đồ án môn học thiết kế hệ dẫn động cho kho hàng tự động 2

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍThiết kế hệ dẫn động cho kho hàng tự độngNgành Cơ Điện Tử-Chuyên ngành Kỹ thuật Cơ Điện tử-Giảng viên hướng dẫn:Nhóm Chuyên

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Thiết kế hệ dẫn động cho kho hàng tự độngNgành Cơ Điện Tử-

Chuyên ngành Kỹ thuật Cơ Điện tử

-Giảng viên hướng dẫn:

Nhóm Chuyên môn: Thiết kế hệ thống cơ khí

HÀ NỘI, - 2023

Chữ ký của GVHD

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ

Khoa Cơ điện tử

NCM HTXTĐ

SME.EDU - Mẫu 6.aHọc kỳ: 2023.01Năm học: 2023-2024

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍMã HP: ME4506

Thời gian thực hiện: 16 tuần;Mã đề: APS4-…

ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔNNGƯỜI RA ĐỀCB Hướng dẫn

Ngày giao nhiệm vụ: …/…/2023;Ngày hoàn thành: …/…/2023Họ và tên sv:……….…………MSSV: ………… Mã lớp: ………… Chữ ký sv: ……

I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ dẫn động cho kho hàng tự động

II Số liệu cho trước:

1 Thời hạn phục vụ: = 18000 (h)lh

1

2 Đặc tính tải trọng: êm va đập nhẹ va đập vừa

Cụm xe nâng:

3 Đường kính lăn bánh răng 3 3 = 180 (mm)d

4 Chiều cao xe nâng h = L/4 = 325 (mm)5 Chiều dài xe nâng = 1300 (mm)L

11 Chiều dài xe di chuyển 1 = 1000 (mm)L

12 Chiều dài phần đặt hàng trên xe 2 = 700 (mm)L

III.Nội dung thực hiện:

1 Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật

- Tổng quan về hệ thống- Nguyên lý hoạt động

- Xác định các thành phần cơ bản và thông số/yêu cầu kỹ thuật của hệ thống

hệ dẫn động xe di

- Xây dựng bản vẽ chế tạo 1 chi tiết

4.Mô phỏng nguyên lý hoạt động (động học)

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ HỆ DẪN

ĐỘNG CỦA KHO HÀNG TỰ ĐỘNG

1.1- Sơ đồ bố trí, nguyên lý của hệ thống kho hàng tự động

1.1.1- Bổ sung hoàn chỉnh sơ đồ, thiết lập hệ tọa độ cho xe hànga, Bổ sung hoàn chỉnh sơ đồ :

-Cụm xe di chuyển hàng tự động:

Nhận thấy sơ đồ động học ban đầu còn có một số phần tử, thiết bị chưa đượcthêm vào sơ đồ và đánh số xác định Sau khi kiểm tra, em xin đưa ra sơ đồ độnghọc đã được bổ sung như sau:

Hình 1.1- Sơ đồ động học hệ KHTĐ (đã bổ sung)

Cụ thể, các phẩn tử, chi tiết được bổ sung là:

- Động cơ 15 dẫn động cho hộp giảm tốc (HGT) 5 của xe di chuyển;- Động cơ 16 dẫn động cho bộ truyền xích 13;

- Cụm nối trục 17, cụm này nối trục truyền động của HGT 1 với động cơ 4;- Cụm nối trục 18, cụm này nối trục truyền động của HGT 5 với động cơ 15;

- Cụm đĩa xích truyền động các con lăn, cụm này ký hiệu thứ tự 19;- Cảm biến đo khoảng cách 20;

- Cụm công tắc tiếp điểm truyền điện cho động cơ trong kho chứa hàng 21;Kết hợp với đó, thứ tự các phần tử, thiết bị từ 1 đến 14 đã được ký hiệu từ đềbài

- Khung kho chứa các kiện hàng:

