- Thiết kế chương trình có tính tự động hóa trong q trình vận hành hệ thống - Chương trình ngắn gọn, chính xác và đơn giản phục vụ cho quá trình nâng cấp, sửa chữa về sau.
- Chương trình điều khiển của mơ hình xác với hệ thống ngồi thực tế hơn nhất có thể.
3.4: Lựa chọn các linh kiện và thiết bị cho mơ hình 3.4.1. Nhông sên dĩa 3.4.1. Nhông sên dĩa
Nhông trước: 1 cái - Thông số : 15 răng. - Khối lượng : 150g
- Vai trị: nhơng trước là bộ phận trực tiếp nhận lực từ động cơ để truyền tới hệ thống xích tải.
Hình 3.1: Hình ảnh nhơng trước
(Nguồn: Internet)
Dĩa : 5 cái - Thông số: 36 răng
- Khối lượng: 2kg (400g mỗi cái ) - Vai trò: Là bộ phận truyền lực cuối cùng của hệ thống nhông sên
Xích tải (hay cịn gọi là sên tải): 2 bộ - Thơng số kỹ thuật
Hình 3.3:Bản vẽ CAD thơng số chi tiết của mắc xích
- Vai trị :Là một chuỗi các mắt xích được nối với nhau với nhau, có tác dụng là dây truyền lực từ nhơng đến dĩa
Tính tính số truyền động của nhơng sên dĩa Tỉ số truyền được tính như sau:
Trong đó:
TSC: Tỉ số truyển
TC: Số răng trên bánh răng thứ cấp (bánh răng được truyền lực, với xe máy thì TC ở đây là số răng của líp)
SC: Số răng trên bánh sơ cấp (bánh răng truyền lực, với xe máy thì SC ở đây là số răng của nhông trước)
Theo nguyên lý Accimet : “Lợi về lực thì thiệt về đường đi và ngược lại” – Nếu tỉ số truyền lớn hơn 1 (TSC.>1) thì lợi lực
– Nếu tỉ số truyền nhỏ hơn 1 (TSC<1) thì lợi cho đường đi
Trong mơ hình này :
+Dĩa : truyền động thứ cấp ( có 36 răng – TC ) +Nhơng : truyền động sơ cấp ( 15 răng –SC)
Theo cơng thức ta có :
Suy ra: Tỉ số truyền động của nhông sên dĩa trong mơ hình này là 2,4 . TSC = TC / SC
Cơ chế hoạt động của nhơng sên dĩa
Hình 3.5: Hình ảnh của nhơng trước và dĩa sau (Nguồn: Internet)
Dĩa nhận lực trực tiếp từ trục động cơ và truyền lực đến xích
Khi động cơ hoạt động, sẽ tạo ra một lực làm quay trục, và trục này sẽ truyền lực trực tiếp lên nhông trước.
Khi nhông trước quay, sự chuyển động của các răng, kéo theo sự hoạt động của hệ thống xích tải.
Cuối cùng, khi xích tải hoạt động, thì kéo theo hoạt động quay của dĩa và làm quay các dĩa bên trong nhờ trục nối dĩa với trục.
3.4.2: Ốc 4mm
- Số lượng : 10 con + 20 tán
- Vai trị : dùng để bắt vào các mắt của xích để cố định pallet vào xích
3.4.3: Ốc 8mm
- Số lượng : 10 con + 36 tán
- Vai trò : dùng để kết nối thanh gỗ với các dĩa tải
3.4.4: Cốt 8mm
- Số lượng :2 thanh ( 220g)
- Vai trò : là trục truyền động cho mơ hình
3.4.5: Long đền 3cm
3.4.6: Thanh gỗ
- Số lượng : 4 thanh
- Dài 9cm , ngang 4cm ( 200g) - Khối lượng: 40g / thanh
- Vai trò: Dùng để cố định các dĩa nối với trục của mơ hình.
