d. Lựa chọn phương án cấp thức ăn:
4.3.2. Tính toán thiết kế xích treo vận chuyển thức ăn:
5 4
2 3
Hình 4.9b - Kích thước mặt cắt ngang của ray xích tải treo.
Hình 4.10 - Kích thước xích tải treo.
1
Hình 4.11 – Sơ đồ nguyên lý hoạt động của ray và xích tải treo.
- Kiểu ray: Chữ U
+ Kích thước: 42x42
- Khối lượng của vật trên một bộ phận mang Qi (t)
- Vận tốc chuyển vật liệu:
Chọn vdc = 0,05 m/s, thường dùng vdc = 0,05 ÷ 0,06 m/s
- Chiều dài đường vận chuyển: L = 30m - Chiều cao nâng: H = 1 (m)
- Bước xích px, chọn px = 150 mm. - Bước đặt bộ phận mang:
tb = 1 m
- Năng suất vận chuyển Qt (t/h):
Qt = 3600. Qi . vdc = 3600. 0,005 . 0,05 = 0,9 (t/h)
tb 1
- Lực cản trên các bánh xe trên đoạn dịch chuyển theo phương ngang Fc1(N):
F = (q+q0).g.l.(f.d1+2.μ)
= (20+50).10.30.(6.0,002+2.0,001) = 5,6 N
c1 D
bx 52
Với: + q là cường độ khối lượng phân bố trên một bước tb, kg/m
Q= Qi = 5 = 5 kg/m
tb 1
+ q0 là cường độ khối lượng của dây xích, xe con và bộ phận mang, kg/m.
q = Qx + Qxe + Qb 2
0
tb = 1 = 2 kg/m
+ g là gia tốc trọng trường, lấy g = 10m/s2.
+ l là chiều dài đoạn dịch chuyển theo phương ngang, l = 30 m. + Dbx là đường kính các bánh xe, Dx = 52 mm.
+ d1 là đường kính ngõng trục của ổ đỡ bánh xe, d1 = 6mm. + f là hệ số ma sá ổ bi đỡ bánh xe, f = 0,002.
+ μ là hệ số cản lăn của bánh xe trên ray μ = 0,0005. -Lực cản ở đĩa xích Fc2 (N):
Fc2 = (Fv + Fr + Gđx). f. d0 = (0,2 + 7,8 + 90).
0.02. 36 = 5.5N
Trong đó:
Dđx 1262
+ Fv là lực căng trên nhánh xích đi vào đĩa xích, N.
Fv = (q + q0). v2 = 70. 0,052 = 0,2 N
+ Gđx là trọng lượng của đĩa xích, Gđx = 9 kg. + f là hệ số ma sát trượt trong ổ đỡ đĩa xích f = 0,002.
+ d0 là đường kính ngõng trục của ổ đỡ đĩa xích, d0 = 36mm. + Dđx là đường kính vòng lăn của đĩa xích, mm.
Dđx p0,5 cot g z 1500,5 cot g25 1262mm 1
- Lực cản chuyển động ở các bản lề của xích vòng qua các đĩa xích Fc3. Lấy theo kinh nghiệm Fc3 = 0,05. Fv = 0,01 N.
- Lực cản chuyển động do thành bánh xe ma sát với ray khi bánh xe di chuyển đoạn cong Fc5.
Lấy theo kinh nghiệm Fc5 = (1,1 ÷ 1,4)Fc1 = 5,6.1.4 = 7,84 N. - Công suất cần thiết của động cơ:
P = dc K. ∑ F1000. ɳci . v0 dc = 1,5. (5,5 + 0,2 + 7,8 + 0,1 + 5,6). 0,05 1000.0,96 = 0,39 kW.
Với: K là hệ số tải trọng lấy K = 1,5
CHƯƠNG 5:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC CƠ CẤU TRONG MÔ HÌNH 5.1 Cơ sở lý thuyết các phương án điều khiển:
5.1.1 Phương án điều khiển bằng PLC:
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua các ngôn ngữ lập trình.
Hình 5.1 Sơ đồ điều khiển bằng PLC.
Ưu điểm:
Khả năng chống nhiễu tốt.
Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo, nâng cấp,… Có những module chuyên dụng để thực hiện những chức năng đặc biệt hay những modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng internet,… Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng. Không yêu cầu người lập trình giỏi về kiến thức điện tử mà chì cần nắm vững công nghệ sản xuất và biết lựa chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được.
Nhược điểm: Giá thành cao.
5.1.2 Điều khiển bằng vi điều khiển Arduino:
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chip, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các module vào/ra, các module biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số.
Hình 5.2 Vi điều khiển Ardruino.
Ưu điểm: Giá thành rất rẻ.
