Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống đỗ xe tự động cho nhà cao tầng sử dụng hệ thống thang máy robot

Đỗ Đức Nam và được thầy hướng dẫn làm đề tài: ”Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống đỗ xe tự động cho nhà cao tầng sử dụng hệ thống thang máy Robot”.. Hệ thống lưu kho được sử dụng rộn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN BÃI ĐỖ XE 3

1.1 Khảo sát tình hình ôtô, xe máy tại Việt Nam các năm gần đây 3

1.1.1 Thực trạng 3

1.1.2 Phân tích cơ sở pháp lý trong tình hình thực tế nước ta hiện nay 3

1.1.3 Đặc điểm của bãi đỗ xe thông thường và hệ thống đỗ xe tự động 5

1.2 Các hệ thống bãi đỗ tự động 7

1.2.1 Phân loại theo quy trình lưu chuyển 7

1.2.2 Phân loại theo hệ thống điều khiển 7

1.2.3 Phân loại theo kiến trúc 7

1.3 Một số hệ thống bãi đỗ xe tự động thông dụng 8

1.3.1 Hệ thống thang máy-robot 8

1.3.2 Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang 8

1.3.3 Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang 9

1.3.4 Hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng 10

1.3.5 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn 11

1.3.6 Hệ thống thang nâng-dịch chuyển ngang 12

1.3.7 Hệ thống thang treo-quay vòng đứng 13

1.3.8 Hệ thống nâng hạ 13

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 15

2.1 Thiết kế mô hình 15

2.1.1 Phân tích thông số đầu vào 15

2.1.2 Lắp ghép ý tưởng vào hệ thống: 19

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 20

2.3 Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống 20

2.3.1 Ưu điểm 20

2.3.2 Nhược điểm 21

2.4 Các cụm kết cấu chính của mô hình hệ thống đỗ xe tự động 21

2.4.1 Cơ cấu Robot: 21

2.4.2 Khay 24

2.4.3 Thang máy 25

2.4.4 Thống số bãi đỗ 26

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CÁC KHÂU 27

3.1 Robot 27

3.1.1Cơ cấu nâng: 27

3.1.2 Trọng lượng khay 29

3.1.3 Tốc độ di chuyển của robot 30

3.1.4 Lựa chọn động cơ di chuyển của robot 30

3.1.5 Tốc độ di chuyển cơ cấu nâng vào khoang chứa 31

3.1.6 Chọn động cơ cho cơ cấu đẩy(keo) cơ cấu nâng vào khoang chứa 31

3.1.7 phần nâng xe 32

3.2 Hệ thống thang nâng 34

CHƯƠNG IV: ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ 37

4.1 Quá trình điều khiển 37

4 2 Hệ thống điều khiển mô hình: 37

4 2.1 Sơ đồ tổng quát: 37

4.2.2 Các động cơ dẫn động 38

4.2.3 Hệ thống điều khiển hoạt động 38

4.2.4 Khối mạch phần cứng điều khiển động cơ 40

4.2.5 Mô phỏng hoạt động trên phần mềm 43

KẾT LUẬN 49

1 Những kết quả đã đạt được: 49

2 Những hạn chế: 49

3 Hướng mở rộng và phát triển: 49

4 Khả năng ứng dụng thực tế: 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống thang máy-robot 8

Hình 1.2 Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang 9

Hình 1.3 Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang 10

Hình 1.4 Hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng 11

Hình 1.5 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn 12

Hình 1.6 Hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang 12

Hình 1.7 Hệ thống thang treo-quay vòng đứng 13

Hình 1.8 Hệ thống nâng hạ 14

Hình 2.1 Cấu trúc bãi đỗ dạng ngăn chứa 16

Hình 2.3 Cấu trúc răng lược 17

Hình 2 4 Thang máy thủy lực 18

Hình 2.5 Thang máy đối trọng 18

Hình 2.6 Thang máy dòng dọc tời kéo đa cấp 19

Hình 2.8 Hình ảnh hoàn thiện của ý tưởng 20

Hình 2.9 Cơ cấu gửi và lấy xe (Robot và khay) 22