3.4.7: Nhựa mica
Vai trị: thiết kế thành Pallet Thông số:
- Số lượng: 5 cái
- Chất liệu : Nhựa Mica
- Kích thước : ngang 6cm , dài 4cm - Khối lượng: 100g / cái
3.4.8: Ống nhựa PVC :
Thông số:
- Đường kính 21mm và 27 mm
- Tổng chiều dài : ống 21mm : 1m - ống 27mm : 2m
Vai trò và lý do lựa chọn:
- Dùng để làm khung – kết cấu nâng đỡ chính cho tồn bộ mơ hình , tăng đưa – điều chỉnh độ căng , độ chùn của xích tải
- Dễ dàng thao tác canh chỉnh , đục kht để thiết kế mơ hình - Trọng lượng nhẹ , chịu lực tốt
- Không bị gỉ sét theo thời gian do được làm từ nhựa PVC
Hình 3.11: Hình ảnh ống nước được sử dụng làm khung trong mơ hình
3.4.9: Các khớp kết nối
Thông số
- Khớp nối L : ống 27mm, số lượng 6 - Khớp nối T : ống 27mm, số lượng 2 - Khớp nối L : ống 21mm, số lượng 2
Hình 3.12: Hình ảnh các khớp kết nối ống nước (Nguồn: Internet) 3.4.10: Keo chuyên dụng cho ống nước
- Số lượng: 1 hộp
- Vai trò: dùng để tăng khả năng kết nối chịu lực giữa các khớp nối
Hình 3.13:
Hình ảnh keo chuyên dụng cho ống nước (Nguồn: Internet)
3.4.11: Động cơ giảm tốc AC
a) Tính chọn cơng suất động cơ ngồi thực tế:
Thơng số kỹ thuật Xe 4 chỗ Xe 5 cửa Xe thể thao
Dài 4900 mm 3850 mm 5300 mm
Rộng 1800 mm 1695 mm 2100 mm
Cao 1450 mm 1530 mm 1500 mm
Cân nặng 1800 kg 1100 kg 3000 kg
Hệ thống chịu tải trọng lớn nhất trong trường hợp 1 bên đầy tải, 1 bên khơng có tải với khối lượng mỗi xe là 3000kg
Tính tốn động cơ:
Xem xét chiều rộng chiều cao của pallet, đường kính của bánh xích theo chiều ngang là D=2400 mm.
Vận tốc chuỗi (V): 𝑉 = 𝐷𝑁𝜋 60
Trong đó: D là đường kính bánh xích
N: tốc độ của bánh răng dẫn động
Giả định vận tốc chuỗi là V = 6m/phút = 0.1m/s (đây là tốc độ cần thiết của pallet. Như vậy mỗi pallet thay đổi vị trí khoảng 15s)
Tốc độ của bánh răng dẫn động là N = 0.796 vòng/phút
Lực kéo Fmax = Tmax. g = 3000.4.9.81 = 117720 N
Công suất: P = 2𝜋.𝑁𝑇 60 = 2π ∗ 0,796 ∗ 141264 60 = 11,775 Kw Hệ số: K= K1.K2.K3 Trong đó: K1 = 1,252 hệ số tải K2 = 1,5 hệ số bôi trơn
K3 = 1,25 hệ số làm việc ( khoảng 16h mỗi ngày)
K= 1,252.1,5.1,25= 2,34
Công suất làm việc: Plv = P. K = 11,775. 2,34 = 27,5 Kw
Công suất trên trục động cơ: 𝑃đ𝑚 = Plv
ƞ
Trong đó η là hiệu suất của các bộ truyền: 𝜂 = 𝜂𝑜𝑙 3 . 𝜂𝑘𝑛. 𝜂𝑑. 𝜂𝑏𝑟 Hiệu suất của một cặp ổ lăn: 𝜂𝑜𝑙 = 0,99
Hiệu suất của khớp nối: 𝜂𝑘𝑛 = 1 Hiệu suất của bộ đai: 𝜂𝑑 = 0,96
Hiệu suất của bộ truyền bánh răng: 𝜂𝑏𝑟 = 0,97 𝜂 = 0,993 . 1.0,96.0,97 = 0,9
b) Tính chọn cơng suất động cơ trong mơ hình:
Bảng 3.1: Bảng khối lượng các thành phần tính
Tên Số lượng Khối lượng
Nhơng 1 cái 100g
Dĩa 36 4 cái 1.6kg (400g mỗi cái )
Dĩa 38 1 cái 430g
Xích tải 2 cái 1.1kg ( mỗi bên 550g - 35 mắc xích ) Ốc 4mm Ốc 8mm Long đền 3cm 10 con + 20 tán 10 con + 36 tán 38 cái 800g Cốt 8mm 2 cái 220g
Thanh gỗ 9x4cm 5 cái 200g ( mỗi thanh 40g)
Guồng 6x4cm 5 cái 100g
Xích tải từ động cơ đến
trục thứ cấp 1 cái 250g
Xe mơ hình 1 cái 200g
Trọng lượng tổng xấp xỉ 4kg
Hệ thống chịu tải trọng lớn nhất trong trường hợp 1 bên đầy tải, 1 bên khơng có tải với khối lượng mỗi xe là 200g
Tính tốn động cơ:
Xem xét chiều rộng chiều cao của pallet, đường kính của bánh xích theo chiều ngang là D=75mm.
