đồ án máy cắt cây xanh hàng rào bán tự động

đồ án máy cắt cây xanh hàng rào bán tự động được giải đồ án xuất sắc của khóa Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ 4.0, ngành cơ điện tử đã và đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong công nông nghiệp. Với các sản phẩm đặc trưng như máy tự động hóa và những robot thông minh, cơ điện tử đã dần nâng cao chất lượng cuộc sống, giúp con người giải phóng được sức lao động, thay thế con người làm việc trong những môi trường độc hại nguy hiểm.

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 (Ký tên ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Sau thời gian rèn luyện học tập suốt năm trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Đã giúp nhóm chúng em tích lũy kiến thức đại cương, sở ngành chuyên ngành vững Có kinh nghiệm để giải quyết, xử lý vấn đề gặp phải thực tế Đầu tiên nhóm chúng em kính gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Ths.Lê Hồng Hiệu Trong q trình thực hồn thiện đồ án tốt nghiệp đề tài “Thiết kế chế tạo thiết bị cắt tỉa hàng rào xanh” Thầy hướng dẫn tận tình giúp đỡ nhiệt tình nhóm hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp tốt Nhóm chúng em gửi lời tri ân đến tất Thầy/Cô Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Trong suốt thời gian năm dạy trang bị kiến thức tảng qua môn học giúp chúng em có đủ tự tin để thực đề tài tốt nghiệp Trong thời gian học tập, chúng em vô biết ơn tất Thầy/Cô Viện Kỹ Thuật Những người giúp đỡ, truyền cảm hứng, hướng dẫn dạy kiến thức liên quan đến chuyên ngành, kỹ mềm giúp chúng em hoàn thiện thân Sau cùng, nhóm chúng em kính chúc q Thầy/Cơ trường Đại học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh có thật nhiều sức khỏe thành cơng nghiệp cao quý để đào tạo kỹ sư, cử nhân tương lai có chất lượng Chúc Anh/Chị/Bạn/Em thành công đạt thành tựu to lớn lĩnh vực, đường chọn Chúng em xin chân thành cảm ơn! LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong mơi trường sống xanh đóng vai trị quan trọng việc trì sống Cây xanh hấp thu phản xạ lượng mặt trời chiếu xuống đất làm giảm sức nóng trái đất, hấp thu khí cacbonic gây hiệu ứng nhà kính Cũng sinh vật khác, xanh phát triển lớn mạnh theo thời gian Để giữ cho xanh tươi ngày cần phải chăm sóc liên tục Ngồi cơng việc tiếp dinh dưỡng cho tưới nước, bón phân việc cắt tỉa cành tạo viền cho xanh việc quan trọng giúp tăng thẩm mỹ cho sân vườn nhà bạn cơng trình cơng cộng đường xá, trường học, công viên, bệnh viện… Việc cắt tỉa hàng rào xanh nhiều thời gian công sức người lao động, đồng thời gây ảnh hưởng khơng đến vấn đề sức khỏe Với việc khoa học kỹ thuật ngày phát triển máy móc thay người lao động giảm thời gian công sức người lao động Vì việc thiết kế, chế tạo thiết bị cắt tỉa hàng rào, xanh nhu cầu cần thiết Tình hình nghiên cứu Hiện có nghiên cứu liên quan đến đề tài này, máy đời ngày hoàn thiện nhiều phương diện khác tính linh hoạt, tính sáng tạo…, khắc phục sai sót thường gặp Qua thời gian tìm hiểu với hướng dẫn bảo tận tình thầy, nhóm hoàn thành Đồ Án Tốt nghiệp Với kiến thức trang bị trình tìm hiểu tài liệu có liên quan thực tế Tuy nhiên khơng tránh khỏi sai sót ngồi ý muốn thiếu kinh nghiệm thực tế thiết kế Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu chức năng, ngun lý, cấu mơ hình thiết bị cắt tỉa hàng rào xanh Thiết kế, chế tạo kết cấu nguyên lí máy phù hợp với thực