Hình 2.10 Cơ cấu thanh “X” 23

Hình 2.11 Cơ cấu vítme- đai ốc 23

Hình 2.12 Cấu tạo khoang chứa 23

Hình 2.13 Hình ảnh hai phần răng lược 24

Hình 2.14 Cấu tạo khay 25

Hình 2.15 Hệ thống thang nâng 25

Hình 2.16 Thông số bãi đỗ 26

Hình 3.1 Cơ cấu nâng 27

Hình 3.2 Hệ vitme- đai ốc 29

Hình 3.3 Phân tích lực tác dụng lên xe 30

Hình 3.4 Sơ đồ truyền lực hai bánh động cơ chính trên khay mang Robot 30

Hình 3.6 Thang máy 35

Hình 3.7 Biểu diễn thang máy dòng dọc 35

Hình 3 8 Sơ đồ thuật giải của hệ thống khi lấy xe 39

Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển tổng quát 37

Hình 4.2 Sơ đồ thuật giải của hệ thống khi gửi xe 39

Hình 4.3 Khối tạo nguồn cho động cơ 40

Hình 4.4 Khối tạo nguồn 12V 41

Hình 4.5 Khối tạo nguồn 5V 41

Hình 4.6 Mạch cách ly nguồn 24V với 5V 42

Hình 4.7 Khối vi điều khiển ATmega 16L 42

Hình 4.8 Khối điều khiển động cơ 43

Hình 4.9 Mô phỏng hoạt động của hệ thống trên Proteus 7.5 43

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường, đời sống dân cư Việt Nam ngày càng được cải thiện- đủ dư dả để tự mua sắm cho mình một phương tiện cá nhân như xe máy, và đặc biệt là oto Số lượng xe tăng nhanh lại tập trung ở các thành phố lớn dẫn tới việc trông giữ xe theo kiểu truyền thống trong hầm chứa, trên các bãi đất trống đang dần quá tải Vậy không được ở bãi đỗ thì xe để ở đâu? Và câu trả lời là vỉa hè, một số các ngõ ngách, công viên, đôi khi cả lòng- lề đường cũng bị lấn chiếm chở thành chỗ để xe tạm bợ Vậy sao ta không sắp xếp những chiếc xe gọn gàng, ngăn nắp vào một nơi đỗ tập trung theo một phương pháp sắp xếp nào đó?

Những khúc mắc về phương pháp sắp xếp xe ngăn nắp và tiết kiệm diện tích nhất vào các bãi đỗ luôn theo đuổi em trong suốt quá trình em học cao học ở trường đại học Bách Khoa Hà Nội, cho đến học kỳ cuối- khi chúng em đươc nhận đề tài luận văn tốt nghiệp- Em đã gặp thầy TS Đỗ Đức Nam và được thầy hướng dẫn làm đề

tài: ”Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống đỗ xe tự động cho nhà cao tầng sử dụng

hệ thống thang máy Robot”

Trong khi thực hiện đề tài, em đã nhận ra rằng trên thế giời, đã có những bãi đỗ tự động vô cùng hiệu quả Tại đây, trên cùng một diện tích ta có thể đỗ được số lượng

xe gấp 5, gấp 10 lần số xe khi sử dụng phương pháp đỗ truyền thống Và em cũng biết rằng ở Việt Nam cũng đã có một số bãi đỗ thông minh đã được xây dựng, như

ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh nhưng số lượng còn hạn chế và kiến trúc nhỏ nên mới chỉ đáp ứng được số lượng nhỏ xe so với một lượng xe khổng lồ đang ngày một tăng Một số bãi đỗ đã được xây dựng ở Việt Nam:

 Bãi đỗ tại 32 Nguyễn Công Trứ- Hà Nội, diện tích 126m2 và cao 5 tầng x 4 dãy x 30 xe trên một dãy sử dụng hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng

 Bãi đỗ tại tòa nhà văn phòng Havana quận 1 tp Hồ Chí Minh với tháp cao 30 tầng, diện tích sàn khoảng 60m2 chứa được 60 xe

Các bãi đỗ xe tự động dù ở dạng gì thì các chi phí ban đầu đều lớn, có yêu cầu cao

về trình độ để điều khiển cũng như bảo dưỡng nhưng lợi ích về sau thì vô cùng lớn Mong rằng đề tài hoàn thành sẽ đem lại cho người đọc cách nhìn nhận đúng đắn hơn về các bãi đỗ tự động và có hướng đầu tư hợp lý hơn cho các bãi đậu xe trong thành phố

Hà Nội ngày… tháng …… năm 20…

Học viên

Lê Hữu Phước

CHƯƠNG I TỔNG QUAN BÃI ĐỖ XE 1.1 Khảo sát tình hình ôtô, xe máy tại Việt Nam các năm gần đây