Hệ khung kho là nơi chứa các kiện hàng K12

Hệ khung kho được tạo ra từ việc lắp ghép các thanh thép định hình lại vớinhau (nhờ mối hàn hoặc các kết nối cơ khí) Khung kho có các ô chứa được bốtrí theo phương ngang, và phương thẳng đứng, mỗi ô kho được thiết kế dạnghình hộp, có mặt đáy là các thanh con lăn được dẫn động bằng động cơ để đưahang ra vào kho, được thiết kế căn cứ vào các kích thước ở H1.5

Hình 1.2- Kết cấu sơ bộ khung kho chứa hàng

b- Thiết lập hệ tọa độ và phương di chuyển cho các bộ phận cơ bảntrong xe hang tự động

Để tiện lợi cho việc xác định phương, chiều khi tính toán, ta gắn hệ toạ độDescartes Oxyz vào sơ đồ như sau (H1.3; H1.4):

- Gốc tọa độ O gắn vào góc chân cột sát mặt nền cố định;

- Trục Oz thẳng đứng, song song với đường tâm trục cột 14 chiều dươnghướng lên trên;

- Trục Ox phương ngang chiều dương hướng sang phải;

- Trục Oy phương vuông góc với Ox và Oz chiều dương hướng vào trongkho

1- HGT 2 cấp; 2- Hệ thống con lăn giữ xe; 3- Hệ bánh răng, thanh răng; Động cơ; 9- Hệ thống nâng; 14- Cột dẫn hướng; 17- Cụm nối trục.

4 Cụm dẫn động di chuyển kiện hàng theo phương Ox

1.1.2- Phân tích nguyên lý hoạt động hệ kho hàng tự động

Khi cất kiện hàng: lúc này hệ thống đang ở vị trí chuẩn ban đầu (vị trí nàysẽ được định nghĩa sau).

Bước 1- Kiện hàng K12 được đặt lên mặt sàn CL7; HGT 1 truyền chuyểnđộng cho bộ truyền BRTR3 ứng với chiều quay dương cho HN9 đi lên (nâng cảK12 và XDN11) theo phương Oz tới độ cao yêu cầu thì dừng lại;

Bước2 - HGT 5 của xe XDN11 khởi động kéo hệ bánh xe 8 (BX8) với chiềuquay sao cho XDN11 di chuyển sang phải theo phương Ox đến vị trí yêu cầusao cho cụm tiếp điểm 21 chạm vào tiếp điểm ở trên khung kho chứa hàng thìdừng lại;

Bước 3- Bộ truyền xích 13 quay (nhờ khởi động động cơ 16), và truyềnchuyển động cho CL7 với chiều quay dương, đồng thời khi đó mạch phụ đãđóng sẽ cung cấp 1 nguồn điện song song với động cơ 16 cho động cơ phụ ởtrong kho chứa hàng để dẫn động các con lăn trong kho quay cùng chiều vớiCL7, K12 tiếp tục được các con lăn này đẩy vào vị trí ngăn chứa yêu cầu củakhung kho chứa hàng cho tới khi cảm biến đo khoảng cách ở trong kho có tínhiệu cho biết hàng đã vào đúng vị trí yêu cầu thì sẽ ngắt nguồn điện cho cảTĐX13 lẫn động cơ trong kho để chờ quá trình hoạt động tiếp theo;

Bước 4- HGT 5 của XDN11 khởi động nhưng đảo chiều quay kéo hệ BX8đưa XDN11 di chuyển sang trái theo phương ngang về vị trí ban đầu thì dừnglại và chờ;

Bước 5- HGT 1 truyền chuyển động cho bộ truyền BRTR3 với chiều quayngược lại đưa hệ thống HN9 đi xuống tới vị trí ban đầu (HN9 ở vị trí thấp nhấtcó thể - ví trí chuẩn ban đầu) thì dừng lại và chờ;

Khi lấy kiện hàng: giả sử cần lấy K12 ở một ngăn ô chứa nào đó của kệchứa hàng; lúc này hệ thống đang ở vị trí chuẩn ban đầu, quá trình lấy K12 nhưsau:

Bước 1- HGT 1 truyền chuyển động cho bộ truyền BRTR3 ứng với chiềuquay dương cho HN9 đi lên (nâng cả K12 và XDN11) theo phương Oz tới độcao yêu cầu thì dừng lại;

Bước 2- HGT 5 của xe XDN11 khởi động kéo hệ bánh xe 8 (BX8) với chiềuquay sao cho XDN11 di chuyển sang phải theo phương Ox đến vị trí yêu cầusao cho cụm tiếp điểm 21 chạm vào tiếp điểm ở trên khung kho chứa hàng thìdừng lại;

Bước 3-khi này cảm biến sẽ báo tín hiệu để hệ thống nhận biết xem bêntrong có hang hay không, nếu không có hang thì sẽ báo lỗi và gửi tín hiệu vềngười quản lý kho, còn nếu có hàng sẽ khởi động động cơ 13 nhưng theo chiềuquay ngược lại; khi đó cả 13 và động cơ phụ bên trong cùng quay nhưng làngược chiều dương, K12 được đẩy từ trong ngăn ô chứa của kệ chứa hàng lênmặt sàn hệ CL7, do đó K12 được lăn ra cho đến khi cảm biến 20 có tín hiệu đođược khoảng cách gần nhất định như đã lập trình (tức là kiện hàng đã được đưalên CL7 đúng vị trí) thì mới ngắt chuyển động bộ TĐX13;

Bước 4- XDN11 được đảo chiều quay, chở K12 di chuyển tới vị trí yêu cầu

nằm (thuộc) trên phương ngang thì dừng lại và chờ;

Bước 5- HGT1 đảo chiều quay, do đó HN9 hạ cả cụm XDN11 và K12xuống vị trí yêu cầu nằm (thuộc) trên phương đứng thì dừng lại và chờ;

Bước 6- K12 được lấy (vận chuyển) ra khỏi mặt sàn hệ CL7 của XDN11, vàkết thúc quá trình lấy K12.

Nếu tiếp tục cất hoặc lấy K12, các bước được thực hiện như trên;

1.2- Số liệu ban đầu; yêu cầu kỹ thuật

1.2.1- Xây dựng điều kiện ràng buộc về hình học

Các kiện hàng sau khi qua hệ thống dẫn động sẽ được đưa vào trong khohàng Để các kiện hàng có thể đặt đúng vào các ngăn của khung kho thì chúngta phải xây dựng các điều kiện ràng buộc Từ đó mới đảm bảo kích thước nhưchiều dài, chiều rộng, chiều cao, độ sâu của kho, v.v

Hình 1.5- Bổ sung ký hiệu hình chiếu đứng sơ đồ KHTĐ

Hình 1.6- Bổ sung ký hiệu hình chiếu ngang sơ đồ KHTĐ

Điều kiện ràng buộc hình học của cụm xe nâng trong hệ Oxyz gồm có- Độ cao giới hạn tối thiểu h của cụm xe nâng phải thỏa mãn:0

Trong đó:

h- Chiều cao xe nâng (cho trước, mm);rcl- Bán kính con lăn xe nâng (mm).

- Độ cao giới hạn tối đa h xe nâng phải thỏa mãn:1

h < h < H – (r + (10 ÷ 15))

Với H là độ cao khống chế hành trình nâng của cụm xe, dựa vào chiều caocủa khung chứa hàng

Điều kiện ràng buộc của cụm xe di chuyển theo phương ngang Ox là

Với L là khoảng cách từ tâm O của hệ toạ độ tới vị trí trọng tâm của kiện0

Điều kiện kích thước khuôn khổ kiện hàng trong hệ Oxyz gồm có- Độ rộng tối đa b (mm) của kiện hàng (theo phương Oy):12

Trong đó:b12 < b

Với b là độ rộng phần đặt kiện hàng (cho trước, mm).- Chiều cao tối đa h (mm) của kiện hàng (theo phương Oz):12

h12 < H – h – h2gh

Trong đó:

hgh- Độ cao an toàn của xe nâng (mm);

h2- Chiều cao bánh xe và phần đặt hàng của xe (mm).

