Xác định tốc độ vòng quay của trục động cơ Chọn U_hộpgiảmtốc=4÷40 →U_BR=30 U_xích=1 Tỷ số truyền toàn bộ hệ thống dẫn động U_t=U_BR.U_x=30.1=30 Trong đó U_(BR ) tỷ số truyền bộ truyền bánh răng U_x:tỷ số truyền bộ truyền xích Số vòng quay trục máy công tác: n_lv=(60000.v)/(z.t)=60000.0,05/12.12,7=19,7 (vòng/phút) v là vận tốc xích tải m/s z là số răng đĩa xích t là bước xích, mm Từ U_t,n_lv có thể tính được số vòng quay sơ bộ của động cơ n_sb=n_lv.U_t=19,7.30=591 (vòng/phút) Từ bảng trên ta chọn được động cơ SC21-3714 với n¬sb = 4000 ( vòng/phút) và Pđc = 1,937 (W) và hộp giảm tốc IG10model6của hãng CITIZENMICRO. Quy cách chọn động cơ Động cơ được chọn phải có công suất Pđc và số vòng quay nđc thỏa mãn {█(P_đc≥P_ct@n_đc≈n_sb )┤ và có momen máy thỏa mãn T_mm/T≤T_k/T_dn Tính động học hệ dẫn động cơ khí Xác định tỷ số truyền của hệ dẫn động U_t=n_đc/n_lv nđc : số vòng quay của động cơ đã chọn nlv : số vòng quay của trục công tác Phân phối tỷ số truyền của hệ dẫn động u_t=u_n.u_h un : tỉ số truyền của bộ truyền ngoài uh : tỉ số truyền của hộp giảm tốc u_n=u_x=1 u_h=u_BR Xác định công suất, momen, số vòng quay trên các trục Do tính toán trên để áp dụng vào cho mô hình. Vì vậy, để thuận tiện cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo ta chọn động cơ gắn liền cùng hộp giảm tốc. Khi đó, ta chỉ quan tâm tới thông số: tốc độ vòng quay và momen xoắn của trục ra hộp giảm tốc. Tính toán bộ truyền xích Chọn loại xích Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp nên ta sử dụng xích ống. Xác định các thông số của bộ truyền ux = 1 do chỉ sử dụng 1 đĩa xích số răng đĩa xích nhỏ z = 10 Điều kiện đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích P_t=k.k_z.k_n≤[P] Pt, P, [P] lần lượt là công suất tính toán, công suất cần truyền, công suất cho phép Tra bảng 5.6 và 5.7/ T81,82 tập 1 ta được kz hệ số răng, kz = 25/z_1 kn hệ số vòng quay, kn = n_01/n_1 k=k_0.k_a.k_đc.k_bt.k_đ.k_c k0 hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền, k0 = 1 ka hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích, ka = 0,8 kđc hệ số kể đến nahr hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích, kđc = 1 kbt hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn, kbt = 1,8 kđ hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải trọng, kđ = 1,5 kc hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền, kc = 1,45 k=1.0,8.1.1,8.1,5.1,45=3,132 P_t=25/z_1 ×n_01/n_1 ×k=25/10×50/60×3,132=6,525 W [P]=0,35 KW Chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích p =12,7 thỏa mãn điều kiện mòn. Tính kiểm nghiệm xích Kiểm nghiệm về quá tải theo hệ số an toàn S=Q/(k_đ.F_t+F_0+F_v )≥[S] Q tải trọng phá hủy, tra bảng Q = 26kN kđ hệ số tải trọng động, kđ = 1,7 Ft lực vòng, F_t=1000.P/v=2/0.05=40N Fv lực căng do lực li tâm sinh ra, Fv = 0 F0 lực căng do trong lượng nhánh xích bị động sinh ra, F0 = 0 Tra bảng 5.10 ta được [S]=7 S=Q/(k_đ.F_t+F_0+F_v )=26000/(1,7.40+0+0)=382≥[S] Như vậy, bộ truyền xích đảm bảo đủ bền. Đường kính đĩa xích d=p/sin(π/z) =12,7/sin(π/12) Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích theo công thức σ_H=0,47√(k_r (F_t.K_đ+F_vđ )E/(Ak_đ))≤[σ_H ] kr hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích, phụ thuộc Z Z = 10 nên kr = 0,6 Fvđ lực va đập trên m dây xích, Fvđ = 13.10^(-7) n_1 p^3 m kđ hệ số phân bố không đều tải trọng Kđ hệ số tải trọng động A diện tích chiếu của bản lề, tra bảng 5.12 ta được A = 39,6 mm2 E = 2E1E2/(E1+E2) môđun đàn hồi với E1 và E2 lần lượt là môđun đàn hồi của vật liệu con lăn và răng đĩa. E = 2,1.105 MPa. Tra bảng 5.11 trang 86 ta được: [σ_H ]=600 MPa σ_H=0,47√(0,6.(40.1+0,16).〖2,1.10〗^5/39,6.1)=168≤[σ_H ] Như vậy, dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ cứng HB = 210 sẽ đạt được ứng suất tiếp xúc cho phép [σ_H ]=600 MPa đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa xích.
TỔNG QUAN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG
Khảo sát tính hình ô tô, xe máy tại các đô thị lớn ở việt nam trong những năm gần đây
Theo báo xedoisong.vn ra ngày 28/5/2018 ,theo như kết quả nghiên cứu của Ủy ban An toàn Giao thông Quốc gia mới được công bố tại một hội thảo ở Hà Nội, nhu cầu về ôtô tại Việt Nam đang ngày càng tăng, nhất là các thành phố lớn, nơi tỷ lệ tăng trưởng ôtô đã vượt qua xe máy Tỷ lệ tăng trưởng của xe máy trên cả nước hiện là 7,3% và ôtô là 6,5% Trong khi đó, đối với các đô thị lớn, mức tăng trưởng của xe máy là 10%, còn ôtô lên tới 15%
Hầu hết lượng ôtô bán ra ở Việt Nam tập trung ở các đô thị loại 1 nhiều nhất là Hà Nội và TP.HCM là nơi tập trung đến 17% dân số cả nước và chiếm khoảng 45% tổng số xe đăng ký mới hàng năm Hiện tại, Việt Nam đang có 49 triệu xe máy và khoảng 3,2 triệu ôtô đang lưu hành Xét trên quy mô dân số 95 triệu người, tỷ lệ sở hữu xe máy là 516 xe/1.000 dân, ôtô là 33 xe/1.000 dân
Theo số liệu của công ty tư vấn chiến lược hàng đầu Châu Á Solidiance, công bố nghiên cứu về thị trường ôtô dưới 9 chỗ tại Việt Nam Theo đó, giai đoạn 2012-2016, Việt Nam là quốc gia có ngành ôtô tăng trưởng nhanh nhất khối ASEAN Tốc độ tăng trưởng hàng năm đạt 38%
Hình 1 2: Tắc đường ở Việt Nam
Nếu tính riêng quãng 2015-2016, Việt Nam đạt tăng trưởng 36%, trong khi Indonesia chỉ tăng nhẹ 5%, Thái Lan giảm 4% và Malaysia giảm 13% Trong giai đoạn 2017-2020, thị trường ôtô con tại Việt Nam sẽ tăng trưởng 13% Tổng lượng ôtô bán ra dự kiến chạm mức 225.000 xe vào năm 2020
Như vậy, qua các liệu thống kê nhu cầu mua xe hơi của người Việt đang tăng mạnh trong những năm gần đây Tuy nhiên số lượng người sở hữu xe ô tô vẫn trung chủ yếu ở các thành phố lớn: Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng v.v Điều này dẫn đến hậu quả tất yếu cơ sở hạ tầng giao thông sẽ không phát triển kịp Dễ thấy nhất là tình trạng thiếu bãi đỗ xe hơi ngày càng nghiêm trọng tập trung tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh
Giải quyết tình trạng này là làm sao đỗ được nhiều xe nhất trên diện tích mặt bằng nhỏ nhất, hoặc xây dựng hệ thống đỗ xe ngầm Cùng với đó, phải đảm bảo an toàn, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm thời gian, giảm ách tắc so với cách đỗ xe truyền thống Trên thế giới đã có nhiều giải pháp cho vấn đề này và giải quyết rất hiệu quả
1.1.2 Phân tích tình hình thực tế và các quy định pháp luật về bãi đỗ xe ở Việt Nam
Qua khảo sát thực tế chúng em nhận thấy, cho đến thời điểm này, ngay cả các thành phố lớn tại Việt Nam mô hình bãi đỗ xe nhiều tầng tự động vẫn còn rất ít, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 11 mô hình nhỏ, chưa đáp ứng được nhu cầu của đông đảo người dân Tuy nhiên, trong tương lai không xa, Việt Nam sẽ có nhiều hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động do chính người Việt Nam chế tạo, thiết kế, thi công, làm chủ công nghệ, với quy mô lớn có khả năng lưu giữ nhiều ô tô đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng cao của người dân Bộ Xây dựng đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy hoạch xây dựng QCXDVN01: 2008/BXD, trong đó bảng 4.5 chương IV quy định:
Với khách sạn từ 3 sao trở lên: 4 phòng phải có 1 chỗ đỗ xe
Với văn phòng cao cấp, trụ sở cơ quan đối ngoại: 100 m 2 sàn sử dụng/ 1 chỗ đỗ xe
Siêu thị, cửa hàng lớn, trung tâm hội nghị, triển lãm, trưng bày: 100 m 2 sàn sử dụng/ 1 chỗ đỗ xe
Chung cư cao cấp: 1 căn hộ/ 1,5 chỗ đỗ xe
Ngày 02/06/2008, Bộ xây dựng cũng đã ra thông tư số 14/2008/TT-BXD hướng dẫn về phân hạng nhà chung cư, trong đó quy định nhà chung cư hạng I phải có tối thiểu 1,5 chỗ để ô tô/ 1 căn hộ, nhà chung cư hạng II phải có tối thiểu
1 chỗ đỗ ô tô/ 1 căn hộ Với các quy định này, chủ đầu tư hiện phải tính toán rất kỹ lưỡng đỗ xe ô tô cho công trình Nếu sử dụng giải pháp bãi đỗ xe tự động, chủ đầu tư có thể tiết kiệm đáng kể diện tích xây dựng nhưng vẫn đảm bảo số xe theo quy định Trên cùng diện tích đất, số lượng ô tô đỗ được theo kiểu tự động có thể tăng từ gấp đôi đến gấp 20 lần so với số lượng ô tô đỗ được theo kiểu tự lái truyền thống