Các module cảm biển dùng cho vi điều khiển có thể dễ dàng mua được ở các cửa hàng linh kiện điện tử với giá rất rẻ.
Nhược điểm:
Yêu cầu có kiến thức cơ bản về ngôn ngữ lập trình. Dễ bị nhiễu tín hiệu do ảnh hưởng của môi trường
5.1.3 Sử dụng hệ thống điều khiển bằng điện khí nén:
Ưu điểm:
Dễ dàng điều khiển không cần phải thiết kế chương trình điều khiển như PLC. Giá thành linh kiện không quá cao.
Đơn giản dễ lắp ráp.
Nhược điểm:
Quá nhiều phần tử chiếm nhiều không gian.
Nếu thay đổi chu trình hoạt động của máy bắt buộc phải thay đổi lại kết cấu, thiết kế lại mạch điều khiển.
5.1.4 So sánh chọn phương án:
Cảm biến có nhiệm vụ nhận tín hiệu và gửi tín hiệu đến ngõ vào của Arduino để thực hiện các yêu cầu phân tích các tác nhân từ môi trường. Nếu thỏa mãn các điều kiện đặt ra bên trong Arduino, Arduino sẽ cấp tín hiệu ra. Tín hiệu ra đó sẽ được dẫn đến ngõ vào của PLC. Lúc đó từ ngõ ra PLC sẽ có nhiệm vụ thực hiện chức năng vận hành các cơ cấu.
Do đó, ta sẽ vừa kết hợp dùng Arduino và PLC cho hệ thống điều khiển Mô hình trang trại thông minh vì nó vừa đáp ứng được yêu cầu nêu ra, vừa đáp ứng về mặt chi phí ở mức độ mô hình hóa sản phẩm.
5.2. Thiết lập chương trình điều khiển cho các cơ cấu:
5.2.1. Chương trình xử lý tín hiệu từ các cảm biến, bộ điều khiển từ xa: *Chương trình Arduino:
#define lightSensor A0 #define tempSensor A1 #define rainSensor 14 #include "DHT.h"
//declaring the libraries of the Temperature-Humidity Sensor
const int DHTPIN =A3 ;
//Setting up the INPUT of DHT-sensor is A3
const int DHTTYPE=DHT11;
// Declaring type of sensor (the sensor that is used is DHT11)
DHT dht(DHTPIN,DHTTYPE); int RF[]={2,3,4,5};
#define relay1 6
// Relay điều khiển cơ cấu chấp hành khi ĐỘ ẨM quá ngưỡng trên
#define relay2 7
#define relay3 8
// Relay điều khiển cơ cấu chấp hành khi NHIỆT ĐỘ quá ngưỡng trên
#define relay4 9
// Relay điều khiển cơ cấu chấp hành khi NHIỆT ĐỘ quá ngưỡng dưới
#define relay5 12
// Relay điều khiển cơ cấu chấp hành khi TRỜI TỐI
#define relay6 13
// Relay điều khiển cơ cấu chấp hành khi TRỜI MƯA
int relayRF[]={10,11};
// Relay điều khiển Động cơ Mái che RF[1],Relay điều khiển Động cơ rèm RF[2]
void setup()
{Serial.begin(9600);
dht.begin(); //get started to begin working on the sensor//
pinMode(lightSensor,INPUT); pinMode(tempSensor,INPUT); pinMode(rainSensor,INPUT);
for(int i=0;i<4;i++) //thiết lập tín hiệu vào RF
{pinMode(RF[i],INPUT); } pinMode(relay1,OUTPUT) ; pinMode(relay2,OUTPUT) ; pinMode(relay3,OUTPUT) ; pinMode(relay4,OUTPUT) ; for(int i=0;i<2;i++) {pinMode(relayRF[i],OUTPUT);
// thiết lập cổng ra là relay điều khiển 2 động cơ(cổng 10,11)//
}
void lighthd() //hàm xử lý cảm biến ánh sáng
delay(1000);
if (analogRead(lightSensor)>700) digitalWrite(relay5,HIGH); if (analogRead(lightSensor)<700) digitalWrite(relay5,LOW); }
void rainhd() // hàm xử lý cảm biến mưa
{if(digitalRead(rainSensor)==LOW) digitalWrite(relay6,HIGH);
//đóng relay điều khiển cơ cấu chấp hành khi trời mưa
else digitalWrite(relay6,LOW); }
void dhthd() // hàm xử lý cảm biến nhiệt độ/độ ẩm
{float h = dht.readHumidity(); float t =dht.readTemperature(); if (h>70)
{digitalWrite(relay1,HIGH);
Serial.print("Humidity exceeds the allowed threshold");
// Độ ẩm thích hợp: 60-70%.
} else
{digitalWrite(relay1,LOW);
Serial.print("Humidity is still at the permitted level");
// Độ ẩm thích hợp: 60-70%
}
if (h<60)
{digitalWrite(relay2,HIGH);
Serial.print("Humidity exceeds the permitted level"); }
else
{digitalWrite(relay2,LOW);
Serial.print("Humidity falls within the permitted level");
}
if (t>25)
{digitalWrite(relay3,HIGH);
Serial.print("Temprature exceeds the permitted level"); }
if ((t<25)&&(t>15))
{digitalWrite(relay3,LOW);
("Humidity is still at the acceptable level"); }
else
{digitalWrite(relay3,HIGH);
Serial.print("Temperature is higher than the permitted level"); } Serial.print("Do am:"); Serial.println(h); Serial.print("Nhiet do:"); Serial.println(t); delay(1000); }
int RF1() //hàm xử lý tín hiệu điều khiển từ xa
{for(int i=0;i<2;i++)
{if (digitalRead(RF[i])==HIGH) digitalWrite(relayRF[i],HIGH); }
for(int i=2;i<4;i++)
{if (digitalRead(RF[i])==HIGH) digitalWrite(relayRF[i-2],LOW); }
}
void loop() {lighthd();
RF1(); dhthd(); rainhd();
}
5.2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển cơ cấu đóng mở mái che:
- Các phương thức điều khiển: + Điều khiển từ xa.
+ Điều khiển bằng tay.
+ Điều khiển kéo mái che khi trời mưa. - Mạch điện điều khiển động cơ kéo mái che:
NC NO
Relay_RF Arduino R3 B? thu_RFVcc
GND Vcc
GND
V_in(Arduino) D0 D1 D2 D3
CT
- Sơ đồ đấu nối:
Hình 5.4: Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển động cơ kéo mái che.
5.2.3 Hệ thống điều khiển cơ cấu đóng mở rèm cửa:
- Các phương thức điều khiển: + Điều khiển từ xa + Điều khiển bằng tay
+ Điều khiển kéo rèm khi nhiệt độ thấp hơn ngưỡng thiết. - Mạch điện điều khiển động cơ kéo rèm:
NC NO
Relay_RF Arduino R3 B? thu_RF
Vcc GND Vcc GND V_in(Arduino) D0 CT D1 D2 D3
- Sơ đồ đấu nối:
Hình 5.7 Sơ đồ đấu nối mạch điều khiển động cơ kéo rèm cửa.
5.2.4 Hệ thống điều khiển cơ cấu cấp thức ăn:
- Sơ đồ khối:
- Sơ đồ đấu nối PLC:
- Chương trình ngôn ngữ Ladder:
CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ 6.1. Mô hình thiết kế:
6.1.1. Mô hình cơ cấu đóng mở mái che:
Hình 6.1 Bản vẽ lắp cơ cấu đóng mở mái che
6.1.2. Chế tạo các chi tiết trong cơ cấu đóng mở mái che:6.1.2.1. Chọn dầm chính mái che: 6.1.2.1. Chọn dầm chính mái che:
Loại: Sắt 150x125. Chiều dài: 7m.
Số lượng: 4. Chiều dài: 7m.
6.1.2.2. Chọn dầm cuối mái che:
Loại: H175x175. Số lượng: 2.
6.1.2.3. Chế tạo bánh xe dẫn động mái che
Hình 6.2 Bánh xe dẫn động mái che.
+ Bánh xe dạng trụ, có hai thành bên.
+ Vật liệu chế tạo bằng thép C40. Bề mặt được nhiệt luyện đạt độ cứng 300~400 HB. Giới hạn bền: 569 MPa.
+ Đường kính bánh xe: D = 60 mm + Bề rộng ăn ray của bánh xe: b = 38 mm + Chiều rộng B của bánh xe: B = 53 mm. + Số lượng: 6
6.1.2.4. Chọn loại ray dẫn hướng mái che:
Hình 6.3 Mặt cắt ngang của ray P15.
Chọn kiểu ray P15 có kích thước như bảng sau: Chiều cao h (mm) Chiều rộng của ray b1 (mm) Chiều rộng hữu ích b (mm) Chiều rộng đáy b2 (mm)
Chiều dày thân ray T (mm)
80 43 38 80 8,33
Chiều dài ray: 10m. Số lượng: 2.
6.1.2.5. Chế tạo tang quấn cáp:
Hình 6.4 Kích thước tang quấn cáp kéo mái che.