1.1.1 Thực trạng

Theo vietnamplus.vn báo ra ngày 13/06/2014 “báo cáo công bố ngày 13/6 của Hiệp hội Các nhà sản xuất Ôtô Việt Nam (VAMA), thị trường ôtô trong nước đã có bước tiến mạnh mẽ trong tháng Năm vừa qua với lượng xe bán ra toàn ngành đạt 12.134 xe (tăng 7% so với tháng 4/2014 và tăng 25% so với cùng kỳ năm ngoái 2013) Và dự báo còn tăng mạnh, đạt 14% khi kết thúc năm 2014 ” Số lượng xe tăng mạnh như trên, mà lượng mặt bằng trống có thể sử dụng làm bãi đỗ không hề tăng thì việc thiếu bãi đỗ là điều tất yếu

Giải pháp cơ bản cho vấn đề này là làm sao đỗ được nhiều xe nhất trong cùng một diện tích mặt bằng, chính vì thế việc tính đến việc đỗ xe tận dụng các khoảng không gian trên (các nhà cao tầng, khoảng không) và dưới (không gian ngầm, tầng hầm), việc gửi xe và lấy xe cũng phải nhanh chóng và tối ưu là rất quan trọng Trên thế giới có nhiều giải pháp đã được đưa ra và ứng dụng trong thực tế có hiệu quả

Hệ thống lưu kho và đỗ xe tự động là công nghệ sắp xếp, lưu trữ vật dụng sao cho tiết kiệm không gian và thời gian đặc biệt là diện tích mặt bằng xây dựng Hệ thống lưu kho được sử dụng rộng rãi ở các doanh nghiệp sản xuất hàng hoá, siêu thị, bến cảng… Với tốc độ hiện đại hoá đô thị như hiện nay, ứng dụng hệ thống đỗ xe tự động là tất yếu cần thiết Ngành thiết kế xây dựng và chế tạo thiết bị tư động hoá hệ thống lưu kho và đỗ xe tự động phát triển không ngừng

Hệ thống đỗ xe tự động về nguyên lý giống như hệ thống lưu kho, để đạt hiệu suất sử dụng diện tích mặt bằng bến bãi thì hệ thống phải được thiết kế nhiều tầng nhiều lớp Hoạt động của hệ thống với mức độ tự động hoá khá cao

1.1.2 Phân tích cơ sở pháp lý trong tình hình thực tế nước ta hiện nay

Qua thực tế tìm hiểu và quan sát chúng em nhận thấy : ở nước ta hiện nay các bãi đỗ xe chủ yếu vẫn là dành để trông giữ, quản lý phần lớn là xe máy: ra vào bãi

đỗ xe phải có vé… ô tô thì có thẻ ra vào, đó là kiểu quản lý bãi đỗ xe cổ điển, tốn nhiều thời gian, phiền phức với người gửi, đây là một hình thức khá thông dụng và

có sự điều hành của con người, những khu vực đông người, những nơi tập trung các đợn vị hành chính … và cần có cả một đội ngũ những người trông giữ xe với số lượng đông đảo Ở Hà nội hiện này, cũng có một số bãi đỗ sử dụng công nghệ thẻ từ trông giữ xe thông qua sự hỗ trợ giám sát của camera và hệ thống máy tính như: Royal City, Times City, Big C… Tuy nhiên, bãi đậu xe dạng này có diện tích rất lớn, tốn nhiều thời gian để tìm chỗ đỗ và tìm xe khi lấy gây phiền phức không ít cho người gửi xe cũng như đội ngũ quản lý xe

Cho đến thời điểm này, tại các thành phố lớn nói chung và ở Việt Nam nói riêng chưa có bãi đỗ ô tô nào dùng hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động Tuy nhiên chắc chắn trong tương lai không xa, Việt Nam sẽ tiến tới sử dụng hệ thống đỗ xe tự động do người Việt chúng ta thiết kế và thi công, có khả năng lưu trữ nhiều ô tô Thực tế có rất nhiều công trình xây dựng cao cấp, nhưng số lượng ô tô đỗ được trong công trình không đủ đáp ứng phân nửa nhu cầu của những người sử dụng 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 qui định:

- Với khách sạn từ 3 sao trở lên: 4 phòng phải có 1 chỗ đỗ

- Với văn phòng cao cấp, trụ sở cơ quan đối ngoại: 100m2sàn sử dụng / 1 chỗ

- Siêu thị, cửa hàng lớn, trung tâm hội nghị, triển lãm, trưng bày: 100m2 sàn

sử dụng / 1 chỗ

- Chung cư cao cấp: 1 căn hộ / 1,5 chỗ

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, nhà chung cư hạng II phải có tối thiểu 1 chỗ cho mổi căn hộ Với các qui định này, chủ đầu tư hiện nay phải tính toán rất kỹ số lượng đỗ

xe ô tô cho công trình Nếu sử dụng giải pháp đỗ xe tự động, chủ đầu tư có thể tiết

kiệm đáng kể diện tích xây dựng nhưng vẫn đảm bảo số xe đỗ được theo yêu cầu Trên cùng 1 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 theo kiểu tự lái đỗ thông thường 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%, 90% còn lại đang nằm tản mát trên các hè phố, lòng đường và các ngõ ngách (theo tính toán thì diện tích để xe chỉ chiếm 0.48% diện tích đất đô thị) Trong khi đó ở thành phố Hồ Chí Minh thì diện tích bãi đậu xe chỉ chiếm 0,1% tổng diện tích đất của thành phố, thấp hơn tới 26 lần so với quy định Chính vì vậy nhưng bãi đỗ xe thông minh ngầm dưới mặt đất chắc chắn sẽ là lựa chọn đúng đắn và phù hợp vì không anh hưởng tới cảnh quan bên trên mặt đất Xã hội ngày càng phát triển, các phương tiện giao thông ngày càng nhiều, theo tìm hiểu có nhiều thời điểm

số lượng xe đăng ký trên địa bàn Hà Nội trong vòng một tháng là khoảng 3000 chiếc, diện tích để xây dựng bãi đỗ xe thì không tăng lên chính vì vậy bãi đỗ xe thông minh chắc chắn sẽ là giải pháp hữu hiệu trong tương lai

1.1.3 Đặc điểm của bãi đỗ xe thông thường và hệ thống đỗ xe tự động

Bãi đỗ xe tự lái thông thường có nhiều nhược điểm như: Thường yêu cầu diện tích lớn, dễ bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí đỗ xe không lắp camera an ninh, người lái xe không có kinh nghiệm phải mất nhiều thời gian để đưa xe vào vị trí đỗ xe chật hẹp (đôi khi gây ra ùn tắc cục bộ), và hầu như rất khó kiểm soát khí thải, tiếng ồn khi xe di chuyển trong khu vực đỗ xe Đối với các bãi xe tự lái diện tích lớn, người lái xe phải mất rất nhiều thời gian để tìm chỗ đỗ và tìm ra xe của mình khi lấy xe

Và điều mà phần lớn nhà đầu tư quan tâm nhất là bãi đỗ xe tự lái chiếm nhiều diện tích của công trình ( Hệ số sử dụng bình quân k= 25m2/1 vị trí đỗ xe bao gồm diện tích đường di chuyển)

Hệ thống đỗ xe tự động có thể giải quyết hầu hết các vấn đề trên Hệ thống đỗ

xe ô tô tự động nhiều tầng là loại kết cấu có trang bị hệ thống nâng để di chuyển xe

ô tô từ mặt đất lên điểm đỗ xe ở trên cao (đối với loại hệ thống nổi) hoặc chuyển xe

xuống điểm đỗ ô tô dưới lòng đất (đối với loại hệ thống ngầm) một cách hoàn toàn

tự động, không cần người lái Sau khi đưa xe vào phòng xe, hệ thống được lập trình điều khiển sẽ tự động lập quy trình đưa xe vào vị trí đỗ, người lái xe không cần thao tác bất kỳ động tác nào ngoài việc bấm nút số xe/quẹt thẻ (hoặc nhận thẻ từ hệ thống) Khi cần lấy xe ra, hệ thống thiết bị nâng này sẽ làm việc để đưa xe đến điểm trả xe cố định, lái xe chỉ cần lấy xe ra từ điểm cố định này Nếu mặt bằng chật hẹp, với bàn xoay 360o và các con lăn định vị xe thì dù người lái xe non tay lái nhất cũng

dễ dàng đưa xe vào phòng xe Khi có bất kỳ sự cố nào bất thường trong hệ thống (ví

dụ như có người đột nhập, cửa xe bị bật ra…) thì hệ thống sẽ báo động tức thời về trung tâm xử lý Do xe không tự vận hành trong hệ thống nên không gây ra các vấn

đề ô nhiễm không khí do chất thải của xe, và vì vậy cũng tránh được nguy cơ cháy

nổ do xe lưu thông trong hầm Khi có rủi ro hỏa hoạn, vì bãi đỗ xe tự động không

có người nên nguy cơ chết người không thể xảy ra Hệ thống đỗ xe tự động có thể lắp đặt nổi trên mặt đất hoặc ngầm bên dưới hoặc nửa ngầm – nửa nổi (theo tìm hiểu hiện nay tại Hàn Quốc, tính trên số lượng xe đỗ thì tỉ lệ sử dụng hệ thống nổi là 33% và hệ thống ngầm là 67%)