Theo những kết quả nghiên cứu của các nhà hoạch định giao thông đô thị và của Sở GTCC Hà Nội, hiện tại các bãi đỗ xe trong thành phố chỉ đáp ứng được khoảng 10% nhu cầu của xã hội, còn lại 90% thì phải đỗ ở xa hoặc nằm tản mạn ở những vỉa hè, lòng đường, các ngõ ngách không bị cấm đỗ Theo tính toán, Hà Nội bãi đỗ xe chỉ chiếm 0.48% diện tích đô thị, thành phố Hồ Chí Minh thậm chí chỉ có 0.1% Một con số quá ít thấp gần 26 lần so với quy định Chính vì vậy bãi đỗ xe ngầm dưới mặt đất là giải pháp tối ưu nhất vì không ảnh hưởng đến cảnh quan mặt đất và chỉ cần diện tích mặt bằng rất nhỏ để xe ra vào bãi đỗ còn diện tích lưu giữ là rất lớn Vì vậy, trong tương lai bãi đỗ xe tự động sẽ là giải pháp hàng đầu giải quyết những vấn đề đô thị, là một phần của thành phố thông minh
1.1.3 Kinh nghiệm sử dụng ở các nước
Bãi đỗ xe ô tô nhiều tầng theo kiểu dùng thang máy đưa lên tầng cao, sau đó lái xe tự lái ra chỗ đỗ xe trên mỗi tầng là kiểu đỗ xe nhiều tầng kết hợp hệ thống cơ khí đơn giản nhất, xuất hiện từ năm 1918 tại Mỹ, sau đó lan truyền sang châu Âu Ngay tại thành phố Hồ Chí Minh hiện nay vẫn còn dấu tích của thang nâng xe này tại bãi đỗ xe bên hông khách sạn Kim Đô Sau đó, đến năm 1964, hệ thống bán tự động ra đời tại châu Âu (Đức & Ý), với hệ thống này thang nâng
Page 12 kết hợp di chuyển xe đến vị trí của tầng, nhưng vẫn cần người lái xe đưa xe vào hệ thống Loại hình này được ứng dụng tại Nhật Bản từ năm 1975 Kể từ năm
1982, hệ thống tự động hoàn toàn không cần người lái tiếp tục được phát minh tại châu Âu(Đức) Các công ty Nhật Bản nhanh chóng phát triển công nghệ này sau đó và được ứng dụng rộng rãi từ năm 1985 Hiện nay, Nhật Bản và Hàn Quốc là hai nước có số lượng hệ thống đỗ xe tự động nhiều nhất thế giới do mật độ dân số lớn mà diện tích đất nhỏ Khách du lịch có thể tìm thấy bãi đỗ xe tự động ở bất kỳ khu phố nào tại Tokyo và Seoul Hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động cũng trở nên rất phổ biến ở các nước phát triển có mật độ dân số thấp Mỹ, Brasil, Argentina, Canada, Anh, Ý, Hà Lan, Tây Ban Nha, Đức, Úc Tại các nước này đều có các công ty chuyên kinh doanh bãi đỗ xe nhiều loại, trong đó hệ thống đỗ xe tự động nhiều tầng được sử dụng rất phổ biến
1.1.4 Phân tích đặc điểm của bãi đỗ xe tự lái và hệ thống đỗ xe tự động
Bãi đỗ xe tự lái thông thường có rất nhiều nhược điểm như:
Yêu cầu diện tích mặt bằng lớn
Người lái xe không có kinh nghiệm thường mất nhiều thời gian để cho xe vào vị trí đỗ xe, dễ dẫn đến ùn tắc cục bộ, và có khả năng va chạm gây hao mòn xe
Khó kiểm soát khí thải, tiếng ồn trong khu vực đỗ xe
Hình 1 3: Bãi gửi xe ở khu chợ ở Việt Nam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
- Cần nhiều người kiểm soát trong một hệ thống, dễ có khả năng xảy ra mất cắp phụ tùng xe, nếu hệ thống không có lắp camera an ninh
Phân loại hệ thống đỗ xe tự động
1.2.1 Phân loại theo quy trình lưu chuyển
1 Hệ thống thang máy – robot tầng di chuyển
2 Hệ thống thang máy – robot thang di chuyển
3 Hệ thống thang nâng – quay vòng ngang
4 Hệ thống thang cuốn – quay vòng đứng
5 Hệ thống thang nâng – quay vòng tròn
6 Hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang
7 Hệ thống thang treo – quay vòng đứng
8 Hệ thống nâng hạ – dich chuyển ngang
9 Hệ thống thang nâng đơn
1.2.2 Phân loại theo hệ thống điều khiển
1 Hệ thống điều khiển bán tự động
2 Hệ thống điều khiển logic khả lập trình(PLC)
3 Hệ thống điều khiển thông minh
1.2.3 Phân loại theo kiến trúc
1.2.4 Phân loại theo quy mô sử dụng
1 Bãi đỗ xe công cộng
2 Bãi đỗ xe công sở
3 Bãi đỗ xe hộ gia đình
Phân tích nguyên lý vận hành một số hệ thống thang máy thông dụng
Hệ thống gồm 1 lối đi ở giữa, hai bên gồm 1-2 dãy vị trí lưu đỗ
Thang máy : thang máy có nhiệm vụ nâng hạ robot đến đường ray của mỗi tầng, tại điểm xuất phát này Robot tự hành đến vị chí lấy xe ô tô Tại vị trí này, cánh tay robot di chuyển đến các các bánh xe oto thực hiện thao tác: kẹp, nâng,
Page 18 di chuyển.Pallet mang robot di chuyển từng tầng thực hiện nhiệm vụ cất xe.Ngược lại là quá trình cất xe Để tăng số lượng lưu đỗ, 1 hệ thống có thể có nhiều robot Đặc điểm:
• Hệ thống phù hợp với khu vực có diện tích lớn
• Kết hợp di chuyển thang nâng và bàn dịch chuyển tại khu vực vào ra ở mặt đất và khu vực để xe
• Hoạt động riêng biệt giữa các tầng để xe: Ngay cả trong trường hợp xảy ra sự cố tại một bàn dịch chuyển hay trong thời gian kiểm tra định kỳ, những hệ thống khác vẫn hoạt động bình thường
Hình 1 6: Thang máy – robot tầng di chuyển
• Có thể tiết kiệm chiều cao của khu vực để xe bằng cách xây dựng kết cấu và bàn dịch chuyển bằng thép thay vì bê tong
• Sức chứa tối ưu: Mỗi bàn dịch chuyển không quá 30 xe ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
1.3.2 Hệ thống thang thang máy - robot thang di chuyển
Hệ thống thang nâng di chuyển có thiết bị vận chuyển chính là một thang nâng động (TD), có thể vừa nâng hạ vừa di chuyển ngang Mỗi hệ thống chỉ có một thang nâng di chuyển duy nhất Đặc điểm :
• Khu vực đỗ xe phải được xây dựng theo đúng tiêu chuẩn của hệ thống
• Gồm nhiều tầng để xe với kết cấu bê tông hoặc thép
• Xe được đặt trực tiếp trên các sàn để xe mà không cần pallet
• Trên sàn thang nâng di chuyển có một cặp robot vận chuyển xe
• Thang nâng di chuyển có thể kết hợp các chuyển động để giảm thời gian vận chuyển xe
Hình 1 7: Thang máy – robot thang di chuyển
• Có thể kết hợp thiết bị vận chuyển với bàn xoay (Hệ thống TDR)
• Thích hợp với bãi đỗ xe ngầm
Cầu trục: cầu trục tự hành có nhiệm vụ nâng hạ và dịch chuyển bàn thao tác (pallet)
Page 20 Bàn thao tác có cơ cấu móc kéo chuyển pallet(khay chứa ô tô) thực hiện thao tác vào/ra vị trí lưu đỗ Cơ cấu chấp hành có thể sử dụng nhiều dạng khác nhau
Hình 1 8: Hệ thống cầu trục di chuyển ngang
Hệ thống xếp xe theo chiều ngang: Phù hợp với những khu vực đỗ xe hình chữ nhật có chiều rộng lớn hơn 17m
Hệ thống xếp xe dọc: Phù hợp với những khu vực hình chữ nhật có chiều rộng lớn hơn 7m
Hình 1 9: Hệ thống Pallet ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
• Hệ thống gồm nhiều tầng để xe kết cấu thép
• Thang nâng làm nhiệm vụ vận chuyển xe từ khu vực vào ra tới các tầng để xe
• Khu vực vào ra là sàn thang nâng, khi xe vào luôn có một sàn pallet chờ sẵn
• Mỗi xe được đặt trên một sàn pallet
• Mỗi tầng để xe có một bàn dịch chuyển với thiết bị vận chuyển sàn pallet làm nhiệm vụ vận chuyển xe tại tầng để xe đó
• Có thể lắp đặt hết hợp bàn xoay với thang nâng
1.3.4 Hệ thống thang nâng – quay vòng ngang
Thang nâng trong hệ thống này có dạng thang máy: nâng, hạ pallet theo phương đứng
Cơ cấu vạn chuyển trên 1 tầng theo phương pháp đấy/ kéo trượt ngang các pallet theo một vòng chòn khép kín (pallet có thể dịch chuyển theo 2 phương nằm ngang trên 1 tầng)
Cơ cấu chấp hành xếp vào/lấy ra khá đơn giản theo nguyên tắc “ăn khớp” truyền lực giữa các pallet với nhau Đặc điểm:
• Hệ thống có cơ cấu vận chuyển các sàn pallet theo từng tầng
• Phù hợp với những vị trí để xe hẹp và dài hoặc những bãi đỗ xe ngầm dưới các tòa nhà
• Khu vực vào ra là sàn pallet trên sàn thang nâng chính
• Có thể lắp đặt kết hợp bàn xoay trên thang nâng chính giúp xe không phải lùi trong quá trình vào ra
Hình 1 10: Hệ thống thang nâng quay vòng ngang
1.3.5 Hệ thống thang nâng tĩnh
Hệ thống thang nâng tĩnh là hệ thống dạng tháp hình chữ nhật gồm nhiều tầng để xe với chiều rộng tương đương 3 xe xếp song song nhau Mỗi tầng để được 2 xe, ở giữa là thang nâng có nhiệm vụ nâng hạ xe theo chiều dọc sau đó đưa xe sang ngang vào vị trí đỗ Hệ thống sử dụng công nghệ vận chuyển xe thông qua vận chuyển sàn pallet ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 1 11: Hệ thống thang nâng tĩnh Đặc điểm :
• Hệ thống phù hợp với các tòa nhà cỡ lớn và trung hoặc có thể được xây dựng như một tháp để xe độc lập
• Mỗi xe được đặt trên một sàn pallet
• Thiết bị chính là một thang nâng vận chuyển xe giữa khu vực vào ra và các tầng để xe Trên sàn thang nâng có thiết bị vận chuyển sàn pallet
• Khu vực vào ra là sàn thang nâng, khi xe vào luôn luôn có một sàn pallet chờ sẵn
• Số tầng để xe: 20 – 30 tầng
Thang nâng ở hệ thống này thực hiện 2 chuyển động: nâng hạ theo phương đứng và quay quanh trục của nó
