Đồ án tốt nghiệp kĩ sư - thiết kế cửa chống ngập HUST

1. Giới thiệu: Đồ án tốt nghiệp tập trung vào nghiên cứu và thiết kế cửa chống ngập tự động sử dụng cơ cấu nâng. Đây là một giải pháp cần thiết để hạn chế thiệt hại do ngập lụt gây ra, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tình trạng ngập lụt ngày càng gia tăng ở Việt Nam. 2. Mục tiêu: • Thiết kế cửa chống ngập tự động hiệu quả, tiết kiệm diện tích và chi phí cho hộ gia đình. • Phân tích và tính toán các yếu tố cơ học, thủy tĩnh và điện tử liên quan đến thiết kế cửa chống ngập. • Xây dựng bản vẽ kỹ thuật chi tiết cho hệ thống cửa chống ngập, bao gồm bản vẽ lắp, bản vẽ nguyên lý, bản vẽ mạch điện và bản vẽ phối cảnh.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KÌ 2023.2

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỬA CHỐNG

NGẬP SỬ DỤNG CƠ CẤU NÂNG

Sinh viên thực hiện: Đặng Đức Minh – 20195091

Rin Rong - 20200838 Giảng viên hướng dẫn: Ths.GVC Hoàng Văn Bạo

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ điện tử

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CỬA CHỐNG NGẬP

SỬ DỤNG CƠ CẤU NÂNG

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN:

YÊU CẦU THIẾT KẾ:

❖ CHIỀU DÀI CỬA CHỐNG NGẬP: 2500mm

❖ CHIỀU CAO CỬA CHỐNG NGẬP: 800mm

NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẶT VẤN ĐỀ.

TỔNG QUAN VỀ CỬA CHỐNG NGẬP THIẾT KẾ & CHỌN LỰA CÁC THÀNH PHẦN CƠ KHÍ.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.

MÔ PHỎNG KẾT LUẬN.

1 2 3 4 5 6

BIỂU ĐỒ GANTT

VIẾT BÁO CÁO

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

NHẬN ĐỀ TÀI ĐÁNH GIÁ LÊN DÀN Ý

XÂY DỰNG 3D TÍNH TOÁN CHUNG

ĐẶT VẤN ĐỀ

01

TÌNH TRẠNG BIẾN ĐỔI

KHÍ HẬU NÓI CHUNG:

❖Diễn biến vô cùng phức

tạp, nhiệt độ Trái Đất có

xu hướng gia tăng từng

năm.

❖Các hiện tượng thời tiết

cực đoan xảy ra thường

xuyên như: bão, lũ lụt, hạn

hán trở nên thường xuyên

01 ĐẶT VẤN ĐỀ

TÌNH TRẠNG NGẬP LỤT:

❖Tại thủ đô Hà Nội 5/6/2024, mưa lớn diễn ra -> các tuyến đường lớn ngập lụt nghiêm trọng -> một số nơi đạt mực nước lên tới 40cm.

❖Tại thành phố Hồ Chí Minh, chiều 3/7- 6/7/2024 ảnh hưởng của vùng hội tụ gió -> mưa lớn kéo dài -> khiến cho các tuyến đường tại các quận

và thành phố như Thủ Đức, Nhà bè, quận 7 -> mực nước cao điểm lên tới 50cm.

01 ĐẶT VẤN ĐỀ

TỔNG QUAN

CỬA CHỐNG

NGẬP

02

02 TỔNG QUAN VỀ CỬA CHỐNG NGẬP

❖ CỬA CHỐNG NGẬP LÀ LOẠI CỬA ĐƯỢC THIẾT KẾ

VÀ LẮP ĐẶT NHẰM NGĂN CHẶN NƯỚC TRÀN VÀO

CÔNG TRÌNH KHI CÓ LŨ LỤT HOẶC NƯỚC DÂNG

CAO

❖Hiện nay cửa chống ngập được phát triển khi

được tích hợp các công nghệ tiên tiến như cảm

biến, điều khiển tự động, kết nối internet…,

nâng cao hiệu quả sử dụng

❖Phù hợp sử dụng tại các tòa nhà, văn phòng,

nhà ở trong khu vực chịu ngập lụt như các

thành phố lớn hoặc nơi có hệ thống cấp thoát

nước kém

• PHÂN LOẠI:

➢Theo cơ chế hoạt động: tháo lắp, sử dụng cơ

cấu thủy lực

➢Theo vật liệu chế tạo: cửa chống ngập bạt, gỗ

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN, THỰC TRẠNG XU HƯỚNG SỬ DỤNG CỬA CHỐNG NGẬP HIỆN NAY.