Ngoài ra để đảm bảo kiện hang không bị lật khi xe di chuyển thì:h* < (h + h ) 212

Trong đó:

h*- Chiều cao từ mặt di chuyển của xe đến vị trí trọng tâm kiện hàng (mm).- Chiều dài tối đa L (mm) của kiện hàng (theo phương Ox):12

L12< L 2

Với L - Chiều dài phần đặt hàng xe, cho trước2

Điều kiện về kích thước cơ bản của kho hàng trong hệ Oxyz gồm có- Chiều cao H kho hàng (mm):kh

hgh + h + r < H < H clkh

Thông thường sẽ bố trí kho hàng xếp thành nhiều tầng để tận dụng tối đadiện tích, không gian kho Việc tính toán thiết kế kho hàng sẽ thực hiện ởChương 2.

- Chiều dài L kho hàng (mm):kh

L2 < L < L+kh L 2

- Chiều rộng B kho hàng (mm):kh

Bbn = b×n Với n- Số thực, n > 0.

1.2.2- Số liệu ban đầu (VĐV 4-2)a- Cụm xe nâng hàng

- Đường kính lăn bánh răng (3): d = 180 (mm);

- Chiều cao xe nâng: h = L/4 = 325 (mm);- Chiều dài xe nâng: L = 1300 (mm);- Vận tốc cơ cấu nâng: v = 2.2 (m/ph);n

- Khối lượng tối đa xe nâng (1; 2; 3; 4; 9): G = 195 (kg);n

- Chiều cao tối đa của kho hàng: H = 3200 (mm).

- Chiều dài xe di chuyển: L = 1000 (mm);1

- Chiều dài phần đặt hàng trên xe: L = 700 (mm);2

- Vận tốc di chuyển hàng vào kho: v = 2.2 (m/ph).n

c- Số liệu chung

- Thời hạn phục vụ: l = 18000 (h);h

- Đặc tính tải trọng: VĐN

1.2.3- Yêu cầu kỹ thuật chung

- Tính toán, thiết kế động học cho các hệ dẫn động;

- Tính toán, thiết kế các bộ truyền cơ khí, và tính toán lựa chọn động cơ;- Xây dựng các bản vẽ kết cấu lắp 2D, 3D các hệ dẫn động xe nâng, xe dichuyển;

- Thiết kế bản vẽ chế tạo một chi tiết;- Thiết kế kết cấu cụm khung kho hàng;

- Mô phỏng động học hệ thống dẫn động kho hàng tự động.

CHƯƠNG 2- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG

HỌC HỆ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG

2.1- Khung kho chứa các kiện hang

2.1.1- Yêu cầu kỹ thuật

Số liệu chung

- Chiều cao tối đa của kệ hàng: H = 3200 (mm, cho trước);max

- Chiều cao của HN9: h = 325 (mm, cho trước);- Chiều dài của HN9: L = 1300 (mm, cho trước);- Chiều dài của XDN11: L = 1000 (mm, cho trước);1

- Chiều dài của CL7: L = 700 (mm, cho trước).2

Yêu cầu kỹ thuật

- Đảm bảo độ cứng vững, bền của kết cấu khi cất và lấy các kiện hàng.- Đảm bảo tính linh hoạt cho xe nâng thuận tiện cất và lấy hàng.

2.1.2- Tính toán kết cấu khung, và hệ truyền dẫn

Để tính toán thiết kế được số lượng ô chứa hàng cần thiết của khung khochứa ta đi tìm vùng hoạt động của cụm lưu trữ hàng.

H2.1 cho ta thấy vị trí cao nhất và gần cột Oz nhất mà XDN11 có thể dichuyển tới Ta gọi đây là vị trí I 1

Trong đó:

x0- Khoảng cách gần nhất có thể từ XDN11 đến cột Oz (mm, cần xác định);hx- Chiều cao sàn con lăn của XDN11 (mm, cần xác định);

hk- Chiều cao của K12 (mm, cần xác định);

I1- Cận góc trái trên vùng làm việc của cụm lưu trữ hàng;

Gd- Trọng tâm của cụm XDN11 và K12, coi trọng tâm đó đặt tại tâm K12.Để đảm bảo tính bền vững của cả hệ thống thì vecto trọng lực của cụmXDN11 và K12 phải luôn đi qua mặt nằm ngang của HN9 Hay khoảng cách xanhất từ tâm K12 đến cột Oz là L = 1300mm.

Hình 2.1- Sơ đồ biểu diễn vị trí I1

H2.2 cho ta thấy vị trí cao nhất và cách xa cột Oz nhất mà XDN11 có thể dichuyển tới Ta gọi đây là vị trí I 2

Hình 2.2- Sơ đồ biểu diễn vị trí I2

Dựa vào H2.1 và H2.2 ta tính toán được độ dài đoạn I1I2 là:I I1 2 = (L + L ) – (x + L – L )3012

I I1 2 = (1300 + 350) – (x + 1000 – 700)0

I I1 2 = 1350 – x (mm)0

H2.3 cho ta thấy vị trí thấp nhất và xa cột Oz nhất mà XDN11 có thể dichuyển tới Ta gọi đây là vị trí I3.

Hình 2.3- Sơ đồ biểu diễn vị trí I3

tới Ta gọi đây là vị trí I4.

Hình 2.4- Sơ đồ biểu diễn vị trí I4

Như vậy, vùng hoạt động của cụm lưu trữ hàng là hình chữ nhật I1I I I 2 3 4

Đồng thời, diện tích hình chữ nhật đó cũng chính là tổng diễn tích các ô chứahàng (tính cả các vách ngăng cách giữa các khoang chứa) của kho hàng phíasau.

a- Tính toán kết cấu khung

Nhận thấy bề rộng của K12 luôn nhỏ hơn chiều dài phần đặt hàng L = 7002

mm, nhưng do kích thước HGT5 quá lớn vậy nên chiều dài CL7 bị thu hẹp điđáng kể Vì vậy, bề rộng mỗi ô chứa sẽ được thiết kế nhỏ hơn L Mà bề rộng2

của kho hàng I = 1350 – x (mm) nên dựa vào kinh nghiệm, ta sẽ thiết kế kho1I20

hàng sao cho kho hàng có 2 cột chứa hàng, mỗi cột có bề rộng 470 mm.Chọn thép V 30×30×5 để làm khung, các thanh ghép nối với nhau bằngphương

pháp hàn Do đó ta tính được khoảng cách ngắn nhất XDN11 và cột Oz có thểđạt được là x = 120mm Kết cấu, kích thước sơ bộ kho hàng được biểu diễn0

trong H2.5 dưới đây.

(HÌNH 2.5)

Chọn thép V 30×30×5 để làm khung, các thanh ghép nối với nhau bằngphương pháp hàn Kết cấu, kích thước sơ bộ kho hàng được thể hiện trên H2.5.