Thực hiện thao tác xếp vào/lấy ra nhờ cơ cấu cánh tay robot
Khi thang nâng nâng bàn robot kết hợp chuyển động quay vòng đến vị trí xác định thì robot bắt đầu làm việc
Hệ thống đỗ xe hình trụ cho phép vừa tận dụng không gian đỗ xe một cách tối ưu vừa có thể tạo cảnh quan đẹp cho khu vực nhờ thiết kế hiện đại và đẹp mắt Thiết bị chính của hệ thống là một thang nâng ở trung tâm có thể xoay 360 0
Hình 1 12: Hệ thống thang Torpark Đặc điểm:
• Hệ thống để xe có dạng một hình trụ duy nhất (xe được xếp vòng xung quanh)
• Trên sàn thang nâng có một cặp robot vận chuyển xe
• Khu vực vào ra có thể theo hướng bất kỳ
• Tốc độ xếp xe cao nhờ kết hợp chuyển động nâng hạ và chuyển động quay
• Cửa ra vào có thể ở hướng bất kỳ
• Kết cấu bằng thép hoặc bê tông (nên sử dụng kết cấu bê tông)
1.3.7 Hệ thống thang treo– quay vòng đứng
Thang treo: Là 1 đôi bộ truyền xích tải, sàn đỗ xe được treo trên xích tải và di chuyển theo vòng tròn đứng
Các pallet chứa xe được treo trên 2 dải xích tải và di chuyển vòng tròng theo chuỗi xích Trên khung pallet có con lăn tựa dẫn hướng giữ thăng bằng pallet khi chuyển động Hệ thống sử dụng duy nhất 1 bộ truyền động ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 1 13: Hệ thống thang treo – vòng quay đứng
• Lắp đặt và vận hành đơn giản
• Phù hợp để lắp đặt trên mặt đất tại các khu vực đỗ xe nhỏ giữa các tòa nhà
• Mỗi block có thể để được 8-14 xe (cao 4-7 tầng) tại vị trí chỉ để được 2 xe theo cách thông thường
• Tiết kiệm thời gian gửi và lấy xe bởi hệ thống quay được cả 2 chiều tùy thuộc vị trí xe để vòng quay là ngắn nhất
• An toàn bởi hệ thống có cơ chế phòng ngừa tai nạn rơi pallet
Hệ thống đỗ xe dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe được đặt trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trục thẳng đứng và di chuyển ngang để đưa các xe vào hoặc ra Hệ thống được lập trình để chọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất Đặc điểm:
• Dễ dàng lắp đặt, tháo dỡ, bảo trì và bảo dưỡng
• Chi phí cho toàn bộ hệ thống rẻ
Hình 1 14: Bãi đỗ xe kiểu xếp hình
• Dễ dàng cất và lấy xe với các chuyển động lên/xuống, trái/phải tự động của các pallet
• Khu vực vào ra là sàn pallet bất kỳ ở tầng vào ra
• Hệ thống có kết cấu thép
Hệ thống đỗ xe nâng đơn có nguyên lý vận hành đơn giản nhất Xe được đỗ trên một pallet và được nâng lên một độ cao thích hợp để một chiếc xe khác có thể đỗ tại không gian phía dưới nhằm tăng gấp đôi số lượng vị trí để xe
Hệ thống thích hợp sử dụng cho các gia đình sinh sống tại các khu đô thị thường sở hữu từ 2 xe ô tô trở lên Đặc điểm
• Có thể lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời
• Dễ dàng lắp đặt, tháo dỡ, bảo trì và bảo dưỡng
• Đa dạng về chủng loại ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 1 15: Hệ thống nâng đơn
Hình 1 16: Một số kiểu nâng đơn
Lựa chọn hệ thống cho đề tài
Với các ưu nhược điểm nói trên, nhóm em xin chọn bãi đỗ xe tự động dạng thang di chuyển (Hệ thống thang máy-robot thang di chuyển ) làm đề tài nghiên cứu.Với ưu điểm hệ thống có thể sử dụng trong bãi đỗ xe công cộng quy mô lớn như ,có thể đặt trong nhà hoặc ngoài trời ,mặt đất hoặc dưới lòng đất Hệ thống hoạt động rất an toàn,đáng tin cậy,có thể tự động hoàn toàn ,tiết kiệm năng lượng và đạt hiệu quả cao
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Mục tiêu thiết kế
Thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động dạng di chuyển có yêu cầu kỹ thuật như sau:
STT Yêu cầu Thông số
1 Số lượng xe giữ tối đa 10 xe
2 Khối lượng xe lớn nhất 0,5 kg
3 Tốc độ nâng thang máy 3 m/phút
4 Tốc độ di chuyển thang 3 m/phút
5 Tốc độ di chuyển cánh tay robot 3 m/phút
Bảng 2 1: Mục tiêu thiết kế
Phương án thiết kế
• Gửi xe Để thực hiện việc gửi xe, Thang máy sẽ di chuyển đến vị trí xe vào Cánh tay robot thực hiện việc lấy xe ở vị trí gửi rồi di chuyển vào bàn nâng thang máy, Thang máy di chuyển đến vị trí lưu giữ xe đã chọn, Cánh tay robot đưa xe từ bàn nâng thang máy sang vị trí lưu giữ rồi di chuyển về thang máy.Thang máy về vị trí ban đầu.Kết thúc việc gửi xe
• Lấy xe Để thực hiện việc lấy xe, Thang máy đưa robot đến vị trí lưu giữ xe, Cánh tay robot di chuyển vào lấy xe sang bàn nâng thang máy, Thang máy di chuyển đến vị trí trả xe, Robot đưa xe từ bàn nâng sang bị trí trả xe rồi di chuyển về thang máy.Thang máy về vị trí ban đầu Kết thúc việc lấy xe
• Chuyển động cho xe vào vị trí gửi xe và lấy xe ra khỏi vị trí trả xe do tài xế thực hiện
• Các truyển động của thang máy và robot do động cơ điện thông qua hệ thống truyền động thực hiện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 2 1: Sơ đồ động bãi đỗ xe tự động
1 – Động cơ, 2 – Tỷ số truyền cố định, 3 – Khớp nối đàn hồi, 4 – Trục vít,
5 – Ray trượt, 6 – Đĩa xích chủ động, 7 – Ổ lăn, 8 – Dây xích, 9 – Cánh tay robot, 10 – Cụm bàn nâng, 11 – Đĩa xích bị động
2.2.2 Lựa chọn phương án truyền động a Cụm thang máy
Thang máy trên thế giới nếu phân loại theo cơ cấu truyền động có 2 loại chính là thang máy sử dụng động cơ điện và thang máy thủy lực
Hình 2 2: Thang máy thủy lực
Thang máy thủy lực có ưu điểm là lực nâng lớn, hoạt động êm ái nhưng tồn tại nhiều nhược điểm như hệ thống cồng kềnh, phức tạp, tốc độ chậm, chiều cao hạn chế
So với thang máy thủy lực thì hệ thống thang máy sử dụng động cơ điện có nhiều ưu điểm hơn như chiều cao hành trình lớn, tốc độ cao, hệ thống gọn nhẹ nên chi phí thấp, điều khiển dễ dàng, độ chính xác cao
- Động cơ (cơ cấu phát động):
Thang máy trong hệ thống có 2 nhiệm vụ: nâng hạ và dịch chuyển ngang trên đường ray Để thực hiện momen truyền động để thực hiện 2 công việc này ta sử dụng động cơ điện 3 pha Động cơ 3 pha có nhiều ưu điểm như là loại máy điện sử dụng phổ biến nhất hiện nay, giá ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 31 thành rẻ, dễ bảo dưỡng, công suất mạnh mẽ với momen lớn là lựa chọn tối ưu nhất
- Bộ truyền động nâng hạ:
Trong thực tế, thang máy thường sử dụng cơ cấu puli kéo cáp (thang máy) và dùng bộ truyền thanh răng bánh răng (vận thăng) trong hành trình nâng hạ thang máy Với bài toán này có thể lựa chọn sử dụng một trong 2 loại thang máy phổ biến này
Hiện tại thang máy sử dụng cho hệ thống bãi đỗ xe dạng này sử dụng động cơ điện ba pha và cơ cấu dẫn động là bộ truyền xích để nâng thang,bởi vì số tầng trong hệ thống bãi đỗ xe không quá lớn
Trong mô hình nhóm chúng em chọn động cơ một chiều và bộ truyền xích sử dụng cho mô hình b Cụm robot
Robot có nhiệm vụ lấy xe từ trong khoang chứa sang bàn nâng thang máy và ngược lại
Hiện tại có 2 phương pháp lấy xe là hệ thống nâng gầm và hệ thống nâng bánh Do hệ thống nâng bánh cần đi kèm sử dụng hệ robot tự hành (AGV) để thực hiện công việc lấy trả xe, hệ thống điều khiển phức tạp nên trong đồ án này chúng em lựa chọn phương pháp nâng gầm Hệ thống này có ưu điểm như thời gian lấy xe nhanh, điều khiển, thiết kế đơn giản mà vẫn đảm bảo yêu cầu đặt ra Ý tưởng:
Cánh tay robot sẽ là khung thép có thể tịnh tiến từ bàn nâng thang máy sang vị trí lấy xe Kích thước vừa gầm của xe mô hình Có 2 chuyển động của cánh tay robot để thực hiện được việc lấy xe
Tịnh tiến: Có nhiều phương pháp để thực hiện chuyển động tịnh tiến này, trong đồ án này chúng em lựa chọn hệ thống cơ khí là bộ truyền xích với ưu điểm là kết cấu đơn giản,dễ lắp đặt,nhưng vẫn thể hiện được nguyên lý hoạt động của hệ thống
Nâng hạ xe: Chuyển động này sẽ lợi dụng luôn chuyển động nâng hạ của thang máy, hệ thống đảm bảo gọn nhẹ b Cụm di chuyển thang máy
Hệ thống di chuyển thang máy dựa trên nguyên lý cầu trục di chuyển
Cầu trục là loại máy trục kiểu cầu có bánh xe lăn trên đường ray vận hành bằng động cơ điện
Cầu trục di chuyển trên đường ray nhờ bốn cụm bánh xe, hai chủ động và hai bị động.mỗi dầm biên được lắp một cụm bánh xe chủ động và một cụm bánh xe bị động
Kết cấu cụm bánh xe chủ động gồm:
- Cụm truyền động bánh rang thẳng
- Cụm bánh xe chủ động
Kết cấu cụm bánh xe bị động gồm:
- Cụm bánh xe bị động
Trong mô hình do hệ thống nhỏ,khó chế tạo được chi tiết có kết cấu dạng này nên chúng em xin chọn trục vít làm cơ cấu di chuyển cho thang.
