Chương 3 : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
4.11 Tính tốn thiết kế
4.11.4 Xi lanh điện
Xi lanh điện 12 V sử đụng điện áp 12 VDC, ở hai đầu có 2 cơng tắt hành trình để giới hạn chuyển động [6].
Điều kiện tính tốn vị trí lắp đặt thích hợp [6]: M1 > M2 = F1.d1 > F2.d2 [6].
63
Vị trí lắp cho cách tay đòn d1 đủ lớn để tạo ra momen lực thắng được moment ở phương phẳng ngược lại.
Hình 4.34: Góc xi lanh mở [6]. 4.11.5 Năng lượng tái tạo. 4.11.5 Năng lượng tái tạo.
4.11.5.1 Khái niệm.
Trong cách nói thơng thường, năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vơ hạn. Vơ hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà khơng thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian
ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình cịn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất [1].
Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là do Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật mang năng lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử dụng ngay tức khắc hay được tạm thời dự trữ.
Các dạng năng lượng tái tạo[1]:
• Năng lượng mặt trời.
64
• Năng lượng mặt trời.
• Năng lượng thủy điện.
• Năng lượng gió.
• Nhiên liệu sinh học.
• Năng lượng sinh khối.
Vậy trong xe lăn điện điều khiển đa hướng trên mọi điện hình. Chọn năng lượng mặt trời là năng lượng tái tạo cho xe lăn điều khiển để kéo dài thời gian hoạt động.
4.11.5.2 Pin năng lượng mặt trời.
Năng lượng mặt trời là bức xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời được con người khai thác và lưu trữ và chuyển đổi thành điện năng thông qua Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời. Đây là nguồn năng lượng gần như vô tận [1].
Năng lượng mặt trời gần như khơng có ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, là một nguồn nguyên liệu sạch, thân thiện, góp phần bảo vệ mơi trường và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính [1].
65
Loại pin mặt trời Ưu điểm Nhược điểm
Mono ( đơn tinh thể)
Hiệu suất cao nhất. Giá thành cao.
Poly ( đa tinh thể) Hiệu suất cao, giá thành phải chăng.
Hiệu suất/ hiệu quả thấp hơn Mono.
Thin-film (màng mỏng)
Trọng lượng nhẹ, linh hoạt. Hiệu suất/ hiệu quả thấp nhất
Bảng 4.2: Bản so sánh ưu/ nhược điểm của các loại pin năng lượng.
Với kích thước trên xe lăn có phần hạn chế, nên những tấm pin năng lượng mặt trời, chọn loại pin mặt trời mono cho diện tích nhỏ, nhưng hiệu suất cao nhất, để sản sinh năng lượng tái tạo kéo dài thời gian cho xe lăn điều khiển có quẵng đường hoạt động dài nhất.
66
Thông số kỹ thuật [7]:
Bảng 4.3: Bản thông số pin năng lượng mặt trời [7].
4.11.5.3 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời tự động.
Hình 4.37: Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời tự động [7].
Loại Mono
Công suất cực đại (Wp) 100 W
Điện áp làm việc tại công suất cực đại (V) 18 V
Dòng điện cực đại (A) 5.56 A
Điện áp hở mạch (V) 21.24 V
Dịng điện ngắn mạch 6.22 A
Kích thước (mm) 870 x 518 x 35 mm ( d x r x c )
67
1. Bộ điều khiển sử dụng chế độ sạc PWM có thể kéo dài tuổi thọ của pin và cải thiện hiệu suất của hệ thống.
2. Có chức năng bù nhiệt độ, bộ sạc có thể điều chỉnh các thông số sạc và xả tự động.
3. Có chức năng bảo vệ quá nạp, xả quá sâu, bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch. 4. Có các chức năng phục hồi lỗi tự động trong q trình sạc và khóa.
Thơng số kỹ thuật [8]:
- Tự động nhận dạng 12 V/24 V. - Điện áp pin đầu vào tối đa: 50 V.
- Công suất pin NLMT cho hệ 12 V: 200 W-300 W/ 18 V Công suất pin NLMT cho hệ 24 V: 200 W - 300 W/ 36 V.
- Thích hơp nhiều loại bình ắc quy : (B01=Bình axit chì 12 V), (B02=Pin Lithium-ion 3x3.7=11,1 V), (B03=Pin lithium iron phosphate 4x3,2=12,8 V). - +Điện áp nạp Bình axit chì 12 V : 14,3 V (B01), điện áp thấp tự ngắt: 10.7V
(B01), điện áp tự khôi phục: 12,6 V (B01).
- +Điện áp nạp Pin Lithium-ion 3x3.7=11,1 V : 12,6 V (B02), điện áp thấp tự ngắt: 9V (B02), điện áp tự khôi phục: 10,5 V (B02).
- +Điện áp nạp Pin lithium iron phosphate 4x3,2=12,8 V : 14,6 V (B03), điện áp thấp tự ngắt: 10V (B03), điện áp tự khơi phục: 12 V (B03).