02 TỔNG QUAN VỀ CỬA CHỐNG NGẬP

❖CỬA CHỐNG NGẬP TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG

CƠ CẤU NÂNG là giải pháp chống ngập khá

mới ở việt nam và đang trong giai đoạn thử nghiệm cũng như phát triển ở nước ngoài.

❖ Với mục đích nghiên cứu, thiết kế nhằm đưa

ra giáp pháp chống ngập cho các hộ dân có nhà tại các khu vực chịu tác động của ngập lụt, nơi có hệ thống cấp thoát nước quả tải dẫn tới ngập trong thời gian dài.

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CỬA CHỐNG NGẬP SỬ DỤNG CƠ CẤU NÂNG

ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ GIẢI PHÁP CỬA CHỐNG NGẬP SỬ DỤNG CƠ CẤU NÂNG

✓ Khả năng tự động hóa

✓ Tích hợp công nghệ

Phù hợp với không gian lắp

➢ Đòi hỏi kĩ thuật thiết kế, lắp đặt

Chi phí khá cao

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ HỆ THỐNG CỬA CHỐNG NGẬP SỬ DỤNG CƠ CẤU NÂNG

THIẾT KẾ & CHỌN LỰA THÀNH PHẦN

CƠ KHÍ

03

CỞ SỞ LÍ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ CƠ BẢN

❖BÀI TOÁN THỦY TĨNH & CƠ HỌC

Nhận xét: cơ sở tính toán các đại lượng vật lí

cơ bản của bài toán là tiền đề cho các bước tính toán chi tiết cho kết cấu cơ khí tiếp sau.

THIẾT KẾ CỬA TẤM TREO VÀ KHUNG CHỊU TẢI.

XÁC ĐỊNH CƠ CẤU NÂNG VÀ ĐƯA RA GIẢI PHÁP ĐỘNG HỌC, SƠ ĐỒ CÁP BỐ TRÍ.

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÁP, CHỌN CÁP KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TANG VÀ PULY

TÍNH TOÁN SỐ VÒNG QUAY YÊU CẦU CỦA TANG ĐẢM BẢO TỐC ĐỘ NÂNG VẬT VN

CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN & KIỂM TRA ĐỘNG CƠ.

TÍNH TOÁN MOMEN PHANH, CHỌN PHANH

TÍNH TOÁN CHỌN LỰA CÁC THÀNH PHẦN KHÁC.

TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ & CHỌN LỰA CHI TIẾT CHO CƠ CẤU

1

2 3 4 5 6 7

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ CỬA – KHUNG CHỊU TẢI

➢Tải trọng cửa Q: 200-300Kg

➢Chiều cao cánh cửa h: 0,8m.

➢Chiều dài cánh cửa b: 2,5m.

➢Chiều cao nâng H: 2.3m so với mặt sàn nhà

➢Tốc độ nâng Vn: 5-6m/phút.

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ CỬA – KHUNG CHỊU TẢI

• CHỌN VẬT LIỆU CHO TẤM CỬA

cho phần thiết kế cửa tấm treo dựa

trên đặc tính cơ học vật liệu

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ CỬA – KHUNG CHỊU TẢI

CỨNG TẤM MỎNG

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ KIỂM BỀN CÁNH CỬA

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ CỬA – KHUNG CHỊU TẢI

DỤNG TẤM THÉP ĐẶC

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ KIỂM BỀN CÁNH CỬA

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ CỬA – KHUNG CHỊU TẢI

Nhận xét: Chọn phương án 2 vì những ưu điểm mà cửa tấm dày mang lại đảm

bảo không chỉ về mặt cơ tính, độ bền mà còn phù hợp cho không gian bố trícửa bên cạnh đó là các lợi thế mà cửa tấm dày có thể áp dụng luôn