tế Nghiên cứu phương pháp điều khiển thích hợp sở ứng dụng kỹ thuật xây dựng giải pháp phần cứng phần mềm Solidworks để chế tạo máy Gia công, lắp ráp kiểm nghiệm máy để tiến hành chạy thực nghiệm Bên cạnh đó, tạo thuận lợi an tồn cho cơng nhân làm việc ngồi đường Nhiệm vụ nghiên cứu Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu, thiết kế thiết bị cắt tỉa hàng rào xanh, đưa phương án, hoàn thiện mơ hình sản phẩm Để thiết kế máy phù hợp ta cần biết: - Đi khảo sát thị trường, thăm dò nhu cầu người sử dụng muốn thiết kế kiểu dáng nào, khối lượng máy khoảng bao nhiêu, cách vận hành nào, chức đặc trưng… - Phân tích ưu nhược điểm ý tưởng để chọn máy phù hợp - Sử dụng phần mềm solidworks để thiết kế khung thiết bị chắn nhất, đồng thời chọn vật liệu phù hợp với nhu cầu thiết kế - Kiểm nghiệm/Thực nghiệm kết nghiên cứu  Hoàn thành sản phẩm máy cắt tỉa hàng rào xanh  Hiệu làm việc máy phải đạt 80% trở lên Phương pháp nghiên cứu 5.1 Cơ sở phương pháp luận Phương pháp nghiên cứu nguyên tắc cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt đến chân lý khách quan dựa sở chứng minh khoa học Theo định nghĩa cần phải có nguyên tắc cụ thể dựa theo vấn đề giải Nghiên cứu nguyên lý hoạt động cấu hoạt động, động truyền động, tính tốn suất lý thuyết ngun lý thực tế áp dụng Dựa vào nhu cầu sử dụng máy cắt tỉa hàng rào xanh thay cho phương pháp gia công, dựa vào khả công nghệ gia cơng máy Từ có bao qt đắn việc tính tốn, thiết kế chế tạo máy cắt tỉa hàng rào xanh 5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Việc chế tạo máy hoạt động tốt tạo điều kiện cho sinh viên có hội học tập nghiên cứu cách thực tế hội tốt giúp sinh viên khỏi bỡ ngỡ làm việc thực tế Để thực đề tài sử dụng số phương pháp: Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo nguồn tài liệu văn bản: sách, giáo trình, tài liệu tham khảo, viết từ internet, cơng trình nghiên cứu… nhằm xác định phương án điều khiển, gia công tối ưu cho máy Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm trình q trình cắt gọt thực tế, lấy làm sở việc tính tốn, thiết kế chế tạo chi tiết máy Phương pháp phân tích: Sau tham khảo, nghiên cứu tài liệu có số liệu cần thiết việc phân tích số liệu tài liệu có liên quan điều cần thiết Phương pháp mơ hình hóa: Xây dựng mơ hình 3D phần mềm Sodidworks Gia công, chế tạo sản phẩm mục tiêu đề tài, hội để áp dụng kiến thức học thực tập, thách thức với kiến thức mà thực tiễn đòi hỏi đặt Ý nghĩa thực tiễn Về mặt khoa học, đề tài vận dụng kiến thức, kỹ thuật công nghệ lĩnh vực điện tử nhằm giải công việc cách hiệu Về mặt thực tiễn, thiết bị đời giúp tốn nhân lực việc chăm sóc cảnh quan môi trường hơn, đỡ gây rủi ro cho cơng nhân q trình làm việc tiết kiệm thời gian hiệu Không vậy, đời robot phần trình cơng nghiệp hóa, đại hóa nước ta nay, góp phần cho đất nước ngày xanh, sạch, đẹp Các kết đạt đề tài Máy thiết kế gọn, dễ tháo lắp cho việc sử dụng, tiết kiệm nguyên liệu, thân thiện với mơi trường Nhưng cịn hạn chế việc nâng hạ lưỡi cắt theo nhu cầu, chưa có tính linh hoạt việc cắt tỉa biên dạng khác Khung sườn làm thủ cơng nên độ xác sai số, chưa thẩm mỹ Thiết lập mạch điện xe chưa hồn thiện cịn nhược điểm dây cho máy Kết cấu đồ án Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan giải pháp Chương 3: Phương pháp giải Chương 4: Quy trình thiết kế Chương 5: Thi cơng Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu đề