Tùy theo diện tích đất, vị trí các lối ra vào và tùy theo mục đích sử dụng, nhà cung cấp sẽ tư vấn loại hệ thống thích hợp cho từng công trình Hiện nay có rất nhiều loại hệ thống đỗ xe tự động trên thế giới, mỗi nhà sản xuất đặt tên khác nhau cho 1 loại hệ thống, tuy nhiên có thể phân biệt theo nguyên lý vận hành như sau: + Loại hệ thống vừa lắp được trên mặt đất, vừa lắp được dưới ngầm, hoặc một phần trên mặt đất, một phần dưới ngầm: hệ thống tháp nâng dùng thang máy, hệ thống thang nâng di chuyển, hệ thống tầng di chuyển, hệ thống xếp hình Trong đó,

hệ thống tầng di chuyển được lắp đặt phổ biến nhất tại Nhật Bản, Hàn Quốc

+ Loại hệ thống chỉ lắp ngầm: hệ thống xoay vòng ngang, hệ thống xoay vòng tầng

+ Loại hệ thống chỉ lắp nổi: hệ thống xoay vòng đứng

+ Chi tiết mô tả các loại hệ thống này được đề cập tại phần sau

1.2 Các hệ thống bãi đỗ tự động

1.2.1 Phân loại theo quy trình lưu chuyển

1 Hệ thống thang máy- robot

2 Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang

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-dịch chuyển ngang

Các loại cơ cấu công tác : - Cơ cấu cánh tay robot - Cơ cấu móc kéo

- Cơ cấu tháo khớp

1.2.2 Phân loại theo hệ thống điều khiển 1 Hệ thống điều khiển bán tự động

2 Hệ thống tích hợp điều khiển PLC 3 Hệ thống điều khiển thông minh

1.2.3 Phân loại theo kiến trúc

1 Bãi đỗ lưu kho

2 Bãi đỗ ngầm

3 Bãi đỗ tháp trụ

4 Bãi đỗ tháp đôi

Robot tự hành: có nhiệm vụ từ vị trí đỗ (trên bàn thang máy) di chuyển trên đường ray của mỗi tầng đến vị trí xác định (vị trí lưu đỗ) xếp hai bên đường ray Tại địa điểm “lấy ra” này, cánh tay robot di chuyển đến vị trí bánh xe oto rồi thực hiện thao tác kẹp-nâng-kéo xe oto về bàn đỗ của robot Tại địa điểm “xếp vào” thì thao tác ngược lại

Lưu đồ vận chuyển: Như hình 1.1

Đặc điểm: Hệ thống này được sử dung rất rộng rãi cho lưu kho và đỗ xe có quy

mô lớn, hệ số an toàn cao (do vị trí lưu đỗ là tĩnh tại) Đặc biệt hệ thống này là giải pháp tiết kiệm năng lượng lưu chuyển

- Hệ số sử dung diện tích k=2/3

Hình 1.1 Hệ thống thang máy-robot

1.3.2 Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang

Cổng trục: cổng trục có nhiệm vụ nâng hạ và dịch chuyển bàn thao tác (cơ cấu công tác)

Bàn thao tác: là cơ cấu móc kéo chuyển pallet (khay chứa xe ô tô) từ bàn thao tác vào/ra vị trí lưu đỗ

1.3.3 Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang

Thang nâng: thang nâng trong hệ thống này có dạng thang máy

Cơ cấu vận chuyển: trên 1 tầng theo phương pháp đẩy-kéo trượt ngang các pallet theo một vòng tròn khép kín (pallet có thể dịch chuyển theo phương nằm ngang)

Cơ cấu công tác: thực hiện việc xếp vào/lấy ra khá đơn giản theo nguyên tắc tháo khớp truyền lực giữa các pallet với nhau

pallet theo từng nhịp (mỗi bước dịch chuyển bằng chiều rộng của pallet) chúng dừng lại khi thẳn hàng với pallet trên thang cuốn

Cơ cấu công tác: là cơ cấu tháo khớp Khớp liên kết truyền lực giữa pallet liền

kề khi chúng thẳng hàng Khi thang cuốn dịch chuyển thì khớp tự phân khai

Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.4

Đường lưu chuyển của hệ thống này là vòng tròn khép kín giữa tầng này với tầng khác kết hợp với 02 thang cuốn

Đặc điểm: Hệ thống này sử dụng rộng rãi cho bãi đỗ ngầm vì sử dụng tối đa không gian, nguyên lý truyền động đơn giản và quen thuộc Hạn chế của hệ thống này ở chỗ phải sử dụng đến nhiều bộ truyền động, chi phí năng lượng riêng cao

Hình 1.4 Hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng

1.3.5 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn

Thang nâng: thực hiện 2 chuyển động nâng hạ theo phương đứng và quay quanh trục của nó

Cơ cấu công tác: thực hiện thao tác xếp vào/lấy ra nhờ cơ cấu cánh tay robot

Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.5

Đặc điểm: Khi thang nâng nâng bàn robot kết hợp chuyển động quay vòng đến

vị trí xác định thì robot bắt đầu làm việc

Hình 1.5 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn

1.3.6 Hệ thống thang nâng-dịch chuyển ngang

Thang nâng: thường sử dụng kiểu vận thăng ròng rọc kép di chuyển trên 4 đường ray theo phương thẳng đứng

Cơ cấu móc kéo: thực hiện việc xếp vào/lấy ra khỏi vị trí đỗ, cơ cấu này được đặt có định trên bàn cử thang nâng

Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.6

Hình 1.6 Hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang Khi thang nâng dừng ở vị trí xác định thì thì cơ cấu móc kéo đẩy-kéo pallet

theo phương ngang vào vị trí đỗ trên sàn hay bàn thang nâng

Đặc điểm: Hệ thống này kết cấu đơn giản, dễ thi công, thường sử dụng cho bãi

đỗ kiểu tháp cao Hệ số sử dung diện tích k= 2/3÷4/5

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

Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.7

Đặc điểm: Hệ thống này nhỏ gọn rễ điều khiển, sử dụng duy nhất 1 bộ truyền động hệ số sử dụng không gian khá cao (8-12 xe ô tô/30m2)

Hình 1.7 Hệ thống thang treo-quay vòng đứng

1.3.8 Hệ thống nâng hạ

Hệ thống này dùng cáp treo nâng hạ 3 vị trí đỗ/ 1 bộ truyền động

Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.8

Hình 1.8 Hệ thống nâng hạ

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỖ XE TỰ ĐỘNG

2.1 Thiết kế mô hình

2.1.1 Phân tích thông số đầu vào

Khảo sát về kích thước và trọng lượng xe gửi trong bãi đỗ ta có thể phân ra làm 3 loại:

 Loại 1: Dòng xe 5 chỗ (Sedan) có kích thước trung bình là khoảng 5,245mx2,120mx1,473m đại diên là Mercedes-Benz-S-Class Sedan trọng lượng trong khoảng 1235kg-không tải

 Loại 2: Dòng xe 7 chỗ (SUV& Crossoves) Kích thước trung bình 5,085mx2,171mx1,920m mét đại diện là Mercedes-Benz-GL-Class SUV-GL550 Trọng lượng trung bình cỡ 3250kg không tải

 Loại 3: Dòng xe bán tải (Trucks) Kích thước trung bình 5,808mx2,029mx1,935m đại diện là Toyota-Tundra Trọng lượng trung bình cỡ 4100kg không tải

Từ các thông số về kích thước và trọng lượng xe như trên, ta có ý tưởng về thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động như sau:

a) Ý tưởng thiết kế về hệ thống nhà xưởng

Các bãi đỗ xe tự động thường được thiết kế có nhiều tầng, số lượng tầng và khoang chứa xe trong một tầng phụ thuộc vào diện tích mặt bằng và hệ thống vận chuyển xe được sử dụng Các thiết kế này đặt việc tận dụng tối đa diện tích sử dụng,

đỗ được nhiều xe nhất trong cùng một đơn vị diện tích

Bãi đỗ xe tự động có thể có dạng trụ với hệ thang máy nâng thẳng đứng và xoay vòng ở giữa, hoặc dạng ngăn chứa với thang nâng cố định hoặc lăn dọc các hành lang

Bãi đỗ xe tự động lựa chọn trong đề tài được thiết kế theo dạng ngăn chứa nhiều tầng Hệ thống bãi đỗ tự động dạng này có lợi thế về hệ số sử dụng diện tích

cao vì phần lớn xe đều có kết cấu dạng hộp nên phù hợp với khoang chứa Khi sử dụng thiết kế này rất thuận lợi trong việc tính toán hành trình của thang máy, của khay và Robot, vì đều là các chuyển động thẳng, dọc trục