- Có cổng USB 5 V/2 A. - Dòng sạc 20 A.
68
4.12 Hoàn thiện thiết kế xe lăn điều khiển đa hướng trên mọi địa hình.
- Kích thước thiết kế: 1450 x 1000 x 1150 mm ( dài x rộng x cao ).
69
Chương 5
THI CƠNG
5.1 Thi cơng khung.
5.1.1 Chọn mua vật liệu gia cơng khung.
Hình 5.1: Thép hộp C45 30x30 dày 3 mm.
5.1.2 Gia công khung xe lăn.
70 - Hàn chấm bon định hình khung.
Hình 5.3: Lên khung định hình.
- Hàn chấm bon pát lắp trục.
71
- Gia công thanh khung ghế. Hàn vào khung xe.
Hình 5.5: Lên thanh khung ghế.
- Lắp trục bánh xe và bánh xe vào Pát lắp trục. Canh chỉnh 2 bánh song song với nhau và đồng thẳng 2 bánh xe trên một hướng.
72
- Sau khi canh chỉnh, khung xe thăng bằng tuyệt đối trên bánh xe. Trong tâm đặt về đúng ngay vị trí ghế ngồi.
Hình 5.7: Khung xe và bánh xe cân bằng.
- Canh chỉnh, gá động cơ với ống thép Φ27 dài 740mm.
73
- Gia cơng khung gá bình ắc quy và bệ gá chân cho xe.
Hình 5.9: Khung gá bình ắc-quy và bệ gá chân trên khung xe.
Sau khi hồn thành các cơng đoạn trên. Bắt đầu hàn gia cố tất cả các mấu hàn đã chấm bon định hình sẵn. Mỗi mấu hàn phải đều, ngấu, thấu, đủ kích thước, khơng khuyết tật.
5.2 Thi công hai cụm bánh chuyển động. 5.2.1 Bánh xe. 5.2.1 Bánh xe.
74
Hình 5.10: Cặp bánh xe chính.
75
5.2.2 Nhông sên dĩa.
- Cốt trục động cơ
Hình 5.12: Cốt trục động cơ.
- Gia công nhông 35-16T gắn trên cốt trục động cơ.
76 - Gắn nhông 35-16T trên cốt trục động cơ.
Hình 5.14: Nhơng 35-16T trên cốt trục động cơ xe.
- Gia cơng nhơng 35-24T + mặt bích nhơng gắn trên đùm xe.
Hình 5.15: Nhơng 35-24T + mặt bích nhơng.
- Gắn nhơng 35-24T + mặt bích nhơng vào đùm xe. Lắp chặt, lọt lòng trong đùm sâu 8mm. Và cố định bằng 4 đầu ốc lục giác đầu một chiều M4.
77
78
- Canh chỉnh nhông trên cốt trục động cơ và nhông trên đùm bánh xe, thẳng hàng và song song với nhau.
79
5.3 Thi công cụm gối tay + tay đỡ cần điều khiển.
- Cụm gối tay là bộ phận không thể thiếu đối với các loại xe lăn, với bản thiết kế xe lăn này cụm gối tay có tác dụng để cho người sử dụng có thể gối tay lên đó, và ngồi với tư thế thoải mái nhất cho người sử dụng.
Hình 5.18: Cụm gối tay và tay đỡ cần điều khiển xe lăn.
- Đối với tay đỡ điều khiển có thể thay đổi vị trí dễ dàng cho nhiều người với nhu cầu sử dụng khác nhau.
80
5.4 Thi công ghế ngồi cho xe lăn.
- Trong quá trình sử dụng xe lăn, với những người sống và làm việc liên tục mà phải dùng đến xe lăn trong nhiều giờ, nếu sử dụng đúng một tư thế ngồi liên tục thì sẽ gây ra cảm giác mệt mỏi, căng thẳng dẫn đến đau nhức các cơ bắp toàn thân ( đặc biệt là vùng lưng ) và bị tê vùng bắp chân do trọng lượng dồn vào cơ chân làm tắc nghẽn mạch máu. Chính vì thế việc tạo ra những tư thế thoải mái là một nhu cầu bức thiết với người sử dụng xe lăn.
- Ngày nay việc tạo ra các kết cấu đơn giản nhưng hiệu quả trong sử dụng xe lăn đã và đang trở lên phổ biến, xe lăn giờ đây ngoài tư thế ngồi cứng nhắc đã có thể biến thành một chiếc ghế sofa hay một chiếc giường một cho người sử dụng khi muốn thay đổi tư thế.
81 - Khung hỗ trợ chống lật đổ ghế xe.
Hình 5.21: Khung hỗ trợ chống lật ghế. 5.5 Thi công cụm để chân. 5.5 Thi công cụm để chân.
- Cơ cấu nâng hạ chân bao gồm : bàn để chân, đệm đỡ chân.