Tính toán mô hình bãi đỗ xe tự động
2.3.1 Chuyển động cụm robot lấy xe
Giả sử mô hình chiếc ô tô nặng 0,5 𝑘𝑔 ≈ 5𝑁 và vận tốc di chuyển lấy/trả xe là 0,05 𝑚/𝑠
Từ đó ta thực hiện các tính toán sau: a Xác định công suất động cơ
Công suất trên trục động cơ được xác định theo công thức: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
𝑃 𝑐𝑡 : công suất cần thiết trên trục động cơ, 𝑘𝑊
𝑃 𝑡 : công suất tính toán trên máy công tác, 𝑘𝑊
𝜂 1 , 𝜂 2 , 𝜂 3 : là hiệu suất của bộ truyền và các cặp ổ
𝜂 1 = 0,96 ÷ 0,98 hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ 𝜂 1 = 0,97
𝜂 2 = 0,95 ÷ 0,97 hiệu suất bộ truyền xích 𝜂 2 = 0,96
𝜂 3 = 0,98 ÷ 0,99 hiệu suất của cặp ổ trượt 𝜂 3 = 0,99
Trong trường hợp tải trọng không đổi:
Công suất tính toán là công suất làm việc trên trục máy công tác
𝑃 𝑙𝑣 : là công suất trên trục đĩa xích, 𝑘𝑊
𝐹 : là lực kéo xích tải, 𝑁
0,97 2 0,96,0,99= 0,00028 (𝑘𝑊) b Xác định số vòng quay của động cơ
Tỷ số truyền toàn bộ hệ thống dẫn động:
𝑈 𝑡 = 𝑈 𝐵𝑅 𝑈 𝑥 = 30.1 = 30 Trong đó U BR ∶ tỷ số truyền bộ truyền bánh răng
U x ∶ tỷ số truyền bộ truyền xích
Số vòng quay trục máy công tác
Từ 𝑈 𝑡 , 𝑛 𝑙𝑣 có thể tính được số vòng quay sơ bộ của động cơ
Từ bảng 2.6 ta chọn được động cơ SC21-3714 với nsb = 4000 ( 𝑣ò𝑛𝑔
Pđc = 1,937 (W) và hộp giảm tốc IG10model6 của hãng CITIZENMICRO
Bảng 2 2 Bảng chọn động cơ của hãng CITIZENMICRO c Quy cách chọn động cơ Động cơ được chọn phải có công suất Pđc và số vòng quay nđc thỏa mãn
𝑛 đ𝑐 ≈ 𝑛 𝑠𝑏 và có momen máy thỏa mãn:
𝑇 𝑑𝑛 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 35 d Tính toán động học hệ dẫn động cơ khí
- Xác định tỷ số truyền của hệ dẫn động
𝑛 đ𝑐 số vòng quay của động cơ đã chọn
𝑛 𝑙𝑣 số vòng quay của trục công tác
- Phân phối tỷ số truyền của hệ dẫn động
𝑢 𝑛 tỉ số truyền của bộ truyền ngoài
𝑢 ℎ tỉ số truyền của hộp giảm tốc
- Xác định công suất, momen, số vòng quay trên các trục
Do tính toán trên để áp dụng vào cho mô hình Vì vậy, để thuận tiện cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo ta chọn động cơ gắn liền cùng hộp giảm tốc Khi đó, ta chỉ quan tâm tới thông số: tốc độ vòng quay và momen xoắn của trục ra hộp giảm tốc e Tính toán bộ truyền xích
Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp nên ta sử dụng xích ống
- Xác định các thông số của xích và bộ truyền
𝑢 𝑥 = 1 do chỉ sử dụng 1 đĩa xích số răng đĩa xích nhỏ 𝑧 = 10 Điều kiện đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích
𝑃 𝑡 , 𝑃, [𝑃] lần lượt là công suất tính toán, công suất cần truyền, công suất cho phép
Tra bảng 5.6 và 5.7/T81,82 tập 1 ta được
𝑘 = 𝑘 0 𝑘 𝑎 𝑘 đ𝑐 𝑘 𝑏𝑡 𝑘 đ 𝑘 𝑐 k0 hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền, k0 = 1 ka hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích, ka = 0,8
Page 36 kđc hệ số kể đến nahr hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích, kđc = 1 kbt hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn, kbt = 1,8 kđ hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải trọng, kđ = 1,5 kc hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền, kc = 1,45
Chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích p = 6,35 thỏa mãn điều kiện mòn
- Tính kiểm kiệm độ bền
Kiểm nghiệm về quá tải theo hệ số an toàn
Q tải trọng phá hủy, tra bảng Q = 26kN kđ hệ số tải trọng động, kđ = 1,7
Fv lực căng do lực li tâm sinh ra, Fv = 0
F0 lực căng do trong lượng nhánh xích bị động sinh ra, F0 = 0
Như vậy, bộ truyền xích đảm bảo đủ bền
= 12,7 𝑠𝑖𝑛 (𝜋 12) Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích theo công thức
𝜎 𝐻 = 0,47√𝑘 𝑟 (𝐹 𝑡 𝐾 đ + 𝐹 𝑣đ )𝐸/(𝐴𝑘 đ ) ≤ [𝜎 𝐻 ] kr hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích, phụ thuộc Z
Z = 10 nên kr = 0,6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Fvđ lực va đập trên m dãy xích, Fvđ = 13.10 −7 𝑛 1 𝑝 3 𝑚 = 13.10 -7 60.12,7 3 1
= 0,16 kđ hệ số phân bố không đều tải trọng
Kđ hệ số tải trọng động Kđ = 1
A diện tích chiếu của bản lề, tra bảng 5.12 ta được A = 39,6 mm 2
E = 2E1E2/(E1+E2) môđun đàn hồi với E1 và E2 lần lượt là môđun đàn hồi của vật liệu con lăn và răng đĩa E = 2,1.10 5 MPa
Tra bảng 5.11 trang 86 ta được: [𝜎 𝐻 ] = 600 𝑀𝑃𝑎
Như vậy, dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ cứng HB = 210 sẽ đạt được ứng suất tiếp xúc cho phép [𝜎 𝐻 ] = 600 𝑀𝑃𝑎 đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa xích
2.3.2 Chuyển động nâng hạ xe
Giả sử mô hình cụm nâng hạ xe nặng 4,0 kg ≈ 40 N và vận tốc di chuyển nâng hạ xe là 0,05 m/s a Xác định công suất động cơ
Công suất trên trục động cơ được xác định theo công thức:
Pct công suất cần thiết trên trục động cơ (kW)
Pt công suất tính toán trên máy công tác (kW)
𝜂 1 , 𝜂 2 , 𝜂 3 là hiệu suất của bộ truyền và các cặp ổ
𝜂 1 = 0,96 ÷ 0,98 hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ 𝜂 1 = 0,97
𝜂 2 = 0,95 ÷ 0,97 hiệu suất bộ truyền xích 𝜂 2 = 0,96
𝜂 3 = 0,98 ÷ 0,99 hiệu suất của cặp ổ trượt 𝑛 3 = 0,99
Trong trường hợp tải trọng không đổi:
Công suất tính toán là công suất làm việc trên trục máy công tác
Plv là công suất trên trục đĩa xích, kW
F là lực kéo xích tải (N) v là vận tốc xích tải, (m/s)
0,99 4 0,97,0,96 = 0,0022 𝑊 b Xác định tốc độ vòng quay của trục động cơ
Tỷ số truyền toàn bộ hệ thống dẫn động
Số vòng quay trục máy công tác:
𝑝ℎú𝑡) v là vận tốc xích tải m/s z là số răng đĩa xích t là bước xích, mm
Từ 𝑈 𝑡 , 𝑛 𝑙𝑣 có thể tính được số vòng quay sơ bộ của động cơ
Từ bảng trên ta chọn được động cơ SC21-3714 với nsb = 4000 ( 𝑣ò𝑛𝑔
Pđc = 1,937 (W) và hộp giảm tốc IG10model6của hãng CITIZENMICRO c Quy cách chọn động cơ Động cơ được chọn phải có công suất P đc và số vòng quay nđc thỏa mãn
𝑛 đ𝑐 ≈ 𝑛 𝑠𝑏 và có momen máy thỏa mãn
𝑇 𝑑𝑛 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 39 d Tính động học hệ dẫn động cơ khí
- Xác định tỷ số truyền của hệ dẫn động
𝑛 𝑙𝑣 nđc : số vòng quay của động cơ đã chọn nlv : số vòng quay của trục công tác
- Phân phối tỷ số truyền của hệ dẫn động
𝑢 𝑡 = 𝑢 𝑛 𝑢 ℎ un : tỉ số truyền của bộ truyền ngoài uh : tỉ số truyền của hộp giảm tốc
- Xác định công suất, momen, số vòng quay trên các trục
Do tính toán trên để áp dụng vào cho mô hình Vì vậy, để thuận tiện cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo ta chọn động cơ gắn liền cùng hộp giảm tốc Khi đó, ta chỉ quan tâm tới thông số: tốc độ vòng quay và momen xoắn của trục ra hộp giảm tốc e Tính toán bộ truyền xích
Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp nên ta sử dụng xích ống
- Xác định các thông số của bộ truyền ux = 1 do chỉ sử dụng 1 đĩa xích số răng đĩa xích nhỏ z = 10 Điều kiện đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích
Pt, P, [𝑃] lần lượt là công suất tính toán, công suất cần truyền, công suất cho phép
Tra bảng 5.6 và 5.7/ T81,82 tập 1 ta được kz hệ số răng, kz = 25
𝑧 1 kn hệ số vòng quay, kn = n 01 n 1
𝑘 = 𝑘 0 𝑘 𝑎 𝑘 đ𝑐 𝑘 𝑏𝑡 𝑘 đ 𝑘 𝑐 k0 hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền, k0 = 1 ka hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích, ka = 0,8 kđc hệ số kể đến nahr hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích, kđc = 1
Page 40 kbt hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn, kbt = 1,8 kđ hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải trọng, kđ = 1,5 kc hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền, kc = 1,45
Chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích p ,7 thỏa mãn điều kiện mòn
Kiểm nghiệm về quá tải theo hệ số an toàn
Q tải trọng phá hủy, tra bảng Q = 26kN kđ hệ số tải trọng động, kđ = 1,7
Fv lực căng do lực li tâm sinh ra, Fv = 0
F0 lực căng do trong lượng nhánh xích bị động sinh ra, F0 = 0
Như vậy, bộ truyền xích đảm bảo đủ bền
= 12,7 𝑠𝑖𝑛 (𝜋 12) Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích theo công thức
𝜎 𝐻 = 0,47√𝑘 𝑟 (𝐹 𝑡 𝐾 đ + 𝐹 𝑣đ )𝐸/(𝐴𝑘 đ ) ≤ [𝜎 𝐻 ] kr hệ số kể đến ảnh hưởng của số răng đĩa xích, phụ thuộc Z
Fvđ lực va đập trên m dây xích, Fvđ = 13.10 −7 𝑛 1 𝑝 3 𝑚 kđ hệ số phân bố không đều tải trọng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Kđ hệ số tải trọng động
A diện tích chiếu của bản lề, tra bảng 5.12 ta được A = 39,6 mm 2
E = 2E1E2/(E1+E2) môđun đàn hồi với E1 và E2 lần lượt là môđun đàn hồi của vật liệu con lăn và răng đĩa E = 2,1.10 5 MPa
Tra bảng 5.11 trang 86 ta được: [𝜎 𝐻 ] = 600 𝑀𝑃𝑎
Như vậy, dùng thép 45 tôi cải thiện đạt độ cứng HB = 210 sẽ đạt được ứng suất tiếp xúc cho phép [𝜎 𝐻 ] = 600 𝑀𝑃𝑎 đảm bảo được độ bền tiếp xúc cho răng đĩa xích
2.3.3 Chuyển động di chuyển ngang