Hình 2.1 Cấu trúc bãi đỗ dạng ngăn chứa b) Ý tưởng thiết kế khay

Khay: Là bộ phận nằm trên thang máy, và đỡ hệ nâng hạ xe Khay sử dụng trong hệ thống là khay hình chữ nhật, có ray ở hai bên Hai đầu của khay dọc theo chiều dài, có lắp 4 bánh xe, các bánh này có khả năng lăn trên ray dọc hành lang các tầng Thân của Khay ở hai đầu có hai bánh răng kết nối với động cơ, bánh răng này

ăn khớp với thanh răng trên robot Khi bánh răng quay sẽ tạo lực đẩy robot tiến hoặc lùi theo chiều dài khay (Ox)

c) Thiết kế hệ thống nâng hạ xe Cấu trục hệ lấy xe thường sử dùng có hai dạng chính là hệ tìm và quét bánh xe và hệ nâng xe dạng răng lược

- Hệ thống tìm và quét bánh sử dụng rất hiệu quả, điều khiển đơn giản nhưng kết cấu về các bộ truyền dẫn động tương đối phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao

- Cấu trúc mang xe kiểu răng lược: Cấu trúc này gồm hai bộ phận là phần đỡ vào bánh xe(chính là các răng lược) và phần nâng hạ Phần nâng-hạ ta thường dùng xilanh thủy lực hoặc sử dụng hệ thống vitme-đai ốc Với xilanh thủy khí tuy điểu khiển đơn giản, ổn định nhưng đổi lại cần thêm rất nhiều chi phí cho bơm dầu, hệ

thống van, các dây và kết nối rất tốn kém Vì vậy trong đề tài đã lựa chọn cấu trúc nâng-hạ vitme-Đai ốc Cấu trúc này hoạt động theo nguyên lý của bộ truyền Vitme-đai ốc

Vitme+ đai ốc sẽ được thiết kế( như hình bên dưới) nằm trên bộ phận số (3) Một đầu cố định và một đầu có thể trượt dọc trục Thanh “X” số (2) gồm 2 cơ cấu thanh có kích thước bằng nhau được nối lồng không với nhau ở tâm quay, (1) là cơ cấu dạng răng lược, các răng được bố trí hợp lý để có thể đi qua được hệ thống răng trong khoang chứa

Hình 2.2 Cấu trúc răng lược

d) Lựa chọn thang máy

Có nhiều dạng cấu trúc nâng hạ sử dụng cho thang máy như sử dụng động cơ quay tời, dùng xi lanh thủy lực, hoặc đơn giản là dùng đối trọng

 Với cấu trúc sử dụng xilanh thủy lực: Có cấu tạo như hình dưới Cấu trục này hoạt động trơn tru, không gây ồn, điều khiển dễ dàng nhưng vì xilanh thủy lực có kích thước giới hạn nên khi sử dụng cho nhà cao tầng thì không hợp lý

Hình 2 3 Thang máy thủy lực

 Thang máy đối trọng sử dụng nguyên lý cân bằng lực giữa hai bên dòng dọc

để điều khiển thang máy nâng hạ Không dùng được hệ này vì độ an toàn chưa cao

Hình 2.4 Thang máy đối trọng

 Cấu trúc thang máy dòng dọc và tời kéo đa cấp, sử dụng động cơ bước với điều khiển biến tần Trong hệ này, dòng dọc tời kéo có khả năng tự hãm cao, tải trọng chịu được lớn Động cơ có môment xoắn lớn, có thể điều khiển các góc quay

rất chính xác Nhược điểm là điều khiển khó khăn vì dùng biến tần, giá thành cao, yêu cầu về bảo dưỡng tốn kém Tuy vậy, trong trường hợp thực hiện mô hình mô phỏng ta vẫn có thể sử dụng cấu trúc thang máy dạng này vì khi yêu cầu đầu vào về nâng hạ của thang thay đổi (nhỏ hơn) ta hoàn toàn có thể giản ước cấu trúc thang máy để phù hợp với yêu cầu của đề bài Phần này sẽ được làm rõ trong chương III

Hình 2.5 Thang máy dòng dọc tời kéo đa cấp

- Một thang máy di chuyển lên xuống có nhiệm vụ vận chuyển Robot lên các tầng (phương Oz)

Hình 2.6 Hình ảnh hoàn thiện của ý tưởng

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống đưa về các chuyển động sau