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ CỬA – KHUNG CHỊU TẢI

3.2 TÍNH TOÁN CHỌN CÁP- BỘI SỐ PALANG CÁP

3.2 TÍNH TOÁN CHỌN CÁP- BỘI SỐ PALANG CÁP

Lựa chọn loại cáp thép 6*19+IWRC

3.2 TÍNH TOÁN CHỌN CÁP- BỘI SỐ PALANG CÁP

✓ Giới hạn bền tính theo lực kéo 1770Mpa –

trên danh nghĩa

✓ Lực kéo đứt tối thiểu (KN) : BF = 16.00(KN) –

đối với lõi kim loại

✓ -Hệ số an toàn SF: SF = 6:1

Nhận xét:

kết quả SWL kết hợp cùng với các tiêu chí chọn cáp cho thấy cáp thép

6*19 +SC + IWRC với dc=5mm hoặc cáp có dc  5mm có thể đáp ứng tiêu

chí SWL phù hợp cho hệ cửa chống ngập tấm treo tự động.

3.3 TÍNH TOÁN CHỌN PULY

GEBUWIN-KB600.

❖ Yêu cầu cơ khí:

✓ Vật liệu làm bánh quay làm bằng gang -> làm

giảm độ mòn của cáp

✓ Ổ trục puly được chọn theo hệ số khả năng

❖ Yêu cầu thiết kế:

✓ Kích thước rãnh puly phải đảm bảo cho cáp vòng qua dễ dàng, không bị kẹt

✓ Bề mặt tiếp xúc giữa cáp và đáy rãnh lớn để giảm ứng suất tiếp xúc, cáp đỡ mòn

3.3 TÍNH TOÁN CHỌN PULY

Ứng với cáp 6*19 SC+ IWRC dc = 5mm

3.4 TÍNH TOÁN BỘI SUẤT PALANG CÁP

❖ Lực căng cáp lớn nhất Smax:

3.5 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC TANG CUỐN CÁP

❖ Tang là chi tiết dùng để cuộn cáp, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và truyền lực dẫn động tới cáp và các bộ phận khác trong cơ cấu

❖ Tang trơn - nhiều lớp cáp

3.4 TÍNH TOÁN TANG CUỐN CÁP

❖Ứng suất uốn:

𝑢 = 𝑀𝑢

𝑊𝑢 =

23.95 7.81 ∗ 10 −4

3.5 TÍNH TOÁN CHỌN LỰA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

❖ Yêu cầu kĩ thuật:

• Sử dụng điện xoay chiều

220V-50Hz

• Động cơ không đồng bộ 1 pha

• Công suất đáp ứng được các yêu

cầu tính toán kĩ thuật

Nhận xét : Đối với loại động cơ có 𝑷 =

1.1 1.5 𝑘𝑊 thì hiệu suất động cơ đạt chuẩn IE3 nằm trong khoảng 𝜂𝑑𝑐 = 82.7 ÷ 84.2 ⇒ 𝜂𝑑𝑐 =0.83 theo tiêu chuẩn IE3 IEC 60034-30-1

3.5 TÍNH TOÁN CHỌN LỰA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

❖ Tốc độ nâng cơ cấu: Vn = 5 (m/phút).

❖ Số vòng quay theo yêu cầu tang:

3.5 TÍNH TOÁN CHỌN LỰA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

❖ Thời gian mở máy:

=> max 𝑀 ≤ 4.5.51 ÷ 4,78 ( thỏa mãn)

3.6 PHANH VÀ CÁC THÔNG SỐ LIÊN QUAN

TỜI ĐIỆN PA600 –

3.7 TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN KHÁC

KHÓA CÁP CHỮ U – D5 KBC

ĐẶC ĐIỂM:

✓ Chế tạo bằng phương pháp rèn/ dập có rảnh.

✓ Chế tạo bằng thép hợp kim.

TÁC DỤNG:

✓ Tránh cho cáp khỏi bị uốn ngột, giảm ứng suất tiếp xúc.

3.7 TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN KHÁC

MÓC CẨU TRÒN-GL8004-01

ĐẶC ĐIỂM:

✓ Chế tạo từ thép hợp kim- làm nguội và tôi luyện.

✓ Thiết kế rãnh chốt ngang bằng thân móc cẩu.

✓ Chỗ khóa linh hoạt.

KIỂM NGHIỆM THỰC TẾ:

✓ Giới hạn làm việc gấp 2.5 lần

so với chứng chỉ.