6.1.3. Mô hình cơ cấu đóng mở rèm cửa:
Hình 6.5 Bản vẽ lắp cơ cấu đóng mở rèm cửa
6.1.4. Chế tạo các chi tiết trong cơ cấu đóng mở rèm cửa: a. Chế tạo trục của tang quấn cáp và lắp nhông:
b. Chế tạo tang quấn cáp
Hình 6.7 Kích thước tang quấn cáp kéo rèm
6.1.5. Mô hình cơ cấu cung cấp thức ăn:
6.1.6. Chế tạo các chi tiết trong cơ cấu cung cấp thức ăn: a. Chế tạo trục lắp nhông:
Hình 6.9 Kích thước trục lắp nhông
b. Chế tạo phễu chứa thức ăn:
Hình 6.10 Kích thước phễu chứa thức ăn
c. Chế tạo lõi cơ cấu cấp phôi tự động:
d. Chế tạo vỏ cơ cấu cấp phôi tự động:
Hình 6.12 Kích thước vỏ cơ cấu cấp phôi tự động
6.2 Đánh giá tổng thể về thiết kế:
Mục tiêu của Đồ án là giữ được điều kiện phát triển tốt cho gà, giảm sự tiếp xúc của con người, các cơ cấu tự động giảm được nhân công đã giải quyết được vấn đề dinh dưỡng, sức khỏe và sinh sản thuận lợi cho gà.
Mô hình hiện tại sử dụng hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, nhận biết mưa và điều khiển các cơ cấu chấp hành tùy theo sự thay đổi của môi trường. Ngoài ra còn có 2 phương thức điều khiển trực tiếp khác đó là điều khiển nút ấn trực tiếp tại chuồng và nút ấn điều khiển từ xa. Nhờ đó hệ thống sẽ luôn ở mức linh động cao nhất. Bên trong hệ thống giàn xích tải treo cho ăn theo giờ, đảm bảo được dinh dưỡng cho gà một cách khoa học nhất.
Ngoài việc cải thiện hiệu quả, chúng em hy vọng rằng thiết kế của chúng em sẽ góp phần mở rộng sự phát triển của ngành chăn nuôi trên đất nước ta.
6.2 Kết quả của nhóm:
Đầu tiên và quan trọng nhất, nhóm phát hiện ra rằng khi thiết kế một sản phẩm để chế tạo, nhất thiết phải lập kế hoạch cho mọi khía cạnh của thiết kế đến từng chi tiết nhỏ nhất. Nhà thiết kế phải tính toán làm thế nào mọi ốc vít, đai ốc và bu-lông sẽ khớp với nhau và phải cố gắng dự đoán các vấn đề tiềm ẩn sẽ phát sinh trong quá trình lắp
ráp thực tế của sản phẩm. Có một số điểm trong quy trình chế tạo của chúng em trong đó các khu vực thiết kế chưa hoàn thành đầy đủ gây ra các vấn đề lớn. Sự thiếu dự đoán này khiến nhóm tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc để khắc phục các vấn đề thiết kế dẫn đến.
Thứ hai, nhóm đã tìm hiểu và học hỏi thêm được rất nhiều kiến thức để áp dụng thực tế trong lĩnh vực điều khiển tự động, việc xử lý các cảm biến ở dạng tín hiệu tương tự và sau đó đưa về tín hiệu số. Đồng thời, việc giao tiếp qua màn hình với người sử dụng cũng rất quan trọng. Nhờ đó có thể xử lý nhanh các vấn đề phát sinh khi có sự cố hoặc thay đổi xảy ra.
KẾT LUẬN
Sau quá trình thực hiện làm đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo trong khoa, chúng em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp theo đúng thời gian yêu cầu.
Trong thời gian thực hiện nhiệm vụ thiết kế, chúng em đã tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu, ứng dụng các lý thuyết trong các tài liệu về vật liệu học và kiến thức cơ khí chuyên môn đã được học trong trường đồng thời qua thời gian tìm hiểu thực tế và quan sát một số mẫu máy tương tự trên mạng. Chúng em đã chế tạo thành công “Mô hình trang trại gà thông minh”. Kết cấu đơn giản, dễ dàng vận hành, có khả năng tự động hóa cao, kết cấu nhỏ gọn, hoạt động êm và hiệu quả, bảo quản dễ dàng.
Trong quá trình thiết kế máy, vì thời gian có hạn và kiến thức chuyên môn cũng như kiến thức thực tế còn hạn chế, nên việc hoàn thành đồ án của chúng em không tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô.
Cuối cùng, em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ Khí, các thầy dưới xưởng của Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài này và đã dạy dỗ chỉ bảo em trong suốt thời gian học tập tại trường. Kính chúc các thầy cô sức khoẻ và thành công trong công tác.
Sinh viên thực hiện
TÀI LIỆU THAM KHẢO