Giả sử cả cụm thang máy và cả tải nặng 7 kg = 70N và vận tốc di chuyển ngang là 0,05 m/s Từ đó ta thực hiện tính toán sau: a Xác định công suất động cơ
Công suất trên trục động cơ được xác định theo công thức:
Pct: công suất cần thiết trên trục động cơ, kW
Pt: công suất tính toán trên máy công tác,kW
𝜂 1 , 𝜂 2 , 𝜂 3 : là hiệu suất của bộ truyền và các cặp ổ
𝜂 1 = 0,96 ÷ 0,98hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ 𝜂 1 = 0,97
𝜂 3 = 0,98 ÷ 0,99hiệu suất của cặp ổ trượt 𝜂 3 = 0,99
Trong trường hợp tải trọng không đổi:
Công suất tính toán là công suất làm việc trên trục máy công tác
Plv:là công suất trên trục đĩa xích,kW
Fa : lực dọc trục trục vít v : vận tốc đai ốc, m/s
Hình 2 4: Lực tác dụng thang máy xét theo phương chuyển động
0,97 2 0,99 = 0,00032 (k𝑊) b Xác định số vòng quay của động cơ
Sử dụng phương pháp lắp trực tiếp Trục ra của hộp giảm tốc sẽ lắp trực tiếp với trục vít Như vậy tỷ số truyền chung sẽ chính là tỷ số truyền của hộp giảm tốc
Tỷ số truyền toàn bộ hệ thống dẫn động:
𝑈 𝑡 = 𝑈 𝐵𝑅 = 30 = 30 Trong đó U BR ∶ tỷ số truyền bộ truyền bánh răng
Chọn vít me có bước vít p là 10 mm
Vận tốc chuyển động v là 0,05 m/s
Số vòng quay của động cơ chuyển động ngang là:
Từ 𝑈 𝑡 , 𝑛 𝑙𝑣 có thể tính được số vòng quay sơ bộ của động cơ:
𝑝ℎú𝑡) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 43 Chọn được động cơ SC21-3710 với nsb = 9300 ( 𝑣ò𝑛𝑔
𝑝ℎú𝑡) và Pđc = 4,821 (W) và hộp giảm tốc WP1/10Micro c Quy cách chọn động cơ Động cơ được chọn phải có công suất Pđc và số vòng quay nđc thỏa mãn
𝑛 đ𝑐 ≈ 𝑛 𝑠𝑏 và có momen máy thỏa mãn:
𝑇 𝑑𝑛 d Tính động học hệ dẫn động cơ khí
- Xác định tỷ số truyền hệ dẫn động
𝑛 𝑙𝑣 nđc : số vòng quay của động cơ đã chọn nlv : số vòng quay của trục công tác
- Phân phối tỷ số truyền hệ dẫn động
𝑢 𝑡 = 𝑢 𝑛 𝑢 ℎ un : tỉ số truyền của bộ truyền ngoài uh : tỉ số truyền của hộp giảm tốc
- Xác định công suất, momen, số vòng quay các trục
Do tính toán trên để áp dụng vào cho mô hình Vì vậy, để thuận tiện cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo ta chọn động cơ gắn liền cùng hộp giảm tốc Khi đó, ta chỉ quan tâm tới thông số: tốc độ vòng quay và momen xoắn của trục ra hộp giảm tốc e Tính toán trục vít me, đai ốc bi
- Xác định vâtk liệu, kiểu vít
Chọn vật liệu vít – Thép 45, Đai ốc – Đồng thanh, ren thang cân 1 Đầu nối, hướng ren phải
- Xác định đường kính trục vít me
Chọn hệ số chiều cao đai ốc Ψ 𝐻 = 1,8 (đai ốc nguyên), hệ số chiều cao ren thang cân Ψ ℎ = 0,5, áp suất cho phép [𝑞] = 6 𝑀𝑃𝑎
Chiều cao profin ren ℎ = 0,1 𝑑 2 = 0,1.25 = 2,5𝑚𝑚 Đường kính ngoài 𝑑 = 30𝑚𝑚 Đường kính trong 𝑑 1 = 20𝑚𝑚
Hệ số ma sát của cặp vật liêuk thép – đồng thanh bôi trơn không tốt 𝑓 0,1
- Kiểm nghiệm vít về độ bền
Tiết diện nguy hiểm tiếp nhận toàn bộ lực dọc 𝐹 𝑎 và momen là giá trị lớn hơn trong 2 giá trị 𝑇 𝑟 và 𝑇 𝑔
Chọn mặt tì với 𝑑 0 = 2𝑑 = 2.30 = 60𝑚𝑚, 𝑑 0 = 16𝑚𝑚, khi đó
Thiết kế mô hình
Dựa vào phương án thiết kế và tính toán ,nhóm chúng em tiến hành đi vào quá trình thiết kế bản vẽ cho mô hình Quá trình thiết kế được tiến hành qua ba công đoạn:
- Thiết kế cụm khung chứa xe
- Thiết kế cụm thang máy nâng hạ
- Thiết kế cụm robot lấy xe ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Nhiệm vụ: Khung chứa có là nơi cất giữ xe,được lắp ráp bằng kết cấu thép hộp chắc chắn.Trong mô hình khung gồm 12 khoang chính trong đó có 2 khoang có chức năng cất giữ xe
Bộ phận chính của cụm thang máy gồm hai phần nhỏ:
- Phần cột đứng khung chứa
Hình 2 5 Bản vẽ hình chiếu trục đo khung chứa xe
Page 46 a Cột đứng khung chứa
Cột đứng trong khung chứa xe là bộ phận gắn tấm đỡ bánh xe và gắn với đế khung chứa xe
Hình 2 6 Cột đứng khung chứa xe b Đế khung chứa
Là thành phần chân móng để lắp ghép các cột giữa và cột bên tạo nên khung chứa xe, tạo độ cứng vững cho mô hình Ngoài ra ổ đỡ trục vít cũng gắn vào chân đế (trục vít là cơ cấu truyền động tạo di chuyển ngang cho thang máy) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 2 7 Đế khung chứa xe
Nhiệm vụ: Robot có nhiệm vụ lấy xe,giữ xe khi thang di chuyển.Cụm được nối với thang nâng,chuyển động của robot thông qua bộ truyền xích đơn giản Một vài bộ phận chính của cụm như:
Hình 2 8 Cụm robot lấy xe a Đĩa xích Đĩa xích được truyền chuyển động quay từ động cơ,thông qua xích giúp cơ cấu lấy xe chuyển động tịnh tiến.Đĩa xích sử dụng là loại 12 răng có thông số như hình 2.9
Hình 2 9 Đĩa xích ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Xích trong mô hình có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ đĩa xích thành chuyển động tịnh tiến
Xích được sử dụng là loại 40b có thông số như sau:
Bảng 2 3 Thông số xích con lăn b Gá động cơ robot
Là bộ phận để gắn động cơ robot vào bàn nâng
Hình 2 11 Gá động cơ robot
Page 50 c Tấm gá bàn nâng
Tấm gá bàn nâng là bộ phận để gắn robot gồm ray trượt động cơ, gắn với cột thang máy qua con trượt trên ray trượt tròn
Hình 2 12 Tấm gá bàn nâng d Khớp nối
Khớp nối là một bộ phận cơ khí để nối và truyền momen xoắn giữa hai thành phần chuyển động là trục động cơ và trục gắn với đĩa xích ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Nhiệm vụ : Thang máy có nhiệm vụ nâng hạ hệ thống robot lấy xe.Thang có thể di chuyển được theo phương ngang nhờ vít me liên kết với một động cơ riêng
Một vài bộ phận chính trong cụm thang máy như:
- Trục chủ động,bị động
- Đĩa xích chủ động,bị động (Giống cụm robot lấy xe)
- Khớp nối (giống cụm robot lấy xe)
- Gá động cơ trục vít
Hình 2 14 Bản vẽ cụm thang máy a Cột thang máy
Cột thang máy hay khung thang máy chính là phần khung của thang máy Là nơi gắn bàn nâng robot di chuyển trên ray trượt được gắn trên khung Cũng là nơi gắn các bộ phần khác trong cơ cấu chuyển động như ổ lăn, trục, đĩa xích, xích, động cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 2 15 Cột thang máy b Vít me
Vít me là một trong những thiết bị mang nhiệm vụ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến giúp di chuyển thang máy
Page 54 c Đế thang máy Đế thang máy đóng vai trò đỡ toàn bộ phần khung thang máy Là vị trí để lắp đai ốc liên kết với trục vít trong chuyển động di chuyển ngang, cũng là nơi gắn bánh xe di chuyển trên ray
Hình 2 17 Đế thang máy d Trục chủ động
Trục chủ động là nơi gắn đĩa xích chủ động Bộ phận này nằm trong cơ cấu chuyển động của thang máy Hai đầu trục gắn với ổ lăn, đĩa xích lắp chính giữa Một đầu gắn với động cơ bằng khớp nối đàn hồi
Trục được hạ bậc hai đầu để nối với ổ lăn cũng như khớp nối đàn hồi.Tại vị trí lắp đĩa xích,trục được gia công rãnh then để tạo mối lắp với đĩa xích ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 2 18 Trục chủ động e Trục bị động
Trục bị động là nơi gắn đĩa xích bị động, là cơ cấu truyền động của thang máy Hai bên đầu trục được gắn với ổ đỡ, đĩa xích sẽ gắn ở vị trí giữa Nhiệm vụ của bộ phận này là để căng dây xích khi thang máy hoạt động
Trục được hạ bậc hai đầu để nối với ổ lăn cũng như khớp nối đàn hồi.Tại vị trí lắp đĩa xích,trục được gia công rãnh then để tạo mối lắp với đĩa xích
Page 56 f Ổ lăn Ổ lăn có được gắn với trục vít me,có chức năng cố định trục,giảm ma sát trong quá trình trục quay
Hình 2 20 Ổ lăn g Gá động cơ trục vít me
Hình 2 21 Gá động cơ trục vít ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Gá động cơ được chế tạo sẵn giúp cố định động cơ vào khung một cách dễ dàng,hệ thống trở nên cứng cáp hơn h Ray trượt tròn
Con trượt được gắn trên ray trượt tròn ,giúp cố định quỹ đạo chuyển động thẳng, tăng độ cứng vững cho hệ thống nâng của thâng và giúp hệ thống hoạt động êm ái hơn
2.4.4 Bản vẽ lắp tổng thể mô hình
Hình 2 23 Bản vẽ lắp mô hình ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 2 24 bản vẽ hình chiếu trục đo mô hình
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Mục tiêu thiết kế
Thiết kế hệ thống điều khiển dựa trên những yêu cầu sau:
• Có tín hiệu báo xe đã ở vị trí vào hoặc ra mới cho phép thang hoạt động hoặc cho phép người vào lấy xe
• Xe đang ở vị trí chờ để lấy xe thì quá trình lấy xe không được phép hoạt động
• Đèn báo tín hiệu khi hết chỗ và báo số xe còn trống trong bãi
• Báo vị trí có xe và vị trí trống, khoang có xe không được phép gửi và khoang không có xe không được phép lấy
• Lấy đúng xe khi khách yêu cầu
• Khi có sự cố hoặc hệ thống dừng và chỉ hoạt động lại khi thực hiện hai chức năng reset và start lại hệ thống
• Giám sát và điều khiển bằng máy tính,giao diện điều khiển đơn giản dễ sử dụng.