 Chuyển động nâng- hạ của thang máy Oz

 Chuyển động lăn dọc hành lang của robot theo phương Oy

 Chuyển động tiến lùi hệ nâng hạ của Robot

 Và chuyển động nâng hạ của của cơ cấu nâng hạ trên robot

Thao tác gửi xe: Xe nằm ở vị trí gửi xe, tín hiệu lựa chọn vị trí từ bàn phím được kích hoạt Robot lấy xe từ vị trí gửi, rồi về thang máy Thang đưa robot đến tầng đã chọn và dừng lại Robot lăn dọc tầng, dừng ở cửa khoang chứa và đẩy bộ phận nâng

hạ vào khoang, hạ xe xuống và thoát ra hoàn thành thao tác gửi

Thao tác lấy xe: Nhận lệnh chính xác về vị trí xe cần lấy từ bàn phím, thang đưa robot đến tâng đã chọn, robot lăn dọc hành lang đến của khoang chứa và đẩy hệ nâng hạ vào gầm- nâng và lấy xe Robot lăn về thang máy và trở về vị trí gửi xe hoàn thành thao tác lấy xe

2.3 Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống

2.3.1 Ưu điểm

 Kết cấu cũng như kiến trúc đơn giản, phù hợp với điều kiện xây dựng thực

tế, có tính khả thi cao

 Khả năng chuyên môn hóa của từng cơ cấu cao, cũng như giảm thiểu được

số cơ cấu cơ khí Có khả năng modul hóa từng bộ phận

 Quy trình cất, lấy xe đơn giản

 Mô hình còn có thể mở rộng cho kiến trúc nhiều tầng và đa cấp vị trí trên từng tầng ở 2 phía hành lang

 Do loại bỏ nhu cầu về đường dẫn và đường dốc cho xe ô tô, cùng với yêu cầu

kĩ thuật về chiều cao từng ngăn chứa xe nhỏ nên không gian khu vực đỗ xe được sử dụng hiệu quả, sức chứa tăng, không gian trung bình cho mỗi chỗ đỗ bằng 30-50%

so với đỗ xe thông thường

 Bãi đỗ chỉ dành cho xe, không liên quan đến con người nên được loại bỏ hoàn toàn các tiêu chuẩn an toàn trên con người như hệ thông gió, tiêu chuẩn nồng

độ khí thải, hay an toàn khi xảy ra cháy nổ…

2.3.2 Nhược điểm

 Chi phí ban đầu lớn

 Hiện trên hệ thống thiết kế có một thang máy nên gửi và lấy tương đối tốn thời gian

 Khi số vị trí gửi xe trong một tầng tăng lên cấp cao,Robot cất- trả xe tốn thời gian gấp nhiều lần

 Vị trí chờ của thang máy là vị trí gửi xe, chưa tối ưu vì hành trình vẫn có khoảng chạy không khi đi lên lấy xe, đi xuống khi gửi xong xe

2.4 Các cụm kết cấu chính của mô hình hệ thống đỗ xe tự động

2.4.1 Cơ cấu Robot:

Hình 2.7 Cơ cấu gửi và lấy xe (Robot và khay)

Cấu tạo gồm:

 Lược trong: Là một khung hình chữ nhật có kích thước là 500cmx120cmx10cm và dày 5cm Hai bên thành dọc chiều dài khung được hàn các thanh thép hình trụ phi 5cm dài 30cmx30cm chiếc cách đều nhau và cách hai cạnh còn lại của khung là 50cm gọi là răng lược

 Thanh “X”: gồm hai cơ cấu thanh, dài 300cmx12cm và dày 5cm nối lồng không với nhau ở tâm quay bằng đinh tán Hai đầu thanh X được gia công lỗ tròn để kết nối trục trên khay với răng lược

Hình 2.8 Cơ cấu thanh “X”

 Vitme-đai ốc:

Hình 2.9 Cơ cấu vítme- đai ốc

Là hệ gồm: Cơ cấu thanh (1) hình chữ “U” được gia công ren như đai ốc ở một đầu như hình, và một đầu gia công lỗ phi 8 Vitme (2) lắp lồng không với cơ cấu thanh (3), một đầu gia công ren vặn vào đai ốc, đầu còn lại nối động cơ Cơ cấu thanh (3) có phần thân lắp động cơ

Nguyên lý làm việc:

Robot nâng xe lên nhờ động cơ ở đầu vitme quay thuận, vitme kéo đai ốc về gần làm thanh “X” tăng góc nghiêng, hệ tịnh tiến lên trên Và ngược lại, động cơ quay nghịch, đai ốc lùi xa vitme, thanh “X” thu góc nghiêng nhỏ lại hạ thấp khung răng lược, robot hạ thấp xe

Hình 2.10 Cấu tạo khoang chứa