✓ Tỉ lệ sức chịu đựng giới hạn làm viện hơn 1.5 lần qua

20000 vòng thử nghiệm

THIẾT KẾ HỆ

THỐNG ĐIỀU

KHIỂN

04

4.1 THIẾT BỊ, KHÍ CỤ ĐIỆN

4.1 THIẾT BỊ, KHÍ CỤ ĐIỆN

4.1 THIẾT BỊ, KHÍ CỤ ĐIỆN

4.1 THIẾT BỊ, KHÍ CỤ ĐIỆN

• CONTACTOR & RELAY NHIỆT

4.1 THIẾT BỊ, KHÍ CỤ ĐIỆN

➢Áp dụng cho tời điện có cuộn đề và cuộn chạy

có số vòng tương đương với nhau

➢Sử dụng contactor (khởi động từ) để đảo chiều

động cơ điện

Nhận xét: VIỆC THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC NHƯ VẬY SẼ

ĐÁP ỨNG ĐƯỢC MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG NHƯ YÊU CẦU ĐỀ

VỚI 2 CHẾ ĐỘ NÂNG HẠ CỬA CHỐNG NGẬP

4.2 MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

❖CÁCH ĐẤU NỐI VÀ BỐ TRÍ MẠCH ĐỘNG LỰC:

-> Mắc đầu tụ vào giữa hai vị trí dây chạy và dây đề( khởi động) , để cho 1 dây nguồn cấp vào dây dung, còn dây còn lại cấp vào 1 trong 2 đầu tụ Khi

đó động cơ sẽ quay theo 2 chiều ngược nhau

4.3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN MANU – điều khiển bằng nút bấm:

- Sử dụng các nút bấm NÂNG, HẠ, STOP

- Chiều cao nâng hạ cửa giới hạn bởi 2 công tắc hành trình được bố trí để giới hạn hành trình nâng hạ.

- Khi muốn đảo chiều nâng hoặc hạ cửa thì ấn

1 lần công tắc STOP

CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN AUTO – hoạt động dựa trên phao điện NO-NC & công tắc hành trình

CHẾ ĐỘ BÁO QUÁ TẢI ĐỘNG CƠ – RELAY NHIỆT:

- Khí động cơ bị kẹt hoặc bị quá nhiệt thì relay nhiệt ngắt phần tiếp nối giữa động cơ và bộ khởi động từ và dừng động cơ quay hệ thống phanh cơ sẽ hãm phanh dừng cửa lại vị trí

treo.

Nhận xét: Tách mạch động lực và mạch điều

khiển mang lại nhiều lợi ích nói chung: Dễ

bảo trì & sửa chữa, giảm nguy cơ xảy ra sự

cố điện xảy ra.

MÔ PHỎNG

05

05 MÔ PHỎNG

• VIDEO MÔ PHỎNG TÍN HIỆU HOẠT ĐỘNG

05 MÔ PHỎNG

❖MÔ PHỎNG TÍN HIỆU CHẾ ĐỘ MANU

• Nâng cửa chống ngập bằng nút nhấn.

05 MÔ PHỎNG

❖MÔ PHỎNG TÍN HIỆU CHẾ ĐỘ MANU

• Hạ cửa chống ngập bằng nút nhấn.

05 MÔ PHỎNG

❖MÔ PHỎNG TÍN HIỆU CHẾ ĐỘ MANU

• Dừng cửa chống ngập bằng nút nhấn stop.

05 MÔ PHỎNG

❖MÔ PHỎNG BÁO LỖI QUÁ TẢI ĐỘNG CƠ VÀ DỪNG HOẠT ĐỘNG:

• Dừng động cơ khi quá tải và đèn báo tín hiệu

KẾT LUẬN

06

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

06 KẾT LUẬN

HẠN CHẾ CỦA ĐỒ ÁN

❖ Tính ứng dụng vào thực tiễn chưa cao, cần được xây dựng

mô hình cụ thể và kiểm nghiệm sử dụng trong thời gian trước khi áp dụng vào thực tế.

❖ Cần được áp dụng nhiều công nghệ hơn vào phát triển việc điều khiển cũng như vật liệu làm cửa để tối ưu hơn trong nhiều khía cạnh khác

❖ Tích hợp IOT vào trong điều khiển tự động.

❖ Xây dựng mô hình web app hoặc mobile app điều khiển & giám sát hoạt động Xây dựng chế độ mã hóa người dùng, mã hóa bằng ID cá nhân cho từng khách hàng.

CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY CÔ & MỌI NGƯỜI

ĐÃ LẮNG NGHE !

ONE LOVE, ONE FUTURE