Tổng chiều cao của các tầng chứa hàng là = 2875 + h – h (mm) kgh

Giả sự số tầng chứa hàng được thiết kế là z (z ), khi đó, chiều cao của∈ ℕmỗi tầng chứa hàng được ràng buộc bởi biểu thức và điều kiện sau:

với h > hck

Để thuận tiện cho việc thiết kế cũng như dựa vào kinh nghiệm làm việc, tachọn số liệu phù hợp với biểu thức (2.4) như sau:

hc 470 mm; h = 430 mm; h = 300 mm; z = 6.≈ kgh

Do chiều cao của xe là h phải lớn hơn đường kính bánh xe d = 140 mm nênx8

ta chọn h = 300 mm Vậy kho chứa hàng sẽ được thiết kế với 2 cột, mỗi cột cóx

6 ngăn ô chứa Kết cấu và kích thích cụ thể được biểu diễn trong H2.6 dưới đây.

(HÌNH 2.6)

b- Chọn kích thước khung và con lăn

Để các K12 có thể đi hoàn toàn vào trong ô chứa thì trong mỗi ô chứa sẽ cómột hệ con lăn Hệ con lăn này được đặt trên mặt sàn của từng ô và được truyềnđộng bởi một động cơ riềng biệt tương tự như CL7 Do ta thiết kế khung khobằng thép V 30x30x5 nên ta chọn con lăn có đường kính lớn hơn 30mm Chọncon lăn có đường kính d = 42 mm Do đó số con lăn cần lắp trên mặt sàn rộng7

400mm là 7 Trong H2.7 là hình con lăn sử dụng.

Hình 2.7- Con lăn nhông đôi lắp sàn kho hàng [*]

Vì có cấu tạo tương tự như CL7 nên ta dùng chung động cơ dẫn động cho hệcon lăn của kho với động cơ 15 Công suất động cơ này sẽ được tính ở phầnsau.

2.2- Cụm dẫn động nâng kiện hàng theo phương Oz

2.2.1- Yêu cầu kỹ thuật

Số liệu chung

- Khối lượng tối đa của kiện hàng và xe di chuyển ngang (5; 6; 7; 8; 11; 12;13): G = 70 (kg, cho trước);d

- Khối lượng tối đa của xe nâng (1; 2; 3; 4; 9): G = 160 (kg, cho trước);n

- Vận tốc di chuyển theo phương Oz: v = 3,4 (m/ph, cho trước); n

- Quãng đường di chuyển phương Oz: S = H – h = 3200 – 300 = 2900 (mm)z

- Chiều dài xe nâng: L = 1200 (mm, cho trước);- Chiều cao xe nâng: h = L/4 = 300 (mm, cho trước);- Đường kính bánh răng: d = 100 (mm, cho trước);3

Yêu cầu kỹ thuật

- Đảm bảo đủ công suất để nâng toàn bộ khối lượng xe nâng và kiện hàng.- Đúng độ cao theo phương Oz

2.2.2- Tính toán hệ truyền dẫn

Để tiện lợi cho việc tính toán, ta có H2.8 dưới đây:

Hình 2.8- Sơ đồ tính toán hệ thống nâng theo trục Oz.

Trong đó:

N1, N là các phản lực tại con lăn 1 và con lăn 2 (N, cần xác định);2

Pn là trọng lực của HN9 (N, cần xác định);

Pd là trọng lực của XDN11 và K12 (N, cần xác định);Điểm A ngang với trọng tâm của HN9 và nằm trên trục Oz.

Từ H2.8, ta thấy để tính toán cho quá trình nâng hạ của HN9 thì cần tínhtoán các số liệu như sau:

Giả sử bỏ qua áp lực của con lăn 3 lên thanh ray vì xe có xu hướng tách rakhỏi thanh ray, khi tính ta cần giả sử trường hợp xấu nhất: XDN11 nằm cách xavị trí của

điểm A nhất, trong trường hợp này để đảm bảo tính bền vững của cả hệ thốngkhoảng cách từ tâm K12 đến cột Oz không được vượt quá L hay khoảng cách xanhất từ tâm K12 đến cột Oz bằng L = 1300 mm

- Xét momen cân bằng tại điểm A có:

Vì A nằm giữa 2 con lăn nên N = N = N (N là phản lực từ ray dẫn hướng1 2

tác dụng lên con lăn)