Vận tốc chuỗi (v): 𝑉 = DNπ 60
Trong đó: D: đường kính bánh xích
N: tốc độ của bánh răng dẫn động Giả định vận tốc chuỗi: v = 0.6m/phút = 0.01m/s
Vì thế tốc độ của bánh răng dẫn động là N = 2.5 vòng/phút Lực kéo: Fmax = Gmax . g = 0.2 x 3 x 9.81 = 5.9 𝑁
Momen xoắn: T = F.D 2 = 5,9 x 0,075 2 = 0,22 Nm Công suất: P = 2πNT 60 = 2π x 2.5 x 5.886 60 = 1.57 W Hệ số: K= K1.K2.K3 Trong đó: K1 = 1.252 hệ số tải K2 = 1.5 hệ số bôi trơn
K3 = 1.25 hệ số làm việc 2 ca ( khoảng 16h mỗi ngày)
K= 1.252 x 1,5 x 1,25= 2,34
Công suất làm việc Plv = P. K = 1.57 x 2.34 = 3.67 W Công suất trên trục động cơ: Pđ𝑚 = P𝑙𝑣 / 𝜂
Trong đó η là hiệu suất của các bộ truyền 𝜂 = 𝜂𝑜𝑙 . 𝜂𝑘𝑛. 𝜂𝑑. 𝜂𝑏r
Hiệu suất của một cặp ổ lăn: 𝜂𝑜𝑙 = 0.99 Hiệu suất của khớp nối: 𝜂𝑘𝑛 = 1 Hiệu suất của bộ truyền bánh răng: 𝜂𝑏𝑟 = 0.97 Hiệu suất của bộ đai: 𝜂𝑑 = 0.96 𝜂 = 0.99 x 1 x 0.96 x 0.97 = 0.9
c) Lựa chọn động cơ
- Sự thích hợp với kích cỡ mơ hình: Rõ ràng là động cơ AC và động cơ bước phù hợp với thiết kế mơ hình hơn cả. Tuy động cơ ba pha khơng đồng bộ có momen lớn, có tốc độ quay cao, cơng suất lớn (≥ 4.5kW), tuy nhiên với thiết kế và u cầu của mơ hình thì lại khơng phù hợp do có kích thước lớn, u cầu nguồn đầu vào cao, và không phù hợp với hệ thống chuyền động.
- Sự thích hợp cơng suất thiết kế của mơ hình: Tuy động cơ bước có ưu điểm rõ ràng là nhỏ gọn, tốc độ tương đối thấp, dễ điều khiển tuy nhiên với động năng hạn chế thì việc sử dụng động cơ này cho mơ hình là khơng phù hợp. Ta sử dụng động cơ AC có kèm hộp giảm tốc (hộp số) để giảm tốc độ và tăng mơ men là động cơ phục vụ cho mơ hình.
Mẫu động cơ được chọn trong mơ hình :
Là một trong số rất nhiều model của hãng SPG Hàn Quốc. Có cơng suất 6w sử dụng điện 1 pha 220V, đầu ra là trục răng để lắp với hộp giảm tốc ở đầu.
3.4.12: Bộ chuyển đổi nguồn tổ ong 220V- 24V
a) Vai trò
- Giúp hỗ trợ nguồn điện cho PLC. Thực chất, bản thân đầu ra PLC đã là nguồn DC 24V nên chỉ cần đấu nối thiết bị vào đầu ra của PLC là có thể sử dụng được nhưng do trong mơ hình này chúng em sử dụng nhiều thiết bị như : 1 relay, 3 cảm biến và 2 đèn báo hiệu.
Cho nên , trong quá trình vận hành nếu chỉ sử dụng nguồn của PLC thơi thì không đủ để cùng lúc hoạt động được ổn định , trơn tru các thiết bị trên. Việc nguồn chập chờn khơng ổn định, thiếu nguồn có thể dẫn đến việc tín hiệu đưa vào khơng tốt, mơ hình hoạt động khơng trơn tru – dễ xảy ra lỗi, hỏng hóc, khơng hoạt động chính xác, cũng như thiếu độ tin cậy, ổn định như đã tính tốn và lập trình ban đầu. - Bộ chuyển đổ nguồn điện từ điện lưới sinh hoạt 220V AC sang 24V DC
- Điện áp thấp 24V DC giảm thiểu tác động đến người vận hành khi xảy ra rủi ro - Tính nhỏ, gọn và dễ tích hợp và đặc biệt là giá rẻ. Hơn nữa, nguồn tổ ong có hiệu suất rất cao.
- Xử lý dòng điện, điện áp, tần số dao động ổn định, thiết bị này hay được dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp ảnh hưởng tới mạch, sụt áp, đồng thời cũng làm tăng tuổi thọ của các thiết bị điện.
b) Hạn chế
- Tuổi thọ không cao (do cấu tạo bằng các linh kiện bán dẫn) - Thiết kế phức tạp gây khó khăn cho việc sửa chữa
Hình 3.17
Nguồn tổ ong 220V AC – 24V DC (Nguồn: Internet)
c) Thông số kỹ thuật:
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 220V AC- 24V DC
Kích thước 199 * 98 * 38mm
Trọng lượng 0.52Kg
Điện Áp Đầu Vào AC 220V ( Chân L và N )
Điện Áp Đầu Ra DC 24V 5A ( Chân dương V+ , GND : V-)
Công Suất 120W
Điện áp ra điều chỉnh +/-10%
Phạm vi điện áp đầu vào 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC
Dòng vào 2.6a / 115V 1.3a / 230V
Rò rỉ <1mA / 240VAC
Khả năng chống sốc 10 ~ 500Hz, 2G 10min. / 1 chu kỳ, thời kỳ cho 60 phút mỗi trục
Nhiệt độ hoạt động và độ ẩm -10 ℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% RH Nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ -20 ℃ ~ + 85 ℃, 10% ~ 95RH
Bảo vệ quá tải Bảo vệ quá áp Bảo vệ nhiệt độ cao
3.4.13: Aptomat (Circuit Breaker).
a) Vai trò
- Là thiết bị tiếp xúc với nguồn vào đầu tiên trong mơ hình. Trong trường hợp nếu có sự cố về điện xảy ra trong quá trình vận hành thì thiết bị này sẽ lập tức phát hiện và ngắt ngay dòng điện đầu vào để bảo vệ các thiết bị đằng sau nó cũng như ngăn chặn việc chập cháy .
- Là thiết bị bảo vệ an toàn là thứ khơng thể thiếu trong mơ hình này.
- Tự động ngắt dịng điện trong các hệ thống điện khi có hiện tượng ngắn mạch
- Bảo vệ các thiết bị điện khỏi các hư hỏng khi hệ thống điện gặp sự cố không mong muốn.
Em chọn MCB này vì khả năng bảo vệ của nó cũng như độ tin cậy qua các lần sử dụng trước đây của em
b) Nguyên lý làm việc
Các móc bảo vệ sẽ làm nhiệm vụ ngắt mạch khi phát hiện tình trạng lỗi xảy ra trong hệ thống điện. Nếu một dòng điện chạy qua các tiếp điểm thay đổi đột ngột, từ trường tạo ra trên lò xo (điện áp quá thấp) sẽ bị giảm hoặc lị xo bị nóng lên q mức (điện áp cao) khiến các tiếp điểm bị mở ra và dòng điện bị ngắt.
c) Lựa chọn thiết bị
Dựa trên cơng thức tính cường độ dịng điện:
𝐼 = 𝑃
Trong đó:
I: cường độ dịng điện (A) P: cơng suất tiêu thụ (W) U: điện áp (V) = 24V
Cos(𝜑): hệ số cơng suất = 0.8
Hình 3.19: Hình ảnh Áp-tơ-mát dạng tép
LS/MCB-BKN. (Nguồn: Internet)
3.4.15: Cầu đấu dây điện ( thanh D)
a) Vai trò
- Kết nối dây điện đến các thiết bị điều khiển và các thiết bị động lực. - Giúp thuận tiện hơn trong việc đấu dây
- Dễ dàng thay thế cũng như sửa chửa khi gặp sự cố, hỏng hóc - Tăng tính thẩm mỹ, độ gọn gàng cho tổng quan mơ hình
b) Đặc điểm
- Có kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, dễ dàng khi vận chuyển và lắp đặt. - Dễ sử dụng bởi có cấu tạo đơn giản.
- Cầu đấu dây điện được làm từ nhiều chất liệu khác nhau, nhưng phổ biến là nhựa và đồng thau.
Hình 3.21: Hình ảnh thơng số kỹ thuật thanh domino (Nguồn: Internet) 3.4.16: Tụ điện
a) Vai trò
- Lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả.
- Lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm - Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều.
- Với điện AC (xoay chiều) thì tụ dẫn điện cịn với điện DC (một chiều) thì tụ lại trở thành tụ lọc
Tụ điện sử dụng trong mơ hình là tụ khơng phân cực
b) Nguyên lý hoạt động
- Nguyên lý phóng nạp của tụ điện được hiểu là khả năng tích trữ năng lượng điện như một ắc qui nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường. Nó lưu trữ hiệu quả các electron và phóng ra các điện tích này để tạo ra dịng điện. Nhưng nó khơng có khả năng sinh ra các điện tích electron.
- Nguyên lý nạp xả của tụ điện là tính chất đặc trưng và cũng là điều cơ bản trong nguyên lý làm việc của tụ điện. Nhờ tính chất này mà tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều. Nguyên lý nạp xả của tụ điện có thể được thấy rõ nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp hoặc xả tụ