TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU CUNG CẤP ĂN:

d. Lựa chọn phương án cấp thức ăn:

4.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU CUNG CẤP ĂN:

4.3.1. Tính toán động học vít tải:

Hình 4.7 - Sơ đồ phân tích động học cơ cấu vít tải gạo.

4.3.1.1. Tính toán thông số của vít tải:

Hình 4.6 – Minh họa cánh vít tải.

- Kích thước hạt cho gà ăn chủ yếu là 3mm (mịn), 6 mm (vừa), 9mm (thô), chọn loại hạt vừa 6mm để tính toán thông số vít tải.

- Đường kính ngoài của mặt xoắn Dx, mm.

+ Để vật liệu không bị kẹt trong rãnh xoắn lấy Dx >12 lần kích thước hạt. + Chọn Dx = 200 mm.

- Đường kính trục db, mm.

+ db = 0,1.Dx + 35mm =82 x 0,1+35 = 55 mm -Bước xoắn vít: px, mm

+ Lấy theo kinh nghiệm px = (0,8÷1,0) Dx = 160÷200 mm + Theo dãy tiêu chuẩn chọn px = 160 mm

- Số vòng quay của trục vít n: v/ph + Theo kinh nghiệm n =50÷150 v/ph + Chọn n =100 v/ph

- Khe hở giữa mặt xoắn vít với thành ống e, (mm) + e ≥ 2 lần kích thước hạt

+ Chọn e = 12 mm - Chiều dài trục vít: lx = 5m

- Góc nghiêng của vít so với phương nằm nghiêng ß = 20° - Chiều dài vận chuyển theo phương ngang L = cos20°.2 = 4,7m - Năng suất vận chuyển:

+Q = A.Vdc.γ.3600.kβ = 8712.0,27.0,396.3600.0,65 = 2,17 tấn/h.

t

Trong đó:

106 106

A là diện tích mặt cắt ngang của dòng vật liệu.

A = π.(Dx2−db2).φ

= π.(822−43.22).0,3 = 8712 mm2.

4 4

Với φ là hệ số điền đầy ống, giá trị thường dùng là φ=0,25 ÷ 0,4 Chọn φ = 0,3

Vdc là vận tốc di chuyển của dòng vật liệu, m/s

Vdc =n.px = 100.160 = 0,27 m/s.

60.1000 60.1000

γ là khối lượng một mét khối vật liệu vận chuyển, t/m3.

γ = 0,396.

kβ là hệ số giảm năng suất do độ nghiêng đặt máy.

Chọn kβ = 0,65 (theo bảng 7.1 - “Thiết bị nâng chuyển” PGS-TS Nguyễn Văn Yến)

- Công suất cần thiết trên trục dẫn động Pđc, kW. + Pđc = K.Qt.L.tanβ

+ K.Qt.L.C0

=0,5 kW.

360.ɳ0 360.ɳ0

lấy giá trị K = 1,2÷1,5, chọn K =1,5.

ɳ0 là hiệu suất của hệ dẫn động từ động cơ đến trục vít xoắn.

ɳ0 = ɳkn. ɳổbi. ɳổ bi = 1. 0,99. 0,99 = 0,98

C0 là hệ số cản chuyển động của máng, giá trị của C0 phụ thuộc vào ma sát giữa vật liệu với thành ống, giữa vật liệu với cánh vít xoắn, giữa hạt vật liệu với nhau và ma sát trong các gối đỡ trục, giá trị của C0 được chọn theo kinh nghiệm

Chọn C0 = 0,92

- Mômen xoắn trên trục vít xoắn T, Nmm

+ T = 9,55.106.Pđc = 47750N. mm

n

- Lực tác dụng dọc trục Fa(N)

+ F =dtb.tan(γ+ρ)2.T = 1198 N. mm

Với dtb là đường kính vòng tròn tính toán lực đẩy

dtb = Dx+db = 127,5 mm

γ là góc nâng của đường xoắn vít

γ = arctan Px = 21,7°

π.dtb

ρ là góc ma sát giữa vật liệu với cánh xoắn, độ:

ρ = arctan(f) = 11,3°

f là hệ số ma sát giữa vật liệu với cánh xoắn, f = 0,2.