Nguyên lý hoạt động của bãi đỗ xe
Xe của khách hàng muốn gửi được đưa vào vị trí IN của bãi đỗ xe Người quản lí bãi đỗ xe sẽ xem khoang nào còn trống và chọn khoang để đưa xe vào.Hoạt động điều khiển và giám sát của quá trình gửi xe được hiển thị trên màn hình để tiện theo dõi.Khi gửi xong vị trí xe sẽ được lưu trên hệ thống ,người quản lí sẽ đưa vé xe đúng với vị trí mà xe đã được lưu cho người gửi.Kết thúc quá trình gửi xe
Người gửi xe sẽ đưa vé cho người quản lí để nhận lại xe.Quản lí có trách nhiệm chọn đúng xe mà người gửi đã gửi.Hoạt động điều khiển và giám sát hiển thị trên màn hình.Xe được lấy ra sẽ đưa vào vị trí OUT ,có tín hiệu báo trên màn hình quản lí sẽ cho phép người gửi xe và lấy xe của mình.Kết thúc quá trình lấy xe
Dựa vào nguyên lý và các điều kiện hoạt động của bãi đỗ xe.Nhóm xin được thiết kế mô hình theo sơ đồ sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 61 Tín hiệu đầu vào Điều khiển Tín hiệu đầu ra
PLC Relay Động cơ DC giảm tốc
Tín hiệu phản hồi từ cảm biến
Hình 3 1 Sơ đồ khối tín hiệu
Thiết bị và phần mềm lập trình
PLC là viết tắt của Programable Logic Controler là bộ điều khiển logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình Về bản chất PLC là một máy tính, với ngôn ngữ lập trình riêng gần gũi với người sử dụng, được thiết kế để thực thi một số nhiệm vụ chuyên biệt Hạt nhân của nó là bộ vi xử lí thực hiện các phép tính số học và logic cùng với các thành phần như bộ nhớ, cổng vào ra … PLC được thiết kế và chế tạo với các tiêu chuẩn đặc biệt về độ bền để có thể làm việc trong môi trường khắc nghiệt ( nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, thời gian hoạt động liên tục) Như vậy, với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (PLC khác hoặc máy tính)
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau
Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge)
Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X (loại cũ) và 22X (loại mới), trong đó loại
21X không còn sản xuất nữa Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP,
216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM
Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X:
Bảng 3 1: Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X
Giới thiệu về module mở rộng:
- Module đầu vào số: EM221 có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp 24VDC/120-230VAC
- Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/Relay/230VAC
- Module vào ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC/Relay/230VAC
- Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 0- 10V, 4-20mA
- Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra
- Module vào ra tương tự: EM235 có 4 đầu vào và 1 đầu ra
- Ngoài ra còn có các module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông
Bảng giới thiệu các loại module mở rộng: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Bảng 3 2: Bảng giới thiệu các loại module mở rộng
Dòng S7-200 thuộc dòng PLC loại nhỏ, được dùng cho máy móc, dây chuyền nhỏ, hoặc các hệ thống nhỏ, được trang bị các chức năng đầy đủ như truyền thông, analog, HSC, PWM/PTO, tính năng đầy đủ lập trình đơn giản và giá thành rẻ
3.3.2 Cấu trúc phần cứng của plc s7-200
Các thành phần chính gồm:
• Bộ xử lí trung tâm (Center Processor Unit)
• Khối module giao tiếp vào/ra (Input/Output)
Hình 3 2: Mô hình tổng quát của một PLC
Ngoài ra PLC cũng bổ xung thêm các đèn để chỉ trạng thái của tín hiệu vào/ra PLC Các khối chính được kết nối với nhau bằng dây nối hoặc các thành phần tương tự được gọi là bus Thông qua bus,tất cả tín hiệu giữa các thành phần của PLC được trao đổi
A, Bộ xử lí trung tâm
Khối xử lí trung tâp là bộ não của PLC, có chức năng nhận dữ liệu từ các module vào, thực hiện chương trình, đưa ra kết quả và điều khiển các thiết bị được nối vào module ra CPU có thể chế tạo thành khối độc lập hoặc nằm trong khối Main Trong quá trình hoạt động CPU thực hiện ba công việc:
- Đọc dữ liệu đầu vào : Lấy tín hiệu từ các thiết bị trường, lưu trữ vào bộ nhớ
- Xử lý và tính toán : Thực hiện chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ do người lập trình tạo ra
- Ghi dữ liệu đầu ra : Xuất các tín hiệu điều khiển tại đầu ra a Vi xử lí
Bộ vi xử lí là cốt lõi của CPU, quyết định tốc độ xử lí, khả năng quản lí ngoại vi của PLC b BUS
BUS là hệ thống đường dẫn thông tin giữa các phần trong CPU với các thành phần khác nhau BUS trong PLC được chia thành 4 loại: Bus dữ liệu, Bus địa chỉ, Bus điều khiển và BUS hệ thống
▪ BUS dữ liệu được sử dụng cho truyền dữ liệu giữa CPU, bộ nhớ vào/ra
▪ BUS địa chỉ được sử dụng nhớ địa chỉ mà dữ liệu sẽ được tìm về hoặc để dữ liệu sẽ được gửi đến ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
▪ BUS điều khiển được sử dụng cho đồng bộ và điều khiển phần luồng tín hiệu
▪ BUS hệ thống được sử dụng cho truyền thông vào/ra
Khối nguồn có chức năng cung cấp nguồn ổn định cho các khối khác trong hệ thống Thông thường điện áp đầu vào cho khối nguồn là điện áp xoay chiều 120VAC đến 220VAC hoặc điện áp một chiều 24VDC Điện áp đầu ra của khối nguồn là điện áp một chiều Đối với khối nguồn độc lập thì điện áp đầu ra thường là 24VDC, trong một số trường hợp sẽ có các đầu ra điện áp khác nhau: ± 5VDC, ±15 VDC, 24 VDC Thông thường PLC sủ dụng nguồn 24 VDC có lợi hơn các loại khác do mức điện áp này là tiêu chuẩn cho hầu hết các cảm biến và các bộ chuyển đổi
Bộ nhớ là thiết bị lưu trữ các thông tin: chương trình, dữ liệu, tham số hệ thống, cấu hình hệ thống…Việc tổ chức và quản lí do nhà sản xuất quy định Bộ nhớ có thể chia thành hai loại là: Bộ nhớ duy trì và bộ nhớ không duy trì Nội dung của bộ nhớ duy trì sẽ không bị mất khi mất điện nhưng tốc độ đọc/ghi (truy cập) chậm Vì vậy bộ nhớ duy trì thường được dùng làm bộ nhớ chương trình, bộ nhớ lưu dữ liệu Bộ nhớ không duy trì sẽ mất nội dung khi mất điện nhưng có tốc độ truy cập cao Bộ nhớ không duy trì thường được dùng làm bộ nhớ dệm để CPU xử lí, tính toán, lưu các giá trị biến trung gian Trong một số trường hợp, bộ nhớ không duy trì cũng được sử dụng làm bộ nhớ lưu trữ dữ liệu khi có thêm nguồn nuôi cho bộ nhớ (thường là Pin)
Các module truyền thông của PLC được sử dụng để trao đổi dữ liệu với các thiết bị khác (như biến tần, khởi đông mềm, các bộ điều khiển nhiệt độ, máy tính,…) mà không cần sử dụng các đầu vào/ra vật lý PLC hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu trao đổi dữ liệu của PLC với các thiết bị với nhau như:
- Giao tiếp với máy tính lập trình và các thiết bị điều khiển giám sát
- Thu thập dữ liệu thông qua các module vào/ra từ xa
- Thu thập dữ liệu từ các thiết bị trường
- Giao tiếp với các PLC khác
Các giao thức truyền thông thường gặp trong PLC như Profibus, Modbus, CAN, Ethernet TCP/IP, AS-I,…
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp gọi là một vòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc.Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra
Hình 3 3: Vòng quét một PLC
Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn
1 và 4 do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra
Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với các chế độ ngắt được soạn thảo và cài đặt như bộ phận của chương trình.Chương trình ngắt chỉ được thực hiện khi có sự kiện báo ngắt và có thể sảy ra bất kì lúc nào trong một vòng quét
Có hai loại thiết bị có thể lập trình cho PLC S7-200 là PG và PC:
- PG: là thiết bị lập trình chuyên dụng được dùng cho PLC S7-200, tuy nhiên chỉ sử dụng để lập trình ngôn ngữ STL
Thiết bị lựa chọn cho hệ thống
3.4.1 Bộ nguồn chuyển đổi dòng từ dòng AC sang DC
Hệ thống được thiết kế sử dụng ba động cơ DC 24VDC để điều khiển ba chuyển động của thang máy, bàn nâng, và cánh tay robot Để cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống, hệ thống sẽ được trang bị một bộ nguồn chuyển đổi điện từ 220VAC thành 24VDC với dòng là 5A
Hình 3 6 : Bộ nguồn chuyển đổi AC sang DC cung cấp 24VDC – 5A Để đóng ngắt và đổi chiều quay của 3 động cơ DC 24 Volt này ta dùng relay cấp nguồn 24Volt để điều khiển 3 động cơ, tín hiệu điều khiển được gửi trực tiếp đến động cơ qua tiếp điểm thường hở của Relay.Tín hiệu đóng ngắt tiếp điểm được điều khiển bởi PLC Đầu vào ra nguồn 24v
- Đầu vào nguồn có ký hiệu là AC 220V (N,L), đó chính là đầu nối với ổ cắm điện nhà
- Đầu ra của nguồn có phân cực âm dương Trong đó cực âm có ký hiệu là COM hoặc V-, cực dương là V+ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 3 7: Các chân cắm bộ nguồn
3.4.2 PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC
Loại PLC sử dụng có 14 đầu vào và 10 đầu ra Đầu vào ra lựa chọn đảm bảo yêu cầu về đầu vào của hệ thống Khi nạp chương trình từ máy tính vào PLC thì PLC sẽ thực hiện giống như những gì đã được lập trình với các chân của PLC là các tiếp điểm sử dụng trong phần lập trình Cùng với PLC thì có cáp kết nối giúp nạp chương trình vào PLC để PLC thực hiện các yêu cầu đề bài đặt ra
Bộ nhớ chương trình: 12KB
Bộ nhớ dữ liệu: 8KB
Profibus DP extendable Điều khiển PID: Có
Phần mềm: Step 7 Micro/WIN
Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân : 0.37ms
Bộ đếm tốc độ cao: 6 x 60 Khz
Bộ đếm lên/xuống: Có
Hình 3 8: PLC S7-200 loại CPU 224 DC/DC/DC
Số đầu vào/ra có sẵn: 14 DI / 10DO
Kích thước: Rộng x Cao x Sâu : 120 x 80 x 62
Hình 3 9:.Hình ảnh động cơ một chiều 24VDC
Các thông số của động cơ một chiều này như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 73 Nguồn 24VDC, tốc độ 100vòng/phút ,công suất 17w Momen xoắn cực đại 2.5N.m
Khối lượng 250g, đường kính trục 6mm
Hệ số giảm tốc là 50:1
Relay là một loại công tắc điều khiển từ xa, nó dùng một dòng nhỏ để điều khiển một dòng lớn, vì vậy, nó được dùng để bảo vệ công tắc nên cũng được xem là một thiết bị bảo vệ Một relay điển hình điều khiển mạch và cả điều khiển nguồn Kết cấu relay gồm có một lõi sắt, một cuộn từ và một tiếp điểm Trong mô hình relay có nhiệm vụ đóng ngắt hoạt động của động cơ 24V Relay Omron MY2N 24VDC được sử dụng cho mô hình
- Loại 8 chân, 2 cặp tiếp điểm (DPDT)
- Thời gian đáp ứng tối đa (Response time): 20ms
- Sử dụng với đế 8 chân Omron PYF08A
Hình 3 10: Relay Omron MY2N 24VDC
Cảm biết từ là loại cảm biết nhận biết nam châm, khi nó phát hiện ra nam châm thì nó sẽ cho tín hiệu là tín hiệu tích cực là 1 còn khi không có nam châm thì tín hiệu của nó trả về là mức 0
Cảm biến sử dụng cho mô hình: smc d-m9p
- Loại dây điện (Wirring type): 3 dây
- Tín hiệu đầu ra (Output type): kiểu PNP
- Tải áp dụng: relay, PLC
- Dòng điện: 10mA hoặc ít hơn
- Đèn báo hiệu: đèn led đỏ sẽ sáng lên khi nhận tín hiệu
Cảm biến có 3 dây với 3 mầu nâu ,xanh ,đen
- Dây nâu sẽ đấu với nguồn +24V
- Dây xanh sẽ đấu vơi nguồn 0V
- Dây đen sẽ đấu với chân tín hiệu PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 3 12: Cảm biến từ smc d-m9p
Sơ đồ đấu nối cảm biến
Hình 3 13: Sơ đồ đấu nối cảm biến
Công tắc hành trình có chức năng giới hạn hành trình tại các vị trí xác định thường là vị trí đầu và kết thúc cuối hành trình Công tắc hành trình đóng vai trò như một công tắc, có loại thường đóng hoặc thường mở hoặc có loại kết hợp cả hai, mục đích để nhận biết đối tượng khi đối tượng tác động lên bộ phận chuyển mạch
Page 76 Loại công tắc hành trình sử dụng trong mô hình là loại có cả tiếp điểm thường đóng và thường hở
Hình 3 14: Công tắc hành trình
Sơ đồ mạch động lực,điều khiển
Đầu vào Địa chỉ Nghi chú
CB-X I0.0 Cảm biến tiệm cận phát hiện vị trí trên trục X CB-Z I0.1 Cảm biến tiệm cận phát hiện vị trí trên trục X
CB-Y1 I0.3 Cảm biến giới hạn trục Y
CB-Y2 I0.4 Cảm biến giới hạn trục Y
CB-X1 I0.5 Cảm biến giới hạn trục X
CB-X2 I0.6 Cảm biến giới hạn trục X
CB-Z1 I0.7 Cảm biến giới hạn trục Z
CB-Z2 I1.0 Cảm biến giới hạn trục Z
CB-IN I1.1 Cảm biến phát hiện có xe ở đầu vào
CB-OUT I1.2 Cảm biến phát hiện có xe ở đầu ra
Bảng 3 4: Bảng địa chỉ đầu vào ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 77 Đầu ra Địa chỉ Nghi chú
X-DƯƠNG Q0.0 Relay điều khiển động cơ 1 quay thuận X-ÂM Q0.1 Relay điều khiển động cơ 1 quay nghịch Y-DƯƠNG Q0.2 Relay điều khiển động cơ 2 quay thuận Y-ÂM Q0.3 Relay điều khiển động cơ 1 quay nghịch Z-DƯƠNG Q0.4 Relay điều khiển động cơ 3 quay thuận Z-ÂM Q0.5 Relay điều khiển động cơ 1 quay nghịch
Bảng 3 5: Bảng địa chỉ đầu ra
Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống
Hệ thống bãi đỗ xe tự động kiểu thang di chuyển được thiết kế như trên phần cơ khí Gồm 3 bậc tự do, đó là: bậc tự do tịnh tiến di chuyển thang, tịnh tiến cabin lên xuống, tịnh tiến ra vào tấm nâng xe
Chính vì vậy, hệ thống được thiết kế gồm 3 động cơ DC 24VDC
Sơ đồ mạch động lực
Hình 3 15: Sơ đồ mạch động lực
Hình 3 16: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống
Thiết kế sơ đồ thuật toán điều khiển
3.5.1 Sơ đồ thuật toán chương trình chính
Khi nhấn start thì hệ thống hoạt động,tiến hành chọn chế độ được đưa ra là gửi xe hoặc lấy xe,tiếp theo chọn ô cần gửi/lấy,hệ thống kiểm tra xem ô vừa chọn không có xe sẽ được phép thực thi quá trình gửi,ô có xe sẽ được phép thực thi quá trình lấy,ngược lại quá trình sẽ không thực hiện yêu cầu chọn lại.Quá trình thực thi hoàn tất hệ thống sẽ lưu lại kết quả của quá trình vừa chọn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
BT_Gửi =ON? BT_lấy =ON?
Thực thi Gửi Thực thi lấy
Hình 3 17: Sơ đồ thuật toán chương trình chính
3.5.2 Sơ đồ thuật toán chương trình gửi xe và lấy xe
Cảm biến tiệm cận gắn trên hệ thống di chuyển trục X và Z mỗi lần đi qua phát hiện nam châm thì couter0 (đếm số lần cảm biến trục X thay đổi trạng thái) và couter1 (đếm số lần cảm biến trục Z thay đổi trạng thái) đếm lên 1
Khi chọn ô 1 hoặc 2 ,đầu tiên động cơ 1 quay thuận ,cảm biến tiệm cận on lần 1,couter0 đếm lên 1,động cơ 1 dừng đồng thời kích hoạt động cơ 3 quay thuận.Cảm biến tiệm cận trục z on lần1, couter1 đếm lên 1,đông cơ 3 dừng,kích hoạt động cơ 2 thuận đẩy cơ cấu nâng vào.Khi chạm công tắc hành trình Y2,động cơ 2 dừng, kích hoạt động cơ 3 quay thuận thực hiện lấy xe.Cảm biến tiệm cận trục z on lần 2,động cơ 3 dừng,kích hoạt động cơ 2 quay nghịch.Khi chạm công tắc hành trình Y1,động cơ 2 dừng ,kích hoạt động cơ 1 quay thuận.Khi couter0=2 (nếu chọn gửi vào ô 1) và couter0=3 (nếu gửi vào ô 2),động cơ 1 dừng ,kích hoạt động cơ 2 quay thuận.Khi chạm công tắc hành trình Y2,động cơ 2 dừng,kích hoạt động cơ 3 quay nghịch thực hiện đặt xe vào ô đã chọn.Couter 1 đếm lên 3, động cơ 3 dừng,kích hoạt động cơ 2 quay nghịch.Khi chạm công tắc hành trình Y1,động cơ 2 dừng,kích hoạt động cơ 3 quay nghịch.Khi chạm công tắc hành trình Z1,động cơ 3 dừng, kích hoạt động cơ 1 quay nghịch.Khi chạm công tắc hành trình X1,kết thúc quá trình gửi
Khi chọn lấy xe ô 1,2, đầu tiên động cơ 1 quay thuận.Khi couter0=2 (nếu lấy xe ô 1) và couter0=3 (nếu lấy xe ô 2),động cơ 1 dừng ,kích hoạt động cơ 2 quay thuận.Khi chạm công tắc hành trình Y2,động cơ 2 dừng,kích hoạt động cơ 3.Khi Couter1 đếm 2,động cơ 3 dừng,động cơ 2 quay nghịch.Khi chạm công tắc hành trình Y1,động cơ 2 dừng,động cơ 1 quay thuận.Khi couter0=4, động cơ 1 dừng, động cơ 2 thuận.Khi chạm công tắc hành trình Y2,động cơ 2 dừng , động cơ 3 nghịch.Khi couter1 =3,động cơ 3 dừng, động cơ 2 nghịch.Khi chạm công tắc hành trình Y1, động cơ 2 dừng, động cơ 3 nghịch.Khi chạm công tắc hành trình Z1, động cơ 3 dừng,động cơ 1 nghịch.Khi chạm công tắc hành trình X1,Kết thúc quá trình lấy xe
Quá trình gửi lấy diễn ra tuần tự, chương trình con gửi, lấy ô 3,4,5,6 và 7,8,9,10 hoạt động theo nguyên lý tương tự ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Couter 0=4? ĐC1 stop ĐC 2 Thuận
CBZ1=1? ĐC3 stop ĐC1 Nghịch
No ĐC1 stop ĐC3 thuận
YES No ĐC3 stop ĐC2 thuận
No ĐC2 stop ĐC3 Thuận
No ĐC3 stop ĐC2 Nghịch YES
No ĐC2 stop ĐC1 Thuận YES
CBY2=1? ĐC2 stop ĐC 3 Nghịch YES No
Couter 1=3 No ĐC3 stop ĐC 2 Nghịch
YES ĐC2 stop ĐC 3 Nghịch YES
Hình 3 18: Sơ đồ chương trình con lấy xe ô số 1,2
Couter 0=4? ĐC1 stop ĐC 2 Thuận
CBY2=1? ĐC2 stop ĐC3 Ngịch
No ĐC3 stop ĐC2 thuận
YES No ĐC2 stop ĐC3 thuận
No ĐC3 stop ĐC2 Nghịch
No ĐC2 stop ĐC3 Nghịch YES ĐC1 stop ĐC3 thuận
No ĐC3 Stop ĐC1Thuận
YES BT4=ON ? No BT5=ON ? No BT6=ON ?