tài Trong thời đại công nghiệp hóa, đại hóa đất nước với phát triển vượt bậc khoa học công nghệ 4.0, ngành điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi công nông nghiệp Với sản phẩm đặc trưng máy tự động hóa robot thơng minh, điện tử dần nâng cao chất lượng sống, giúp người giải phóng sức lao động, thay người làm việc môi trường độc hại nguy hiểm Trong lĩnh vực cảnh quan đô thị ngày máy móc dần thay người lao động Việc cắt cỏ nền, cắt tỉa hàng rào tạo viền cho xanh … máy móc thực hiện, với phát triển tự đơng hóa việc tránh cho người lao động gặp nguy hiểm môi trường nắng gió, nhiểm Chúng em Thầy Ths Lê Hồng Hiệu trường ĐH Công Nghệ TPHCM hướng dẫn tìm tịi nghiên cứu thiết kế chế tạo máy cắt tỉa xanh khuôn viên trường học, công viên… Việc cắt tỉa để gọn gàng mà cịn phải thẩm mỹ kỹ thuật cắt tải quan trọng Với máy cắt tỉa xanh chúng em nghiên cứu phận cắt tỉa cho máy Việc cắt tỉa phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dạng hình học dao (độ sắc, góc mài, chiều dày dạng cạnh sắc dao), đặt tính vật liệu cắt (tính chất lý vật liệu cắt), chế độ động học, động lực học cắt, tỉa… Hình 1.1: Hình ảnh xanh khu R 1.2 Một số phương pháp sử dụng để tỉa viền xanh Mặc dù nhu cầu cắt tỉa tạo viền nước ta cần thiết, công việc cắt tỉa xanh chủ yếu thủ công chủ yếu kéo máy móc cắt tỉa cần người trực tiếp vận hành Cho đến nay, từ thông tin thu thập qua tạp chí khoa học cơng nghệ, nguồn thông tin cấp thành phố, cấp nhà nước, việc cắt tỉa xanh hầu hết sử dụng phương pháp thủ công như: 1.2.1 Tỉa kéo Đây phương pháp thủ công người sử dụng Người cắt cần sử dụng dụng cụ kéo để cắt tỉa cỏ Tuy nhiên, phương pháp khơng có suất độ xác khơng cao Gây cản trở cắt có kích thước lớn Hình 1.2: Cắt tỉa kéo 1.2.2 Dùng máy cầm tay Máy cưa cầm tay trợ thủ đắc lực cho người dùng công việc cắt cây, cắt cưa cành, cắt gỗ, làm vườn, chăm sóc cảnh, đốn củi, cắt lâm nghiệp,… Máy cưa cầm tay sở hữu công suất cao, vận hành mạnh mẽ ổn định giúp việc cắt trở nên nhanh chóng, thuận tiện nhiều, tiết kiệm tối đa thời gian, cơng sức chi phí th nhân cơng Tuy nhiên, máy cưa có nguy gây tai nạn lao động người dùng không cẩn thận trình cắt tỉa cây, đốn gỗ Hình 1.3: Cắt tỉa máy cầm tay Kết hình dáng sau tỉa phụ thuộc nhiều vào tay nghề người thực Chi phí cho việc tỉa lớn công việc thường xuyên thực Để hình dạng viền sau tỉa khơng cịn lệ thuộc vào tay nghề công nhân thực bớt nặng nhọc cho người lao động phải thao tác đường Vì thiết kế máy cắt tỉa hàng rào, xanh cần thiết 1.2.3 Một số loại cảnh trồng viền hoa a) b) c) d) Hình 1.4: Một số loại cảnh trồng viền hoa - Khoảng hở đỉnh răng: c = 0,3 x = 0,9 Tính tốn cho bánh bị động - Số răng: 59 z = = - Đường kính vòng chia: d = m x z = 59 x = 177 ( mm ) - Đường kính đỉnh răng: d = d +2m = 183 (mm ) - Đường kính chân răng: d = d – 2( m + c ) = 177 – x ( + 0,9 ) = 169,5( mm ) - Chiều cao chân răng: h = m + c = + 0,9 = 3,9 ( mm ) - Chiều cao đầu răng: h = m = ( mm ) - Khoảng hở đỉnh răng: c = 0,3 x = 0,9 Tính tốn trục Chọn vật liệu Chọn vật liệu chế tạo trục thép C45 tôi, thường hóa có giới hạn bền σ = 600 (Mpa) có giới hạn chảy σ = 340 (Mpa) Ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 12…20 (MPa) Phân tích lực tác dụng lên truyền: F lực hướng tâm tác dụng lên trục từ truyền xích Hình A.1: Lực hướng tâm Fr 79 F = F x k = 420 x 1.05 = 441 N Chọn k = 1.05: Góc nghiêng nối tâm trục < 40 - Theo (10.9) đường kính trục thứ k với k = 1…3; trích tài liệu [Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí-tập1]: d = = 19,25 mm, chọn d = 20 ( mm ) [ ] Trong đó: - T = - , , = , , = 17142,85 ( Nmm ) Chọn [𝜏] = 12 Sơ đồ không gian trục Hình A.2: Biểu đồ nội lực trục F = F x cos ( 10 ) = 434.3 N F = F x cos (10 ) = 76.8 N Phân tích lực gối tựa trục: Xét mặt phẳng Oyz Momen gây điểm A Σ M (F ) ⇒ F Σ(y) = ⇒ F x 180 = F +F =F x 240 ⇒ F ⇒F = 325.8 N = 108.5 N 80 Xét mặt phẳng oXz Momen gây điểm A Σ M (F ) ⇒ F ⇒F x 180 = F x 240 ⇒ F = 57.6 N = 19.2 N Tính mơmen uốn tổng mơmen tương đương tiết diện chiều dài trụ Momen tương đương tiết diện j: Mđ= M + 0.75T M = M +M Đường kính trục tiết diện j: M + M + 0.75T Mđ = 0.1[σ] d = 0.1[σ] Chọn tiết diện trục: Ứng suất cho phép [σ] = 65 Mpa Ta tính được: d = [ ] = √ × × Chọn d = 20 mm Thông số trục 1: - Chiều dài trục: 710 mm - Momen: 24429.38 N.m - Đường kính: 20 mm 81 = 17.9 mm Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi Kiểm tra hệ số an toàn: S S S = ≥ [S ] S +S Với: S = S = K σ σ +ψ σ τ K τ +ψ T [S] = giá trị hệ số an toàn cho phép Giới hạn mỏi uốn thép cacbon: σ = 0.436σ = 0.436 × 600 = 261.6 Mpa Giới hạn xoắn uốn: τ = 0.58σ = 0.58 × 261.6 = 151.73 Mpa Vì trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên: Giá trị trung bình ứng suất pháp tiết diện j: σmj = Biên độ ứng suất pháp tiết diện j: σaj = σmaxj = Mj / Wj Trong Mj momen uốn tổng M = M +M Tra bảng 10.6 [10] cơng thức tính momen cảm uốn W j: W = πd 32 Giá trị trung bình ứng suất pháp tiết diện j: τmj = Biên độ ứng suất pháp tiết diện j: τaj = τmaxj = Tj / 2Woj Tj momen xoắn tiết diện j Woj momen xoắn, với trục có có tiết diện trịn: 82 W = πd 16 Hệ số Ψσ, Ψτ hệ số ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra bảng 10.7 [10] Ψσ = 0.05, Ψτ = Hệ số Kσj Kτj: K =( K + K − 1)/K ε K =( K + K − 1)/K ε Kx hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt Kx = 1.06 trục gia công tiện nhám Ra = 2.5 ÷ 0.63 ứng với giới hạn bền σb = 600 Mpa Ky hệ số tăng bền bề mặt trục = 2, bề mặt trục thấm cacbon K = 1.47 lấy từ bảng 10.11 trích tài liệu [Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí-tập1], εσ ετ hệ số kích thước lấy từ bảng 10.10 trích tài liệu [Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí-tập1], Bảng 3.1A: Thơng số để kiểm nghiệm độ bền mỏi trục Trục Vị trí Wj Woj εσ ετ σa 0.92 0.89 τa sσ sτ s (tiết diện) A 785.4 1570.8 ⇒ Tất hệ số thỏa điều kiện bền 83 5.45 x 48.8 x Tính tốn chọn ổ lăn N = 200 vịng/phút Đường kính ổ lăn trục d = 20 mm Do trục không chịu lực dọc nên ta chọn ổ bi Chọn ổ theo khả tải động Trục 1: vị trí ổ lăn C A Lực hướng tâm vị trí ổ: F = Y +X = 57.6 + 325.8 = 330.85 N F = Y +X = 19.2 + 108.5 = 110.18 N Xét tỉ số: 𝑖𝐹 𝐶 Với i: số dãy lăn Fa tổng lực dọc trục Lực dọc trục = theo bảng 11.4 trích tài liệu [Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khítập1] ta có X = 1, Y = Tải trọng quy ước lên ổ: Theo cơng thức ( 11.3) trích tài liệu [Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí-tập1], tải trọng động quy ước: 84 Q = (XVF + YF )K K = (1 × × 330.85 ) × × 1.2 = 397.02 N Q = (XVF + YF )K K = (1 × × 110.18) × × 1.2 = 132.2 N Với V = vòng quay nhiệt độ < 105 Kt = hệ số ảnh hưởng nhiệt độ Kđ = 1.2 chế độ làm việc va đập nhẹ, tải ngắn hạn theo bảng 11.3 trích tài liệu [Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí-tập1 QC > QA