THIẾT KẾ, CHẾ TẠO GIÀN PHƠI ĐỒ THÔNG MINH

hướng dẫn thiết kế chế tạo giàn phơi đồ thông minh.gồm 4 phần:Tìm hiểu về thị trường giàn phơi thông minh hiện nay, từ đó đề xuất ý tưởng cải tiến và yêu cầu thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh.Thiết kế hệ thống cơ khí cho giàn phơi thông minh.Thiết kế hệ thống điều khiển cho giàn phơi thông minh.Chế tạo giàn phơi thông minh

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO GIÀN PHƠI THÔNG MINH

Giáo viên hướng dẫn:

HÀ NỘI 06 - 2016

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Thông tin về nhóm sinh viên

Họ và tên sinh viên:

Điện thoại liên lạc: 0964 – 810 – 699 Email: lecongvinh06@gmail.comLớp: KT Cơ Điện Tử Hệ đào tạo: Kỹ sư chính quy

Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Thời gian làm ĐATN: từ ngày 11/ 01/ 2016 đến 10/ 06/ 2016

2 Mục đích nội dung của ĐATN

Thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh

3 Các nhiệm vụ cụ thể của ĐATN

 Tìm hiểu thị trường giàn phơi thông minh hiện nay, từ đó đề xuất ý tưởng cải tiến và yêu cầu thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh

 Thiết kế hệ thống dẫn động cho giàn phơi thông minh

 Tính toán, lựa chọn các kết cấu cơ khí cho giàn phơi thông minh

 Thiết kế hệ thống điều khiển giàn phơi thông minh

 Chế tạo giàn phơi thông minh

4 Lời cam đoan của sinh viên

Nhóm sinh viên thực hiện Đồ án tốt nghiệp - Lê Công Vinh, Nguyễn Tiến Diện, Lâm Quyết Thắng – cam kết ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân nhóm thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS Hoàng Văn Bạo

Các kết quả nêu trong ĐATN là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Điểm đánh giá (cho từng sinh viên): Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

ThS Hoàng Văn Bạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tên đề tài:

Giáo viên phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của giáo viên phản biện:

Điểm đánh giá (cho từng sinh viên): Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Giáo viên phản biện

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nội dung của Đồ án tốt nghiệp được thực hiện dựa trên các nhiệm vụ chính như sau:

 Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu về thị trường giàn phơi thông minh hiện nay, từ đó đề

xuất ý tưởng cải tiến và yêu cầu thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh Thông qua việc tìm hiểu, nguyên cứu về thị trường giàn phơi hiện nay, cụ thể

là đi sâu tìm hiểu về nhu cầu thị trường, tìm hiểu các loại giàn phơi hiện có trên thị trường hiện nay Từ đó, khoanh vùng thị trường nhắm đến là các hộ gia đình trong các khu chung cư, các khu dân cư, tòa nhà cao tầng, nơi có diện tích sinh hoạt không nhiều và nhu cầu tối ưu diện tích là rất cần thiết Dựa vào việc tìm hiểu mà

đề xuất ý tưởng cải tiến các loại giàn phơi hiện tại trở nên thông minh hơn, thuận tiên cho người sử dụng và chi phí chế tạo ở mức hợp lý, đồng thời đưa ra yêu cầu cụ thể cho quá trình thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh Nội dung cụ thể của nhiệm

vụ này được trình bày cụ thể trong Chương 1: TỔNG QUAN

 Nhiệm vụ 2: Thiết kế hệ thống cơ khí cho giàn phơi thông minh

Từ ý tưởng cải tiến đã được đề xuất và yêu cầu thiết kế, chế tạo, chúng ta sẽ tiến hành thiết kế hệ thống cơ khí cho giàn phơi thông minh, một phần vô cùng quan trọng, là xương sống cho toàn bộ Đồ án tốt nghiệp Ở đây, ta phải lên sơ đồ hệ dẫn động giàn phơi, tính toán, thiết kế và lựa chọn động cơ, bộ truyền Trục vít – Bánh vít, tang cuốn, cáp, v v Toàn bộ nội dung của nhiệm vụ này được trình bày

ở Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

 Nhiệm vụ 3: Thiết kế hệ thống điều khiển cho giàn phơi thông minh

Để thực sự là một giàn phơi thông minh, thiết kế hệ thống điều khiển cho giàn phơi là điều tất yếu Với các yêu cầu như khi trời mưa thì màn che tự động hạ xuống che chắn quần áo khỏi ướt, khi hết mưa thì tự động kéo lên Đồng thời, giàn phơi thông minh được cài đặt sẵn hai chế độ, một dành cho người lớn, một cái khác thì dành cho trẻ em, tạo thuận tiện cho quá trình phơi quần áo Toàn bộ phần thiết

kế hệ thống điều khển sẽ nằm ở Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN

 Nhiệm vụ 4: Chế tạo giàn phơi thông minh

Từ những nhiệm vụ trên, chúng ta sẽ thu được những thông tin cần thiết để

có thể tiến đến bước cuối cùng là tạo nên sản phẩm thực Ở nhiệm vụ này, sẽ được

trình bày một cách khái quát ở Chương 4: CHẾ TẠO GIÀN PHƠI THÔNG

MINH

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 11

LỜI MỞ ĐẦU 12

Chương 1: TỔNG QUAN 13

1.1 Giời thiệu về giàn phơi 13

1.2 Các loại giàn phơi hiện nay 15

1.2.1 Giàn phơi quay tay 16

1.2.2 Giàn phơi bấm điện 17

1.2.3 Giàn phơi điều khiển từ xa 18

1.3 Đề xuất cải tiến hệ thống giàn phơi thông minh 19

1.4 Yêu cầu thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh 22

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 23

2.1 Thiết kế hệ dẫn động khung phơi 23

2.1.1 Tính chọn cáp 24

2.1.1.1 Cấu tạo 24

2.1.1.2 Phân loại 24

2.1.1.3 Lựa chọn loại cáp 24

2.1.1.4 Tính toán thông số cáp 24

2.1.2 Tính chọn tang cuốn 28

2.1.2.1 Khái niệm 28

2.1.2.2 Phân loại 28

2.1.2.3 Lựa chọn loại tang cuốn 28

2.1.2.4 Tính toán thông số Tang 29

2.1.2.5 Cố định đầu cáp lên tang 32

2.1.3 Tính chọn động cơ 32

2.1.3.1 Động cơ điện 32

2.1.3.2 Các loại động cơ điện 33

2.1.3.3 Công suất cần thiết trên trục tang 35

2.1.3.4 Xác định hiệu suất chung của toàn hệ thống 35

2.1.3.5 Xác định công suất yêu cầu trên trục động cơ 37

2.1.3.6 Xác định vận tốc quay của trục tang 37

2.1.3.7 Xác định vận tốc quay cần thiết của động cơ 37

2.1.3.8 Chọn động cơ điện 37

2.1.4 Lựa chọn bộ truyền 38

2.1.4.1 Khái niệm 38

2.1.4.2 Phân loại 38

2.1.4.3 Truyền động trục vít – bánh vít 38

2.1.4.4 Các dạng hỏng của bộ truyền trục vít 39

2.1.4.5 Lựa chọn 40

2.2 Thiết kế hệ dẫn động bạt che 41

2.2.1 Lựa chọn bạt che 41

2.2.2 Tính chọn động cơ 41

2.2.2.1 Công suất cần thiết trên trục bạt che 41

2.2.2.2 Xác định hiệu suất chung của toàn hệ thống 42

2.2.2.3 Xác định công suất yêu cầu trên trục động cơ 42

2.2.2.4 Chọn động cơ điện 43

2.2.3 Tính chọn trục quấn bạt 43

2.2.3.1 Chọn vật liệu 43

2.2.3.2 Tính thiết kế trục 43

2.2.4 Tính chọn ổ bi 49

2.2.4.1 Khái niệm 49

2.2.4.2 Cấu tạo 49

2.2.4.3 Chọn loại ổ lăn 50

2.2.4.4 Chọn sơ bộ kích thước ổ lăn 50

2.2.4.5 Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ 50

2.3 Lựa chọn thanh xếp 52

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 53

3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 53

3.2 Giới thiệu về sensor và các động cơ dùng trong hệ thống 55

3.2.1 Sensor 55

3.2.2 Cảm biến mưa 55

3.2.3 Động cơ một chiều DC 57

3.2.4 Encoder 61

3.2.5 Động cơ bước (Step) 62

3.3 Tổng quan về vi điều khiển STM32, biên dịch và nạp Code vào vi điều khiển 65 3.3.1 Sơ lược về STM32 65

3.3.2 Ứng dụng STM32 66

3.3.3 Tính năng nổi bật 66

3.3.4 Khái quát về vi điều khiển STM32F103C8T6 68

3.4 Trình biên dịch cho vi điều khiển KEILC 4, FLASH LOADER 70

3.5 Sơ đồ các mạch thiết kế thực hiện trong đề tài 78

3.5.1 Khối nguồn nuôi vi xử lý 78

3.5.2 Khối IC L298 đảo chiều 78

3.5.3 Khối vi xử lý 80

3.5.4 Khối hiển thị LCD 81

3.6 Mạch in 81

3.7 Kết quả đạt được 82

Chương 4: CHẾ TẠO GIÀN PHƠI THÔNG MINH 83

4.1 Chế tạo khung phơi 83

4.1.1 Khung thép V 83

4.1.2 Khung thép hộp 84

4.1.3 Thanh phơi 84

4.1.4 Thanh xếp 85

4.3 Lắp ghép giàn phơi hoàn chỉnh 86

KẾT LUẬN 87

PHỤ LỤC 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC HÌNH STT Tên Trang 1.1 Dân số thành thị cả nước từ năm 1995 đến sơ bộ năm 2014 13 1.2 Dân số thành thị Hà Nội từ năm 1995 đến sơ bộ năm 2014 13 1.3 Dân số thành thị Thành phố Hồ Chí Minh từ năm 1995

1.11 Ý tưởng cải tiến giàn phơi thông minh 19

1.14 Trục cuốn bạt che nằm trên hai ổ bi liền gối 20

2.7 Cố định đầu cáp lên tang 32

2.9a Cấu trúc động cơ bước nam châm vĩnh cửu 34

2.11 Kết cấu của trục vít liền trục và bánh vít 39 2.12 Bộ truyền Trục vít – Bánh vít mua trên thị trường 40

3.7 Sơ đồ mạch sử dụng L293B để điều khiển động cơ 59

3.9 Cho ứng dụng dòng lớn hơn, chúng ta dùng 2 kênh 60

3.15 Hiệu suất 65

3.17 Sơ đồ mô hình tổng quan điều khiển dùng vi điều khiển 67

2.1 Bảng hệ số kinh nghiệm đối với lực kéo đứt nhỏ nhất 26

2.5 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ 36 2.6 Moduyn đàn hồi E của một số loại vật liệu 46 2.7 Ứng suất uốn cho phép của một số loại vật liệu 48

1 LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp chúng em đã phải vượt qua bao nhiêu khó khăn và thử thách Trên chặng đường ấy, nhờ có sự động viên của thầy cô, bạn bè, gia đình cùng với sự tạo điều kiện tốt nhất từ phía nhà trường, chúng em mới có thể

đi đến đích như ngày hôm này Chúng em thật sự thấy biết ơn và muốn xin gửi lời cảm ơn tới tất cả mọi người, những người đã ủng hộ, giúp đỡ chúng em trên con đường hoàn thiện Đồ án tốt nghiệp này

Chúng em xin chân thành cảm ơn trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Cơ khí, Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot cùng các thầy cô đã dạy dỗ, quan tâm, giúp đỡ, ủng hộ và tạo điều kiện cho chúng em trong những năm học tập tại trường Chúng em xin đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy giáo ThS Hoàng Văn Bạo, người thầy đã luôn tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ và đặc biệt hơn cả là luôn động viên chúng em, tiếp thêm động lực cho chúng em hoàn thiện Đồ án tốt nghiệp này

Chúng em cũng vô cùng biết ơn Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot, cùng các thầy giáo trong bộ môn đã luôn tận tâm, nhiệt tình giảng dạy chúng em trong những năm tháng ở giảng đường Đại học

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

cần kể tới là giàn phơi thông minh Với các nước phát triển thì nó được sử dụng

rất rộng rãi và phổ biến, còn ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam thì đang có xu hướng tìm cho mình tiện nghi thông minh đó Mặt khác với sự phát triển hiện đại của các khu nhà hay các khu chung cư với điện tích không lớn lắm không gian đa số còn hạn chế vì thế mà việc nhỏ gọn mà vẫn đáp ứng được yêu cầu là rất cần thiết nhất là các khu chung cư Vì vậy việc có một giàn phơi thông minh sẽ không chiếm diện tích của ban công hoặc là những nơi ban công rất nhỏ cũng có thể lắp đặt được giàn phơi thông minh ngoài ra nó còn giúp ta thoát khỏi những rắc rối trong việc phơi quần áo như việc điều chỉnh các mức độ cao tiện lợi cho các độ tuổi

sử dụng, tích hợp thêm cơ cấu bạt che tự động, đèn sưởi, quạt… giúp việc phơi quần áo dễ dàng, tiện lợi, bảo vệ quần áo khỏi tác động của thời tiết như mưa, độ

ẩm cao giúp quàn mau khô hơn

Trên nhu cầu và thị trường rộng mở đó chúng em đã bắt tay vào nghiên cứu

thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh Và trong Đồ án tốt nghiệp này, chúng em sẽ

trình bày về quá trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh

Cụ thể là, chúng em sẽ bắt đầu từ việc phân tích thị trường giàn phơi thông minh Sau đó, đề xuất ý tưởng cải tiến giàn phơi thông minh Từ ý tưởng này chúng

em bắt tay vào thiết kế hệ thống cơ khí, hệ thống điều khiển và cuối chế tạo giàn phơi thông minh này Những nội dung trên sẽ được trình bầy cụ thể trong đồ án Trong quá trình thiết kế, chế tạo chắc chắn chúng em sẽ không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong nhận được những đóng góp quý báu của thầy cô

để hoàn thiện hơn nữa đồ án của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1 Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Giời thiệu về giàn phơi

Trong bối cảnh xã hội Việt Nam ngày nay, sự bùng nổ về dân số và đời sống người dân ngày càng tăng lên đã tạo nên những thách thức mới trong cuộc sống Theo số liệu thống kê của Tổng cục thống kê Việt Nam [1], ta có số liệu về dân số thành thị cả nước từ năm 1995 đến sơ bộ năm 2014 (hình 1), dân số thành thị Hà Nội từ năm 1995 đến sơ bộ năm 2014 (hình 2) và dân số thành thị Thành phố Hồ Chí Minh từ năm 1995 đến sơ bộ năm 2014 (hình 3) Dựa vào những số liệu này, ta

có thể thấy được rằng, dân số thành thị trên cả nước và dân số thành thị ở các thành phố lớn đang ngày càng tăng lên và chưa hề có dấu hiệu của việc sụt giảm

Hình 1.1 Dân số thành thị cả nước từ năm 1995 đến sơ bộ năm 2014

Hình 1.2 Dân số thành thị Hà Nội từ năm 1995 đến sơ bộ năm 2014

Hình 1.3 Dân số thành thị Thành phố Hồ Chí Minh từ năm 1995

đến sơ bộ năm 2014

Mâu thuẫn ở đây chính là dân số ngày càng tăng lên mà diện tích đất thì cố định, nó không thể tăng lên theo sự tăng dân số này Chính vì vậy, các tòa nhà cao tầng, các khu chung cư hình thành để giải quyết mâu thuẫn này Chỉ ước tính trên địa bàn Thủ đô Hà Nội thì đã có khoảng trên 20 chung cư và dự án chung cư đang triển khai Ta có thể kể ra một vài cái tên ở đây như: Times City, Royal City, Vincom Bà Triệu, Imperia Sky Garden - 423 Minh Khai, D’ Le Pont D’or - 36 Hoàng Cầu, v v

Các tòa nhà chung cư xuất hiện ngày càng nhiều, giúp cho người dân có thêm nơi cư trú Nhưng cũng chính từ đây mà kéo theo không ít các vấn đề, đặc biệt

là trong sinh hoạt cá nhân Vì không gian sinh hoạt của một căn hộ chung cư không phải là nhiều, với một gia đình căn bản của Việt Nam gồm 4 thành viên thì phải tận dụng không gian thật hiệu quả mới có thể sinh hoạt một cách tốt được Những hoạt

Hình 1.4 Khu chung cư Times City Hình 1.5 Khu chung cư Royal City

động sinh hoạt cá nhân, đặc biệt là việc phơi quần áo đã trở thành một trong những vấn đề khó khăn đối với nhiều hộ gia đình Họ tận dụng tốt đa không gian để thực hiện việc này, nhưng xem như có vẻ không hiệu quả lắm Ta có thể thấy cảnh người dân ở các khu chung cư phơi quần áo như thể nào ở Hình 6 Không gian sinh hoạt bị chiếm khá lớn cho việc phơi quần áo, tạo ra khung cảnh xấu cho khu đô thị Chưa

kể nhiều hộ gia đình còn không có cả nơi để phơi quần áo, họ phải phơi ở những chỗ tạm bợ (Hình 7), nơi ít gió và ánh sáng, điều này làm cho quần áo trở nên ẩm mốc và gây khó chịu cho người mặc

Trước vấn đề cấp thiết đó và với tiềm năng lớn của nhu cầu thị trường, sản phẩm giàn phơi quần áo đã được ra đời để phục vụ cho nhu cầu của cuộc sống Với cuộc sống ngày càng hiện đại, đời sống của con người ngày được nâng lên mà sản phẩm giời phơi cũng đã ngày càng được cải tiến và nâng cấp thành nhiều loại khác nhau Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại giàn phơi hiện có trên thị trường

1.2 Các loại giàn phơi hiện nay

Trên thị trường hiện nay có 3 loại giàn phơi chủ yếu: giàn phơi quay tay, giàn phơi bấm điện và giàn phơi điều khiển từ xa Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu 3 loại giàn phơi này trong phần sau, cùng tìm hiểu ưu và nhược điểm của mỗi loại

Hình 1.6 Khung cảnh phơi quần áo khu

chung cư Hình 1.7 Cảnh phơi quần áo tạm bợ

1.2.1 Giàn phơi quay tay

Hình 1.8 Giàn phơi quay tay

 Ưu điểm:

 Kết cấu đơn giản và dễ chế tạo nhất trong các loại giàn phơi

 Giá thành rẻ nhất trong các loại giàn phơi Giá trung bình của một bộ giàn phơi loại này rơi vào khoảng 1,5 triệu đồng