No No No BT6=ON ?
YES ĐC3 stop ĐC2 nghịch
CBY1=1? ĐC2 stop ĐC3 nghịch
CBZ1=1? ĐC3 stop ĐC1 nghịch
Hình 3 19: Sơ đồ chương trình con lấy xe ô số 3,4,5,6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Couter 0=4? ĐC1 stop ĐC 2 Thuận
CBY2=1? ĐC2 stop ĐC3 Nghịch
No ĐC3 stop ĐC2 thuận
YES No ĐC2 stop ĐC3 thuận
No ĐC3 stop ĐC2 Nghịch
No ĐC2 stop ĐC3 Nghịch YES ĐC1 stop ĐC3 thuận
No ĐC3 Stop ĐC1Thuận
YES BT8=ON ? No BT9=ON ? No BT10=ON ?
No No No BT10=ON ?
YES ĐC3 stop ĐC2 nghịch
CBY1=1? ĐC2 stop ĐC3 nghịch
CBZ1=1? ĐC3 stop ĐC1 nghịch
Hình 3 20: Sơ đồ chương trình con lấy xe ô số 7,8,9,10
No ĐC 3 stop ĐC 2 thuận
CBY2=1? ĐC2 stop ĐC3 Thuận
Couter 1=2? ĐC3 stop ĐC2 Nghịch
CBY1=1? ĐC2 stop ĐC1 Thuận
BT2=ON Couter 0=3? ĐC1 stop ĐC2 thuận
CBY2=1? ĐC2 stop ĐC3 Nghịch
Couter 1=3 ? ĐC3 stop ĐC2 Nghịch
CBY1=1? ĐC 2 stop ĐC3 Nghịch
YES ĐC3 stop ĐC1 Nghịch No
Hình 3 21: Sơ đồ chương trình con gửi xe số 1,2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
BT4=ON ? No BT5=ON ? No BT6=ON ? ĐC3 Thuận
No ĐC 3 stop ĐC 2 thuận
CBY2=1? ĐC2 stop ĐC3 Thuận
Couter 1=2? ĐC3 stop ĐC2 Nghịch
CBY1=1? ĐC2 stop ĐC1 Thuận
BT3=ON Couter 0=1? ĐC1 stop ĐC3 thuận BT4=ON Couter 0=2?
Couter 1=4? ĐC3 stop ĐC2 Thuận
CBY2=ON? ĐC2 stop ĐC3 Nghịch
Couter 1=4? ĐC 3 stop ĐC2 Nghịch YES
CBY1=ON? ĐC2 stop ĐC3 Nghịch No No
No ĐC3 stop ĐC1 Nghịch
Hình 3 22: Sơ đồ chương trình con gửi xe ô số 3,4,5,6
BT8=ON ? No BT9=ON ? No BT10=ON ? ĐC3 Thuận
No ĐC 3 stop ĐC 2 thuận
CBY2=1? ĐC2 stop ĐC3 Thuận
Couter 1=2? ĐC3 stop ĐC2 Nghịch
CBY1=1? ĐC2 stop ĐC1 Thuận
BT3=ON Couter 0=1? ĐC1 stop ĐC3 thuận BT4=ON Couter 0=2?
Couter 1=6? ĐC3 stop ĐC2 Thuận
CBY2=ON? ĐC2 stop ĐC3 Nghịch
Couter 1=7? ĐC 3 stop ĐC2 Nghịch YES
CBY1=ON? ĐC2 stop ĐC3 Nghịch No No
No ĐC3 stop ĐC1 Nghịch
Hình 3 23: Sơ đồ chương trình con gửi xe ô số 7,8,9,10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
3.5.3 Chương trình Reset start reset
CBY1=1? ĐC2 stop ĐC3 nghịch
CBZ1=1? ĐC3 stop ĐC2 nghịch
Thiết kế giao diện mô phỏng điều khiển
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Nói rỏ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC Để phù hợp với các yêu cầu bài toán, chúng em quyết định chọn phần mềm wincc 7.2 sử dụng cho đề tài nghiên cứu.Wincc có chức năng giám sát và điều khiển hoạt động của mô hình
Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện Người và Máy – HMI và mạng Scada, WinCC sử dụng các chức năng phổ biến sau:
Graphics Designer: Thực hiện dể dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O, và các thuộc tính hoạt động (Dynamic)
Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vận hành Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ các quá trình đang thực thi
Report Designer: Tạo ra các thông báo, kết quả Và các thông báo này được lưu dưới dạng nhật ký sự kiện
User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị khác.Trong WinCC, các công thức và ứng dụng có thể soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống
Ngoài ra, WinCC còn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệ thống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt
WinCC có thể tạo một giao diện Người và Máy – HMI dựa trên sự giao tiếp giữa con người với các thiết bị, hệ thống tự động hóa thông qua hình ảnh, số liệu, sơ đồ, Giao diện có thể cho phép người dùng vận hành, theo dỏi từ xa và còn có thể cảnh báo, báo động khi có sự cố
3.6.2 Kết nối WinCC với PLC S7 – 200
Wincc 7.2 không thể kết nối trực tiếp với PLC s7-200 mà phải cần thêm một phần mềm trung gian là PC-acess
Các bước kết nối: a Tải chương trình lên PLC
Bước 1: Mở cửa sổ Set PG/PC Interface , Chọn Properties
Vì nhóm chọn cáp USB/PPI nên phải chọn cổng giao tiếp là USB
Hình 3 26 Kết nối s7-200 với máy tính (bước1)
Page 90 Bước 2: Chọn địa chỉ cho PLC
Chọn địa chỉ vào ô Remote (thường địa chỉ PLC là 2)
Hình 3 27 Kết nối s7-200 với máy tính (bước2)
Bước 3: Chọn loại CPU làm việc
Hình 3 28 Kết nối s7-200 với máy tính (bước3)
Bước 4: Nạp chương trình vào PLC, chọn vào menu File,chọn Download hoặc kích vào biểu tượng trên thanh công cụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Hình 3 29 Kết nối s7-200 với máy tính (bước4) b Kết nối S7-200 PC-Acess
Bước 1: Tạo một thư mục mới,sau đó click vào file và Import Symbols file chương trình mà mình đã nạp vào PLC
Hình 3 30 Kết nối s7-200 PC Acess (bước 1)
Bước 2: Chọn các item cần thiết cho quá trình lập trình wincc,sau đó kéo các item vào mục test client hoặc chọn vào mục 2 trên thanh công cụ.Chọn vào mục
Page 92 Kết quả status:ON và thanh Quality trong mục Test Client hiện Good ,như vậy quá trình kết nối thành công
Hình 3 31 Kết nối s7-200 PC Acess (bước 2) c Kết nối Wincc với Pc-Acess
Bước1: Vào thư mục Tag Management trên thanh công cụ,Tạo thư mục mới,lựa chọn kết nối với PC-Acess thông qua OPC Server
Hình 3 32 Kết nối WinCC với PC-Acess (bước 1) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
Page 93 Bước 2:Sau khi bảng OPC item manager hiện ra lựa chọn các các thư mục như hình
Hình 3 33 Kết nối WinCC với PC-Acess (bước 2)
Bước 3: Thêm các items vào tag đã tạo ở bước 1
Chọn finish đê hoàn tất quá trình kết nối
Hình 3 34 Kết nối WinCC với PC-Acess (bước 3)
3.6.3 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển WinCC
Hình 3 35: Giao diện giám sát và điều khiển
Giao diện mô tả một cách đơn giản hoạt động chính của bãi đỗ xe, theo dõi hoạt động của động cơ di chuyển thang, động cơ nâng hạ và động cơ lấy, trả xe, đèn báo quá trình gửi xe và lấy xe.Trên dao diện mô tả trực quan vị trí của xe trong bãi bằng cách hiển thị trực tiếp bằng hình ảnh, hiển thị số xe đã có trong bãi,số xe còn trống ,đèn nháy cảnh báo khi đầy xe để quản lí dễ dàng rà soát và đưa ra quyết định cho xe vào bãi hoặc không.Bảng điều khiển khá đơn giản cho phép điều khiển dễ dàng dù người điều khiển không phải là người có chuyên môn về máy tính.Đồng hồ hiển thị thêm để tiện theo dõi thời gian ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.NGUYỄN THÙY DƯƠNG
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận
Qua qua trình tìm hiểu lý thuyết, nghiên cứu, và tiến hành thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em đã tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích,củng cố lại kiến thức đã học Kết quả đạt được sau khi hoàn thành đồ án:
• Hiểu biết về các mô hình bãi đỗ xe tự động đã có trên thế giới và mô hình đã có tại Việt Nam
• Tính toán thiết kế cơ khí thành công mô hình bãi đỗ xe tự động với các yêu cầu kĩ thuật sau:
- Số lượng xe tối đa:10 xe
- Tốc độ nâng thang máy :3m/phút
- Tốc độ di chuyển thang máy : 3m/phút
- Tốc độ di chuyển cánh tay robot :3m/phút
• Thiết kế thành công hệ thống điều khiển cho mô hình.Mô phỏng thành công hoạt động của bãi đỗ xe trên phần mềm wincc.Hệ thống đạt được các yêu cầu sau:
- Hoạt động chính xác theo vị trí được yêu cầu
- Thông tin về vị trí xe có trong bãi,số xe trống,số xe đã có trong bãi,có tín hiệu báo khi xe đầy
- Không gửi được xe ở vị trí đã có xe,không lấy được xe ở vị trí không có xe
- Quá trình gửi sẽ không hoạt động nếu chưa có xe vào và quá trình lấy không hoạt động nếu có xe ở vị trí chờ lấy xe
- Dao diện điều khiển đơn giản, dễ thao tác
Nhóm chúng em đã hoàn thành quá trình tính toán thiết kế,mô phỏng hoạt động của mô hình,công việc còn lại là tiến hành chế tạo và lắp ráp để tạo một mô hình thực tế
Do còn nhiều hạn chế về kiến thức thực tế,thời gian hạn hẹp nên mô hình thiết kế còn khá đơn giản ,chưa thực sự áp dụng được vào thực tế,mặt khác quá trình tính toán,thiết kế không tránh khỏi sai sót.Mọi ý kiến góp ý quý giá của thầy cô sẽ giúp chúng em hoàn thiện hơn trong tương lai
• Cải thiện thêm về thiết kế cơ khí, đảm bảo vận hành an toàn, tiết kiệm
• Áp dụng thêm thẻ từ và nhận dạng biển số xe bằng camera
• Thay động cơ DC giảm tốc bằng động cơ servo, làm chủ tốc độ động cơ
• Phát triển bộ phận điều khiển để hệ thống hoạt động tự động hoàn toàn