nên tính ổ theo thông số C Khả tải trọng động quy ước xác dịnh theo cơng thức (11.1) trích tài liệu [Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí-tập1] Thời gian làm việc tương đương tính triệu vịng quay: L= 60nL 60 × 200 × 20000 = = 240 ( triệu / 𝑣ò𝑛𝑔) 10 10 C = Q √L = 397.02 x √240 = 2467.27 = 2.47 kN < C = 10 ( kN ) Vậy khả tải động ổ lăn đảm bảo M = sử dụng ổ bi đỡ Từ ta chọn thông số ổ lăn Bảng 4.1A: Thông số ổ lăn Kí hiệu d, mm D, mm B, mm r, mm ổ Đường C, kN C0, kN 10 6.3 kính bi, mm 204 20 47 14 1.5 85 7.94 Phụ lục B: Mô kiểm nghiệm chi tiết Mô khung Bảng 1.1B: Thơng tin mơ hình Mơ hình Tên tài liệu Treated As Thuộc tính chi tiết Khung máy Solid Body Khối lượng: 40.43 kg Thể tích: 0.005183735 m3 86 Thuộc tính vật liệu Bảng 1.2B: Thơng tin vật liệu Mơ hình tham khảo Tính chất Tên: Thép C45 Loại mơ hình: Đẳng hướng đàn hồi tuyến tính Tiêu chí lỗi mặc định: Khơng xác định Sức mạnh suất: 5.8e + 08 N/m Độ bền kéo: 7.5e + 08 N/m Mô đun đàn hồi: 2.1e + 11 N/m Tỷ lệ Poisson: 0,28 Mật độ khối lượng: 7800 kg/m3s Mô đun cắt: 7.90e + 10 N/m2 87 Lực tác dụng Bảng 1.3B: Vị trí tác dụng lực độ lớn lực Tên loại tải Hình loại tải Chi tiết tải Lực Thực thể: mặt Kiểu: Áp dụng lực bình thường Giá trị: 120 N Lực Thực thể: mặt Kiểu: Áp dụng lực bình thường Giá trị: 200 N Lực Thực thể: mặt Kiểu: Áp dụng lực bình thường Giá trị: 50 N 88 Mô trục Bảng 2.1B: Thông tin mô hình Tên tài liệu Treated As Trục Solid Body Thuộc tính chi tiết Khối lượng: 0.058 kg Thể tích:0.0735 m3 Thuộc tính vật liệu Bảng 2.2B: Thuộc tính vật liệu Mơ hình tham khảo Tính chất Tên: Thép C45 Loại mơ hình: Đẳng hướng đàn hồi tuyến tính Tiêu chí lỗi mặc định: Không xác định Sức mạnh suất: 5.8e + 08 N/m Độ bền kéo: 7.5e + 08 N/m Mô đun đàn hồi: 2.1e + 11 N/m Tỷ lệ Poisson: 0,28 Mật độ khối lượng: 7800 kg/m3s Mô đun cắt: 7.90e + 10 N/m2 Hệ số giãn nở nhiệt: 1.1e - 05/Kelvin 89 Lực tác dụng Bảng 2.3B: Vị trí tác dụng lực độ lớn lực Tên loại tải Hình loại tải Chi tiết tải Lực Thực thể: mặt, điểm Kiểu: Áp dụng lực bình thường Giá trị: 325.8 N 57.6 N Lực Thực thể: mặt, điểm Kiểu: Áp dụng lực bình thường Giá trị: 434.3 N 76.8 N Lực Thực thể: mặt, điểm Kiểu: Áp dụng lực bình thường Giá trị: 108.5 N, 19.2 N 90 Phụ lục C: Chương trình code loat distance; float distanceCm; float getnumber; float getnumber2; #include "SRF05.h" #include "BTS7960.h" const uint8_t EN = 2; const uint8_t L_PWM = 7; const uint8_t R_PWM = 6; const uint8_t EN2 = 52 ; const uint8_t L_PWM2 = 22; const uint8_t R_PWM2 = 23; const int trigger = 11; const int echo = 10; const int trigger2 = 13; const int echo2 = 12 ; SRF05 SRF(trigger, echo); SRF05 SRF1(13,12); BTS7960 motorController(EN, L_PWM, R_PWM); BTS7960 motorController2(52, 22, 23); void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(R_PWM, OUTPUT); pinMode(L_PWM, OUTPUT); pinMode(R_PWM2, OUTPUT); 91 pinMode(L_PWM2, OUTPUT); //SRF.setCorrectionFactor(1.035); } void loop(){ getnumber = SRF.getCentimeter() ; // xét k/c cảm biến getnumber2 = SRF1.getCentimeter() ; Serial.println(SRF.getCentimeter(), 0); Serial.println(SRF1.getCentimeter(), 0); Serial.println(getnumber); Serial.println(getnumber2); delay (100); if ( ( getnumber>= 50) && ( getnumber2 >=50)) { motorController.Enable(); motorController2.Enable(); int speed =255; motorController.TurnRight(speed); motorController2.TurnRight(speed); delay(100); } else if (( getnumber