 Không tự động bảo vệ quần áo trành được mưa

Đây là sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường vì nó đáp ứng được những yêu cầu cơ bản nhất của người sử dụng đồng thời giá thành rẻ là yếu tố ảnh hưởng nhất đến việc nhiều người sử dụng sản phẩm này

1.2.2 Giàn phơi bấm điện

Hình 1.9 Giàn phơi bấm điện

 Ưu điểm:

 Kết cấu tương đối đơn giản

 Vận hành dễ dàng, nhanh tróng nhờ sử dụng động cơ điện Có thể nâng thanh phơi lên, xuống hoặc dừng giữa trừng

 Có thể đồng thời nâng hạ hai thanh phơi

 Nhược điểm:

 Dễ giao động khi bị gió tác động do thanh phơi chỉ được giữ bởi hai sợi cáp

 Lắp đặt mất thời gian

 Không có khả năng bảo vệ quần áo chống lại mưa

Với giá thành rơi vào khoảng 4 đến 5 triệu đồng, đồng thời kết cấu khá đơn giản, vận hành dễ dàng nên giàn phơi bấm điện cũng tương đối phổ biến trên thị trường nhưng vẫn không bằng giàn phơi quay tay

1.2.3 Giàn phơi điều khiển từ xa

Hình 1.10 Giàn phơi điều khiển từ xa

 Có hệ thống đèn để sử dụng vào ban đêm

 Có hệ thống quạt để làm khô quần áo khi cần thiết

 Sử dụng nhiều thanh phơi cỏ thể dùng để phơi quần áo và phơi chăn màn

 Nhược điểm:

 Giá thành cao Giá thành của bộ sản phẩm này rơi vào khoảng từ 9 đến 15 triệu

 Chưa có khả năng tự động bảo vệ quần áo khi trời mưa

 Sử dụng động cơ điện không có encoder, nên tạo cữ cho thanh phơi phải

sử dụng kết cấu cơ khí phức tạp

Loại giàn phơi này được xem là loại giàn phơi cao cấp nhất trên thị trường hiện nay Nó đem lại rất nhiều tính năng hữu ích cho người sử dụng Tuy nhiên, vì giá thành quá cao nên vẫn chưa được nhiều người sử dụng

1.3 Đề xuất cải tiến hệ thống giàn phơi thông minh

Dựa trên những tìm hiểu về các hệ thống giàn phơi hiện có trên thị trường, chúng em đưa ra ý tưởng để cái tiến giàn phơi thông minh như sau:

Hình 1.11 Ý tưởng cải tiến giàn phơi thông minh

Với tiêu chí, tận dụng tối đa các Module có sẵn trên thị trường để giúp giảm giá thành sản phẩm, tận dụng các ưu điểm và khắc phục các nhược điểm của các loại giàn phơi có sẵn trên thị trường Chúng em đề xuất ý tưởng cải tiến giàn phơi thông minh với những phần chính như sau:

1 Khung gá

Hình 1.12 Khung gá của giàn phơi thông minh

2 Thanh xếp

Hình 1.13 Thanh xếp

3 Trục cuốn bạt che nằm trên hai ổ bi liền gối

Hình 1.14 Trục cuốn bạt che nằm trên hai ổ bi liền gối

4 Thanh phơi

Hình 1.15 Thanh phơi quần áo

Nguyên lý hoạt động của giàn phơi thông minh như sau:

Hệ thống thanh xếp mang thanh phơi được nâng hạ nhờ hệ thống dây cáp được cuốn trên tang và được dẫn động bởi một động cơ Steps Thông qua mạch điều khiển động cơ ta có thể cài đặt ba độ cao hoạt động cho thanh phơi, bao gồm:

vị trí để người lớn treo quần áo, vị trí để trẻ em treo quần áo và vị trí phơi Tùy thuộc vào người sử dụng mà ta lựa chọn vị trí mong muốn

Khi trời mưa, cảm biến mưa trên giàn phơi sẽ nhận tín hiệu, điều khiển động

cơ quấn bạt che, hạ bạt che xuống, che chắn cho quần áo tránh khỏi nước mưa hắt vào làm ướt quần áo Khi hết mưa, bề mặt cảm biến mưa khô, bạt che sẽ được điều khiển để tự động quấn lên, quần áo tiếp tục được phơi

Những cải tiến mà ý tưởng đề xuất đem lại:

 Tận dụng tối đa các kết cấu có sẵn trên thi trường như thanh xếp của loại giàn phơi điều khiển từ xa, làm giảm giá thành chế tạo