4.3.1.2. Chọn động cơ và hộp giảm tốc truyền động vít tải:

- Chọn động cơ thỏa mãn Pđc ≥ Pct

: Hiệu suất bộ truyền.

    .3 . 2 . . i1 i d ol br k ot Tra bảng 2.3 TL 1tr19

ta có hiệu suất của:

Cặp ổ lăn ηol= 0,99 – 0,995 Chọn ηol = 0,99. Bộ truyền bánh răng trụ: ηbr = 0,96 - 0,98.

a

2

ɳ

Khớp nối ηk= 0,99 – 1,00 Chọn ηk = 0,99 Cặp ổ trượt ηot= 0,98 – 0,99 Chọn ηot= 0,99 =>  0,993. 0,972. 0,99 . 0,99 = 0,86 => Pđc ≥ Pct = 0.5 = 0.58 kw ɳ 0.86

- Theo trang 320, bảng 1P sách Thiết kế chi tiết máy - Nguyễn Trọng Hiệp, ta chọn động cơ có thông số như sau:

Thông số động cơ chọn cho vít tải chuyển thức ăn: Bảng 4.13

Kiểu động cơ Công suất (kW) Vận tốc quay (v/ph) Cos φ η% Tmax Tđm TK Tđm AO2(AOJI2) 12-6 0,6 910 0,7 70% 2,2 1,8

4.3.1.3. Tính toán hộp giảm tốc (chọn hộp giảm tốc khai triển 2 cấp)

- Tỉ số truyền hệ thống:

Uht = Uh = nđc = 910 = 9,1.

nlv 100

- Phân bố tỉ số truyền:

Uh = Unhanh. Uchậm

Với hộp giảm tốc khai triển thì: Unhanh = 1,3 Uchậm

Uchậm = √Uh = √9.1 = 2,65

1.3 1.3

Unhanh = 3,43

- Tính công suất trên các trục: Công suất trên trục 1:

Công suất trên trục 2:

P1 = Pđc. ηol = 0,59 (kW)

P2 = P1. ηbr. ηol = 0,57 (kW)

Công suất trên trục 3(trục công tác):

P3 = P2. ηbr. ηol = 0,55(kW)

- Tính toán số vòng quay các trục. Vận tốc quay trên trục động cơ:

nđc= 910 (v/ph) Vận tốc quay trên trục 1: Vận tốc quay trên trục 2: n1 = nđc = 910 (v/ph) n2 = n1 = 910 = 265,3 (v/ph) unhanh 3,43

Vận tốc quay trên trục 3 (vận tốc vít tải):

n3 = n2 = 265.3 = 100,1 (v/ph)

uchậm - Tính Momen xoắn trên các trục: Momen xoắn trên trục 1:

2,65

T1

Momen xoắn trên trục 2:

= 9,55. 106 P1

= 6191 (Nmm)

T = 9,55. 106

P2

2 n

2

= 20518 (Nmm)

Momen xoắn trên trục 3:

T = 9,55. 106 P3

= 47702(Nmm)

3 n3

Momen xoắn trên trục động cơ:

Tđc = 9,55. 106 Pđc = 6296 (Nmm) nđc Bảng đặc tính của hộp giảm tốc: Bảng 4.14 Trục

Thông số Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3 Công tác

Công Suất (kW) 0.6 0.59 0.57 0.55 0.55 Tỉ số truyền u 1 3.43 2.65 1 Số vòng quay n (v/ph) 910 910 265.3 100.1 100.1 Momen xoắn T (Nmm) 6296 6191 20518 47702 47702

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 p0,5  cot g z  1500,5  cot g25  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: