bảng 3.7

Van hoạt động theo nguyên lý đóng mở tự động: khi không có điện, van ở trạng thái đóng, ngăn dòng nước chảy Khi cấp điện, cuộn coil tạo ra từ trường, hút màng van và mở khe hở cho phép nước lưu thông Khi ngắt điện, cuộn coil ngừng hoạt động, màng van tự động đóng lại, ngăn dòng nước tiếp tục chảy.

Hình 3.12 Van điện từ nước Unid [30]

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật van điện từ nước Unid Điện áp điều khiển 220VAC, 50Hz Đường kớnh ống ren trong ỉ21 mm

Nhiệt độ làm việc -5 o C đến 70 o C

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Áp suất chịu được tối đa 7kg/cm 2

Trạng thái bình thường NC

Trong nghiên cứu này, hai van được sử dụng để điều chỉnh luồng nước theo hình 3.13 Khi cụm rửa ở các vị trí không được xịt, van 1 sẽ đóng lại để ngăn dòng nước, trong khi van 2 mở ra cho phép nước chảy về bể, giúp tránh tình trạng tắc nghẽn ống dẫn.

Hình 3.13 Sơ đồ đường nước dẫn cấp cho cụm rửa

Nút nhấn là công tắc tạm thời dùng để tạo hoặc ngắt kết nối khi có áp suất phù hợp từ lực ngón tay Khi không còn lực tác động, nút nhấn sẽ trở về trạng thái bình thường Có ba loại nút nhấn chính: nút nhấn thường mở, nút nhấn thường đóng và nút nhấn kép.

+ Nút nhấn start: Chọn nút Scheider XB5AA61(hình 3.14), thông số trong bảng 3.8, số lượng: 1

Hình 3.14 Nút nhấn Scheider XB5AA61 [30]

Bảng 3.8 Thông số kĩ thuật nút nhấn Scheider XB5AA61:

Dòng điện định mức 10A Điện áp cách điện 600A

+Nút nhấn Stop: Chọn nút Scheider XB5AP42(hình 3.15), thông số trong bảng 3.9, số lượng: 1

Hình 3.15 Nút nhấn Scheider XB5AP42 [30]

Bảng 3.9 Thông số kĩ thuật nút nhấn Scheider XB5AP42

+ Nút dừng khẩn cấp: Nút nhấn Scheider XA2ES642, ở hình 3.16, thông số kỹ thuật trong bảng 3.10, số lượng:1

Hình 3.16 Nút dừng Scheider XA2ES642 [30]

Bảng 3.10 Thông số kĩ thuật nút nhấn Scheider XA2ES642:

Loại tiếp điểm 1 NC xoay

3.1.6 Lựa chọn bộ điều khiển

 Thống kê số lượng input output

Bảng 3.11 Số lượng input output của các thiết bị

STT Tên thiết bị SL Digital Analog Tín hiệu vào Tín hiệu ra

3 Cảm biến báo dừng thả quả ngăn 1 x x

5 Các cơ cấu tác động 9 x x

Bảng 3.12 Tổng số input output PLC cần:

Loại tín hiệu Số lượng

Kết luận

Chương 3 đã hoàn thành việc lựa chọn thiết bị điện cho các cụm cơ khí trong hệ thống chăn nuôi tự động Bên cạnh đó, đã thống kê số lượng input và output cần thiết, cũng như chọn bộ điều khiển phù hợp Cuối cùng, sơ đồ kết nối giữa các thiết bị đã được thể hiện rõ ràng.

XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN

TỔNG KẾT

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Cung Cấp Thức Ăn Và Vệ Sinh Chuồng Trong Chăn Nuôi Heo Tự Động
Trường học	Trường Đại Học Khoa Học Công Nghệ
Chuyên ngành	Chăn Nuôi
Thể loại	Đề Án Nghiên Cứu
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	9,71 MB