 Sử dụng thanh xếp, tránh xảy ra dao động thanh phơi dưới tác dụng của gió

 Có thể chủ động bảo vệ quần áo khi trời mưa xảy ra thông qua bạt che

 Toàn bộ thành phần được gắn lên khung gá giàn phơi tạo thuận tiện tối đa cho quá trình lắp đặt giàn phơi

 Sử dụng động cơ có Encoder để truyền động, cho phép người sử dụng có thể

tự thiết lập chiều cao phơi quần áo mong muốn Đơn giản hóa kết cấu cơ khí

1.4 Yêu cầu thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh

Từ ý tưởng thiết kế đã được đề ra và việc khảo sát thực tế các loại giàn phơi

có mặt trên thị trường, ta đề ra yêu cầu thiết kế, chế tạo cho giàn phơi thông minh Với tiêu chí tính toàn cho trường hợp lớn nhất có thể, để có thể sử dụng thiết kế đó cho các không gian lắp đặt và yêu cầu sử dụng khác nhau, ta đề ra yêu cầu thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh như sau:

 Yêu cầu thiết kế, chế tạo khung phơi

Thông số yêu cầu

 Yêu cầu thiết kế, chế tạo bạt che

Thông số yêu cầu

2 Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Thiết kế hệ dẫn động khung phơi

Thông số yêu cầu

Sơ đồ hệ dẫn động khung phơi

Hình 2.1 Sơ đồ dẫn động khung phơi

Động cơ được nối với bộ truyền trục vít thông qua khớp nối

Trục vít được gá lên 1 cặp ổ lăn

Tang cuốn được gá trên 1 cặp ổ trượt

2.1.1 Tính chọn cáp

2.1.1.1 Cấu tạo

Dây là bộ phận quan trọng trong máy nâng, trong đó cáp thép bện là loại dây được sử dụng rộng rãi Thực tế thường sử dụng cáp bện kép: Các sợi thép con được bện lại với nhau thành tao (dánh), sau đó các tao được bện liền với nhau quanh lõi

để tạo thành sợ cáp

2.1.1.2 Phân loại

 Theo cấu tạo:

 Cáp bện đơn, nếu được bện trực tiếp từ các sợi thép

 Cáp bên kép, được hình thành từ những tao cáp (cáp bện đơn) bằng phương pháp bện

 Theo tính chất tiếp xúc:

 Cáp tiếp xúc điểm: nếu các sợi thép trong cáp tiếp xúc nhau theo điểm

 Cáp tiếp xúc đường: nếu các sợi thép trong cáp tiếp xúc nhau theo đường

 Theo chiều bện:

 Cáp bện xuôi: khi chiều bện của các lớp sợi và tao cáp là như nhau

 Cáp bện chéo: khi chiều bện của các lớp sợi và tao cáp là ngược nhau

Hình 2.2 Các loại cáp thép 2.1.1.3 Lựa chọn loại cáp

Thông qua quá trình tìm hiểu giàn phơi thông minh, nhận thấy tính phổ biến của loại cáp với lõi sợi thép được sử dụng nhiều trong việc nâng hạ thanh phơi, nên chúng em quyết định lựa chọn loại cáp này để tính toán

2.1.1.4 Tính toán thông số cáp

Trong quá trình làm việc, các sợi thép trong cáp chịu lực phức tạp gồm kéo, uốn, xoắn, dập…trong đó kéo là chủ yếu Để tính chọn cáp sử dụng công thức kinh nghiệm sau:

Trong đó:

 là lực căng lớn nhất

 là hệ số an toàn được chọn theo chế độ làm việc

 là lực kéo đứt cho phép, thường được xác định bằng thực nghiệm Tuy nhiên, do cơ cấu nâng hạ tương đối nhẹ, cáp được chọn có kích thước nhỏ nên không thể tính chọn cáp qua lực kéo đứt cho phép, nên chúng ta sẽ tính chọn cáp qua đường kính cáp nhỏ nhất

Tham khảo tài liệu [2], ta có:

Đường kính cáp nhỏ nhất được xác định theo công thức sau:

√ Trong đó:

 là đường kính tính toán nhỏ nhất của cáp, mm

 là lực căng cáp lớn nhất, N

Lực căng cáp lớn nhất chính là phần tải trọng mà cáp phải chịu Theo yêu cầu tính toán, tải trọng nâng hạ , ta có:

Với: g là gia tốc trọng trường, để thuận lợi cho tính toán ta chọn:

Suy ra:

là hệ số chọn cáp (nhỏ nhất)

là hệ số kinh nghiệm đối với lực kéo đứt nhỏ nhất ứng với kết cấu cáp đã cho

Tham khảo tài liệu [3], ta có Bảng hệ số như sau:

Bảng 2.1 Bảng hệ số kinh nghiệm đối với lực kéo đứt nhỏ nhất

6 x 7 với lõi sợi chỉ

6 x 7 với lõi sợi thép

6 x 24 FC với lõi sợi chỉ

6 x 37 M với lõi sợi chỉ

Đối với loại cáp, với lõi sợi thép, ta có hệ số

là giới hạn bền kéo nhỏ nhất của sợi dùng bện cáp, Mpa Giới hạn bền kéo nhỏ nhất của sợi dùng bện cáp do nhà sản xuất quy định

Nó có bốn giá trị thường được sử dụng là và Với loại cáp

Bảng 2.2 Nhóm chế độ làm việc của cơ cấu

Suy ra:

√

√

Do đó:

√ √ Đường kính danh nghĩa của cáp được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

Suy ra:

Vậy chọn loại cáp 6 x 7 với lõi sợi thép (cáp gồm 6 tao,

mỗi tao gồm 7 sợi cáp nhỏ)

Đường kính cáp:

Hình 2.3 Cáp thép

2.1.2.4 Tính toán thông số Tang

Hình 2.5 Các kích thước cơ bản của Tang

 Xác định đường kính danh nghĩa

Đường kính danh nghĩa của tang là đo đường kính theo tâm lớp cáp thứ nhất, được xác định theo đường kính cáp và hệ số đường kính tang:

Trong đó:

 là đường kính danh nghĩa của tang cuốn

11,2 12,5 14,0 16,0 18,0 20,0 22,4 25,0

Với chế độ làm việc M3 đã được chọn từ phần 2.1.1.4 – Tính toán thông số

 Chiều dài tang cuốn cáp

Tính từ số vòng cáp trên một lớp và khoảng cách giữa các vòng cáp (bước cuộn cáp là ) thì chiều dài tang cuốn cáp được xác định như sau:

Trong đó:

là số vòng làm việc

Ta có:

là bội suất pa lăng bằng số nhánh dây treo vật, theo thiết kế

là chiều cao nâng/hạ, theo yêu cầu

là đường kính danh nghĩa của Tang, đã có Suy ra:

là số vòng cáp dự trữ trên tang

Ta có:

Chọn:

là số vòng cố định cáp trên tang

Ta có:

Chọn:

Vậy:

Suy ra:

Chọn chiều dài tang:

 Ta có thông số của Tang cuốn như sau:

 Tang xẻ rãnh cuốn một lớp cáp

 Đường kính danh nghĩa của tang

 Chiều dài tang

Hình 2.6 Tang cuốn cáp 2.1.2.5 Cố định đầu cáp lên tang

Có thể sử dụng bu lông, tấm kẹp hoặc vít chặn để cố định cáp lên tang cuốn, hoặc

có thể cố định cáp bằng ốc chặn trên tang cuốn

Hình 2.7 Cố định đầu cáp lên tang

2.1.3 Tính chọn động cơ

2.1.3.1 Động cơ điện

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn vô cùng quan trọng trong quá trình tính toán, thiết kế hệ dẫn động Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động cơ biệt lâp, việc chọn đúng loại động cơ có ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi sử dụng của từng

loại, đồng thời cần chú ý đến yêu cầu làm việc cụ thể của thiết bị cần được dẫn động

2.1.3.2 Các loại động cơ điện

 Động cơ điện một chiều

Cho phép thay đổi trị số của moment và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, do đó được dùng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm…

 Động cơ điện xoay chiều ba pha

 Động cơ điện xoay chiều ba pha đồng bộ

Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị

số của tải trọng và thực tế không điều chỉnh được

So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất và cos hệ số quá tải lớn, nhưng có nhược điểm là thiết bị tương đối phức

tạp, giá thành tương đối cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ Vì vậy động cơ ba pha đồng bộ được sử dụng trong những trường hợp hiệu suất động cơ và trị số cos có vai trò quyết định (thí dụ khi yêu cầu công suất động cơ lớn – trên

100 kw lại ít phải mở máy và dừng máy), cũng như khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc

 Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu: Roto dây quấn và roto lồng sóc

Động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy nhỏ nhưng hệ số cos

thấp, giá thành cao, kích thước lớn, và vận hành phức tạp Dùng thích hợp khi cần điều chỉnh trong phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây truyền công nghệ

đã được lắp đặt

Động cơ ba pha không đồng bộ roto lồng sóc có ưu điểm là kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện Nhược điểm của nó là hiệu suất và hệ số công suất thấp (so với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc (so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn)

 Động cơ bước

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các loại động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng

bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của Rotor

Hình 2.8 Cấu tạo động cơ bước

Động cơ bước được chia làm hai loại là động cơ nam châm vĩnh cửu và động

cơ biến từ trở (cũng có loại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm vĩnh cửu) Động cơ nam châm vĩnh cửu có các nấc khi dùng tay xoay nhẹ rotor của chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay

tự do (mặc dù cảm thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sự giảm từ tính trong rotor) Có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ôm kế Động cơ biến

từ trở thường có 3 mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm Nút trung tâm được dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực

Hình 2.9a Cấu trúc động cơ bước nam châm

vĩnh cửu

Hình 2.9b Cấu trúc động cơ bước biến từ trở

Động cơ bước phong phú về góc quay Các động cơ kém nhất quay

90 độ mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ mỗi bước Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động

cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài

bộ điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước

Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ biến từ trở, nếu chỉ một mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) của động cơ

Ngoài các loại động cơ phân tích ở trên thì còn có động cơ giảm tốc, động cơ rung, động cơ servo…

Từ việc phân tích các loại động cơ, ưu, nhược điểm của từng loại cũng như mục đích yêu cầu của đồ án chúng em là muốn điều khiển khung phơi lên xuống theo các mức có thể thay đổi được thông qua cài đặt số vòng quay của động cơ nên chúng em đã chọn lựa động cơ bước để dẫn động khung phơi

2.1.3.3 Công suất cần thiết trên trục tang

Theo yêu cầu thiết kế, tải trọng nâng/hạ:

Suy ra, lực kéo lớn nhất trên Tang:

Với gia tốc trọng trường

Ta có:

Công suất trên trục tang:

Theo yêu cầu thiết kế, vận tốc nâng/hạ , ta có:

2.1.3.4 Xác định hiệu suất chung của toàn hệ thống

Hiệu suất chung của toàn hệ thống được xác định như sau:

∏ Trong đó: là hiệu suất của chi tiết hoặc bộ truyền thứ i; k là số chi tiết hay

bộ truyền thứ i đó:

Tra bảng 2.3 – Trang 19 – Tài liệu [5] về Trị số hiệu suất của các bộ truyền

Bảng 2.5 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ

0,30 – 0,40 0,70 – 0,75 0,75 – 0,82 0,87 – 0,92 0,95 – 0,97 0,90 – 0,96

0,99 – 0,995 0,98 – 0,99

0.93 – 0.95 0,92 – 0,94

0,2 – 0,3

0,9 – 0,93 0,70 – 0,88 0,95 – 0,96

Dựa vào bảng trên, ta xác định được các thông số như sau:

Hiệu suất bộ truyền trục vít tự

 Do đó:

∏

2.1.3.5 Xác định công suất yêu cầu trên trục động cơ

Công suất yêu cầu trên trục động cơ điện:

2.1.3.6 Xác định vận tốc quay của trục tang

 Vận tốc quay của trục máy công tác định tính theo công thức sau:

Với là vận tốc nâng/hạ, theo yêu cầu thiết kế ; là đường kính danh nghĩa của Tang, theo tính toán ở trên

 Do đó:

2.1.3.7 Xác định vận tốc quay cần thiết của động cơ

 Vận tốc quay sơ bộ của động cơ cần có:

Trong đó:

+ là số vòng quay sơ bộ mà động cơ cần có

+ là vận tốc quay của trục tang Đã được tính toán ở phần trên

+ là tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống

Ta sử dụng Bộ truyền trục vít – bánh vít để truyền động cho tang cuốn cáp Dựa trên các bộ truyền trục vít – bánh vít trong cơ cấu nâng hạ trên thị trường và các bộ truyền trục vít – bánh vít được sử dụng trong hệ thống giàn phơi thông minh,

Dựa vào số liệu trên, kết hợp với mục đích sử dụng cho giàn phơi thông minh, chúng em đã lựa chọn và đi mua loại động cơ bước kéo giàn phơi có các thông số như sau:

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp

trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được dùng để

giảm vận tốc góc, tăng moment xoắn và là bộ máy trung

gian giữa động cơ điện và bộ phận làm việc của máy

 Theo loại truyền động trong hộp giảm tốc:

 Hộp giảm tốc bánh răng trụ: khai triển, phân đôi, đồng trục

 Hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn- trụ

để nêu bật lên tại sao chúng em lại sử dụng bộ truyền này trong truyền động khung phơi

Hình 2.11 Kết cấu của trục vít liền trục và bánh vít

 Ưu điểm của bộ truyền

Nguyên nhân: Do ứng suất lớn và nhiệt độ cao làm vật liệu của bánh vít tại chỗ tiếp xúc đạt đến trạng thái chảy dẻo Kim loại bị bứt ra dính trên mặt ren trục vít tạo thành các vấu, các vấu này cào xước mặt răng bánh vít

 Mòn răng bánh vít và ren trục vít do vận tốc trượt rất lớn, nên tốc độ mòn cao Vật liệu của bánh vít có cơ tính thấp, bánh vít bị mòn nhiều hơn