Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ tại trường bắn 327 thuộc trường quân sự quân khu 5

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY NÂNG HẠ BIA TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ TẠI TRƯỜNG BẮN 327 THUỘC TRƯỜNG QUÂN SỰ QUÂN KHU Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Số thẻ sinh viên : Lớp: ThS TRẦN NGỌC HẢI TRẦN MINH THÁNG 101120317 12CDT1 Đà Nẵng, 2017 TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ Trường bắn 327 thuộc Trường Quân Quân khu Sinh viên thực hiện: Trần Minh Thắng Số thẻ sinh viên: 101120317 Lớp 12CDT1 Đề tài trình bày việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động ứng dụng huấn luyện quân thực tế Trường bắn 327 thuộc Trường Quân Sự Quân Khu Hiện nay, nhiệm vụ xây dựng quân đội, bảo vệ Tổ quốc đặt cho quốc phịng u cầu cao cơng tác huấn luyện, sẵn sáng chiến đấu Do việc nâng cao chất lượng huấn luyện quân cần thiết, cụ thể việc điều khiển bia báo bia trúng đạn khâu đặc biệt quan trọng, đánh giá kết chất lượng bắn Với mục đích tạo máy phục vụ bắnở thao trường, với mục tiêu cố định, ấn hiện, có đầy đủ chức theo yêu cầu thực tế Tác giả nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công máy nâng hạ bia tự động Máy phát huy tốt công dụng, giúp tiết kiệm thời gian bắn, mặt kinh tế - xã hội máy chế tạo nước, linh kiện tương đối phổ biến, có giá thành rẻ nhiều so với sử dụng công nghệ nước ngồi ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Minh Thắng Lớp: 12CDT1 Khoa: Cơ khí Số thẻ sinh viên: 101120317 Ngành: Cơ điện tử Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu, chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ Trường bắn 327 Đề tài thuộc diện: ☒ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Theo yêu cầu kỹ thuật tập thực tế trường bắn 327 Nội dung phần thuyết minh tính tốn: a Tổng quan tính cấp thiết b Thiết kế ngun lý tính tốn động học máy: Phân tích & thiết kế sơ đồ nguyên lý máy; lựa chọn hệ truyền động tính tốn động học máy c Tính tốn sức bền thiết kế kết cấu máy: Hệ thống dẫn hướng khung chịu lực, hệ thống dẫn động hiệu chỉnh bố trí kết cấu máy d Thiết kế hệ thống điều khiển: Tổng quan thiết bị điều khiển; lập chu trình điều khiển, thiết kế lắp ráp mạch điều khiển; thuật tốn chương trình điều khiển e Chế tạo máy thiết kế Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Bản vẽ phương án: 1A0 Bản vẽ kết cấu máy: 2A0 Bản vẽ hệ thống điều khiển: 2A0 Ảnh chụp máy chế tạo: 1A0 Họ tên người hướng dẫn: Trần Ngọc Hải Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Trưởng Bộ môn Phần/ Nội dung: …… /……./2017 …… /……./2017 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Người hướng dẫn TRẦN NGỌC HẢI LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp môn học cuối sinh viên, qua đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên tổng kết lại kiến thức học trường suốt năm học, giúp sinh viên hiểu sâu sắc chuyên ngành học Trong lời thuyết minh đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ Trường bắn 327” em muốn gửi lời cảm ơn biết ơn trân thành tới tất người hỗ trợ, giúp đỡ em kiến thức tinh thần thời gian thực đồ án Trước hết em xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Ngọc Hải, người trực tiếp hướng dẫn, nhận xét, giúp đỡ em suốt trình thực đồ án Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, thầy khoa Cơ khí, khoa Điện phịng ban, xưởng thí nghiệm Điện, xưởng Cơ khí tạo điều kiện tốt cho em bạn khác suốt thời gian học tập làm đồ án tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân giúp đỡ động viên em nhiều trình học tập làm đồ án tốt nghiệp Do thời gian thực có hạn, kiến thức cịn nhiều hạn chế nên Đồ án thực chắn không tránh khỏi thiếu sót định Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo bạn để em có thêm kinh nghiệm tiếp tục hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 20 tháng năm 2017 Sinh viên thực Trần Minh Thắng i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu Các số liệu, kết nêu đồ án trung thực chưa công bố cơng trình khác Nếu khơng nêu trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm đề tài Sinh viên thực Trần Minh Thắng ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu cảm ơn i Lời cam đoan liêm học thuật Mục lục ii iii Danh sách bảng biểu, hình vẽ sơ đồ v Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử hình thành quân đội nhân dân Việt Nam 1.1.1 Thời kì hình thành 1.1.3 Thời kì xây dựng bảo vệ Tổ quốc 1.2 Công nghiệp hóa, đại hóa gắn liền với an ninh quốc phịng 1.2.1 Cơng nghiệp hóa, đại hóa vai trị qn đội nghiệp CNH, HĐH đất nước 1.2.2 Ứng dụng khoa học công nghệ đáp ứng u cầu đại hóa an ninh quốc phịng 1.3 Giới thiệu phương pháp huấn luyện thao trường máy móc hỗ trợ 1.4 Phân tích đặc điểm tính cấp thiết đề tài 10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUN LÝ VÀ TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC CỦA MÁY 12 2.1 Phân tích thiết kế sơ đồ nguyên lý máy 12 2.1.1 Yêu cầu chung máy nâng hạ bia 12 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý máy 12 2.2 Lựa chọn hệ truyền động: 13 2.2.1 Truyền động đai: 13 2.2.2 Truyền động xích: 14 2.2.3 Truyền động vít me – đai ốc: 15 iii 2.3.2 Tính tốn động điện cho hệ dẫn động 17 2.3.2 Tính toán truyền bánh trụ hộp giảm tốc: 18 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY 21 3.1 Hệ thống dẫn hướng khung chịu lực 21 3.2 Hệ thống dẫn động hiệu chỉnh 25 3.2.1 Kiểm nghiệm truyền vít me theo độ bền 25 3.3 Bố trí kết cấu máy 27 3.4 Xây dựng vẽ kết cấu chế tạo 29 Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển 32 4.1.1 Các phần tử nhận tín hiệu 32 4.1.2 Phần tử xử lý điều khiển – rơle 34 4.1.3 Phần tử chấp hành – động xoay chiều 35 4.2 Lập chu trình điều khiển 36 4.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 36 4.2.2 Nguyên lý hoạt động chung hệ thống điều khiển 37 4.2.3 Sơ đồ khối vị trí chân linh kiện: 37 4.3 Thiết kế lắp ráp mạch điều khiển 38 4.3.1 Giới thiệu vi điều khiển PIC 38 4.3.2 Thiết kế mạch vi điều khiển phát trúng đạn: 39 4.3.3 Thiết kế mạch đèn nháy nâng bia 41 4.4 Thuật toán chương trình điều khiển 44 4.4.1 Thuật tốn chương trình 44 CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ VÀ KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI 49 5.1 Hình vẽ 3D mơ máy thiết kế: 49 5.2 Kết thiết kế, chế tạo máy nâng hạ bia tự động là: 54 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 iv DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Hình 1.1 Đội Việt Nam tun truyền giải phóng qn Hình 1.2 Chiến dich Điện Biên Phủ (5 – 1954) Hình 1.3 Chiến dịch Hồ Chí Minh 1975 Hình 1.4 Hệ thống tên lửa đại lực lượng không quân Hình 1.5 Kiểm tra súng ngắn 2b Hình 1.6 Kiểm tra súng ngắn 2c Hình 1.7: Kiểm tra súng tiểu liên 2b Hình 1.8: Kiểm tra súng tiểu liên 2d 10 Hình 1.9 Bắn đạn thật sử dụng phương pháp báo bia thủ công 11 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy nâng hạ bia 13 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy sử dụng truyền đai 13 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý máy sử dụng truyền xích 14 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy sử dụng truyền vít me – đai ốc 15 Hình 3.1 Kết cấu ray dẫn hướng 21 Hình 3.2 Kết cấu ổ lăn 22 Hình 3.3 Thơng số ổ lăn 23 Hình 3.4 Kết cấu vỏ máy 23 Hình 3.5 Kích thước chi tiết bách bia 24 Hình 3.6 Kích thước chi tiết kẹp bia 24 Hình 3.7 Sơ đồ tính ổn định trục vít 26 Hình 3.8 Mặt cắt trục xoay bia 28 Hình 3.9 Mặt cắt dọc truyền động máy 28 Hình 3.10 Kích thước trục vít me 29 Hình 3.11 Kích thước đai ốc 29 Hình 3.12 Bản vẽ chế tạo vỏ máy 30 Hình 3.13 Bản vẽ chế tạo nắp máy 30 Hình 3.14 Mơ 3D chi tiết máy 31 Hình 3.15 Hình chiếu 3D truyền động máy 31 v Hình 4.1 Cơng tắc hành trình điện – 32 Hình 4.2 Cơng tắc hành trình điện – 33 Hình 4.3 Cơng tắc đóng – mở 33 Hình 4.4 Cấu tạo rơle điện từ 34 Hình 4.5 Kí hiệu role 34 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý rơle 35 Hình 4.7 Động giảm tốc ba pha 35 Hình 4.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 36 Hình 4.9 Sơ đồ chân linh kiện khối relay 37 Hình 4.10 Sơ đồ chân linh kiện công tắc giắc cắm 37 Hình 4.11 Sơ đồ chân khối hành trình động 37 Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý mạch phát trúng đạn 39 Hình 4.13 Sơ đồ mạch kích dịng relay 39 Hình 4.14 Khối tạo dao động 41 Hình 4.15 Sơ đồ mạch nguồn 41 Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch đèn nháy 41 Hình 4.17: Sơ đồ mạch động lực 43 Hình 4.18: Sơ đồ mạch điều khiển trúng đạn 43 Hình 4.19: Sơ đồ mạch điều khiển nâng / hạ bia 44 Hình 4.20 Thuật tốn xử lý ngắt 46 Hình 5.1 Mơ 3D chi tiết máy 49 Hình 5.2 Mơ 3D vị trí máy bia nằm 50 Hình 5.3 Mơ 3D vị trí máy bia đứng 50 Hình 5.4 Bản vẽ chế tạo nắp hộp 51 Hình 5.5 Ảnh chụp nắp hộp 51 Hình 5.6 Bản vẽ chế tạo vỏ máy 52 Hình 5.7 Bản vẽ chế tạo đòn kéo trung gian 52 Hinh 5.8 Ảnh chụp toàn máy 53 Hinh 5.9 Ảnh chụp bên máy 54 vi MỞ ĐẦU Ngày nay, với việc tập trung đẩy mạnh phát triển kinh tế - xã hội, việc đẩy mạnh cơng tác, nhiệm vụ xây dựng quân đội, bảo vệ Tổ quốc đặt cho Bộ Quốc phòng yêu cầu cao huấn luyện, sẵn sàng chiến đấu Bên cạnh đó, Trong cơng tác huấn luyện quốc phịng ln khơng ngừng nâng cao sức mạnh tổng hợp, trình độ sẵn sàng chiến đấu đơn vị, lấy nâng cao chất lượng huấn luyện làm trung tâm nội dung đạo Bộ Quốc phòng Do việc nâng kỹ chiến đấu, tập luyện thao trường, cụ thể huấn luyện, diễn tập công tác bắn đạn thật quan trọng Hiện để báo cáo kết bắn đạn thật số thao trường quân đội trung tâm huấn luyện nước áp dụng theo hình thức thủ công, dùng người chạy lên xuống để báo bia Qua theo cách báo điểm điểm truyền thống sau loạt bắn, phải có người chạy lên vị trí bắn để báo đường đạn, sở đó, để đánh giá kết học viên Phương pháp bộc lộ nhiều hạn chế, có việc tính khách quan kết không đảm bảo, thứ hai nhiều nhân công thứ không an toàn Xuất phát từ nhược điểm nắm bắt xu hướng, tầm quan trọng đề tài, qua nhằm góp phần xây dựng ứng dụng khoa học công nghệ vào quân nước nhà, em Thầy giáo hướng dẫn Trần Ngọc Hải giao cho đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ Trường bắn 327” Cấu trúc đồ án tốt nghiệp em gồm chương: Chương 1: Tổng quan tính cấp thiết đề tài Chương 2: Thiết kế ngun lý tính tốn động học Chương 3: Tính toán sức bền thiết kế kết cấu máy Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Chương 5: Chế tạo máy thiết kế Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Ngọc Hải, thầy cô giáo khoa Cơ Khí tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua Đà Nẵng, ngày 20 tháng năm 2017 Sinh viên thực vii Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ trường bắn 327 b Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Hình 4.17: Sơ đồ mạch động lực c Sơ đồ nguyên lý mạch trúng đạn: Hình 4.18: Sơ đồ mạch điều khiển trúng đạn Sinh viên thực hiện: Trần Minh Thắng Hướng dẫn: ThS.Trần Ngọc Hải 43 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ trường bắn 327 d Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển nâng hạ bia Hình 4.19: Sơ đồ mạch điều khiển nâng / hạ bia • Nguyên lý hoạt động mạch: Khi bật công tắc điều khiển, cuộn dây điều khiển RL1 có điện Tiếp điểm thường hở RL1 đóng lại, cấp điện cho cuộn dây RL2, tiếp điểm thường hở RL2 đóng lại, pha A nối với dây L, pha B pha C nối chung với dây N lưới, động chạy theo chiều thuận Động chạy chạm cơng tắc hành trình dừng lại Khi ta tắt công tắc điều khiển, cuộn dây RL1 điệ, cuộn dây RL2 điện, cuộn dây RL3 có điện, tiếp điểm thường kín RL3 mở ra, cuộn dây RL thường hở đóng lại, pha C động nối với L, pha A pha B nối chung nối với dây N, động chạy theo chiều nghịch Khi động vị trí nâng, bia trúng đạn, cuộn dây báo trúng đạn RL4 có điện, tiếp điểm thường kín RL4 mở làm cuộn dây RL2 điện, tiếp điểm thường hở RL đóng lại, cuộn dây RL3 có điện, động chạy nghịch 4.4 Thuật tốn chương trình điều khiển 4.4.1 Thuật tốn chương trình a Thuật tốn mạch phát trúng đạn Sinh viên thực hiện: Trần Minh Thắng Hướng dẫn: ThS.Trần Ngọc Hải 44 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ trường bắn 327 START Thiết lập vi điều khiển Khai báo biến, cấu hình Kiểm tra bia chạm Trúng đạn Hạ bia Nguyên lý thực hiện: Hàm chương trình ln kiểm tra bia có chạm hay khơng, bia chạm xảy tượng ngắn mạch, mạch điều khiển phát cho bia hạ liền Khi đạn qua bia, chương trình nhảy vào hàm ngắt cho hạ bia với tốc độ xử lý 0,2 μs Để hiểu rõ ngắt vi điều khiển Pic, ta phân tích q trình xử lý ngắt pic Sinh viên thực hiện: Trần Minh Thắng Hướng dẫn: ThS.Trần Ngọc Hải 45 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ trường bắn 327 b Thuật toán xử lý ngắt vi điều khiển Pic Hình 4.20 Thuật tốn xử lý ngắt • Thực phần cứng: trình thực thi thực phần cứng vi xử lý để ngắt cách tự động, phần mềm • Thực phần mềm: chương trình người dùng viết để xử lý ngắt Như lưu ghi, hỏi vòng cờ ngắt, nhảy đến chương trình xử lý ngắt tương ứng Sinh viên thực hiện: Trần Minh Thắng Hướng dẫn: ThS.Trần Ngọc Hải 46 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ trường bắn 327 4.4.2 Chương trình điều khiển: • Chương trình vi điều khiển phát trúng đạn: #include #use delay(internal=8000000) #INT_ccp1 VOID ccp_isr() { output_high(Pin_A0); } VOID main () { output_low(Pin_A0); delay_ms(250); delay_ms(250); setup_ccp1(CCP_CAPTURE_fE); enable_interrupts(INT_CCP1); enable_interrupts(GLOBAL); while(true) { if( !input(PIN_A1) ) output_high(Pin_A0); } } • Chương trình đèn nháy: #include #device ADC=10 #use delay(internal=8M) #USE PWM(OUTPUT=PIN_A2, FREQUENCY=22kHz, DUTY=0) //#define den PIN_A2 int8 i; int16 value; Sinh viên thực hiện: Trần Minh Thắng Hướng dẫn: ThS.Trần Ngọc Hải 47 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nâng hạ bia tự động phục vụ trường bắn 327 int16 t_min; void main() { setup_adc_ports(sAN3); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); t_min=50; while(TRUE) { set_adc_channel(3); value = read_adc(); // value=value/2; if(value