- Đặc điểm của người khuyết tật là không tự điều chỉnh được đôi chân của mình theo như mong muốn, vì thế việc bố trí cụm để chân cho xe lăn phải thuận tiện, việc bố trí thuận tiện, khơng được gị bó hoặc quá thừa (dài quá hoặc ngắn quá) cụm để chân sẽ làm cho tư thế ngồi thoải mái, không làm tắc nghẽn mạch máu. - Với loại xe lăn thông thường, hầu hết các cụm để chân được gắn cứng với khung xe, một số loại để biến xe lăn thành một chiếc giường đơn thì cụm để chân có thể thay đổi góc độ so với mặt sàn. Cụm để chân gồm có: thanh khớp tỳ, bàn để chân, đệm tỳ chân.
82
Hình 5.22: Gối cao su để chân.
83
5.6 Thi công ống cac-te bảo vệ động cơ.
- Mục đích để bảo vệ động cơ khi xe vào vùng địa hình nhiều đất, sỏi, đá, đảm bảo cho động cơ bền bỉ hoạt động lâu nhất.
Hình 5.24: Ống cac-te bảo vệ động cơ.
5.7 Thi công cụm khung năng lượng mặt trời.
5.7.1 Gia công chân khung năng lượng mặt trời trên khung xe.
84 5.7.2 Xi lanh điện. - Hành trình 300 mm. - Tốc độ 45 mm/s. - Điện áp 12 V. - Lực nâng 200 N. Hình 5.26: Xi lanh điện.
5.7.3 Controller điều khiển xi lanh.
85
5.7.4 Lắp ráp cụm khung năng lượng mặt trời.
86
Hình 5.29: Phía sau cụm năng lượng mặt trời.
5.8 Bình ắc quy.
- Sử dụng 2 bình ắc quy. Đấu nối tiếp để cụm lên điện áp 24 V.
Bảng 5.1: Thơng số bình ắc quy.
Mã số WP20
Phân loại AGM VRLA
Thương hiệu Globe
Điện áp 12V
Năng lượng 20Ah
Kích thước Dài 181mm, rộng 76mm, cao 167mm
87
Hình 5.30: Bình ắc quy Globe.
88
5.9 Hồn thiện thi cơng xe lăn điều khiển đa hướng trên mọi địa hình.
- Kích thước sau khi thi cơng: 1450 x 1000 x 1150 mm ( dài x rộng x cao ).
89
90
91
Hình 5.35: Tổng quát các chi tiết kết
cấu trong xe lăn điều khiển đa hướng trên mọi địa hình.
92
Chương 6
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN
6.1 Đánh giá kết quả.
Sau một thời gian nghiên cứu và tiến hành, sản phẩm xe lăn điện điều khiển đa hướng trên mọi địa hình đã được hồn thành đúng tiến độ. Trước tiên sản phẩm xe lăn điện điều khiển đa hướng trên mọi địa hình giúp nhóm tổng hợp tất cả lý thuyết và thực hành mà nhóm đã học trong 4 năm vừa qua. Tạo được nền tảng vững chắc cho các kiến thức nhóm đã học được để nhóm bước vào mơi trường đi làm một cách tự tin nhất, vững chắc với kiến thức của mình. Đề tài chỉ được thực hiện trong thời gian ngắn nên nhóm thực hiện chỉ tập trung nghiên cứu, giải quyết những vấn đề cơ bản xung quanh nội dung của đề tài như:
- Hoàn thành được chiếc xe lăn đảm bảo yêu cầu thực tế. - Tiêu chuẩn an toàn xe trên xe lăn điện.
- Năng lượng tái tạo kéo dài quảng thời sử dụng xe lâu nhất.
6.1.1 Đánh giá kết quả của bộ điều khiển.
Bằng thực nghiệm nhằm xem xét kết quả và đánh giá cơng trình, đã lập trình cài đặt cho bộ điều khiển với các thơng số hoạt động như sau:
- Chế độ chạy chậm: tốc độ điều khiển tối đa là 6 km/h, khả năng quá dòng rất nhỏ. - Chế độ chạy đường bằng phẳng: tốc độ điều khiển tối đa là 26 km/h,
- Khả năng quá dòng cao hơn ( khoảng <= 20 A).
- Chế độ chạy đường dốc: tốc độ điều khiển tối đa là 26 km/h, khả năng quá dòng của mạch cao (khoảng <=50 A).
Trong ba chế độ hoạt động trên mức tiêu hao năng lượng được sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau:
93
> >
Hình 6.1: So sánh mức tiêu hao năng lượng ở mỗi chế độ hoạt động.
Gia tốc trong các chế độ hoạt động được chọn là 10 ms, do đó thời gian để có thể tăng tốc tối đa trong mỗi chế độ hoạt động là:
T = Thời gian tăng một bước × Số bước cực đại. = 10 ms x 255 = 2,55 sec.
Mơ hình điều khiển xe lăn điện hoạt động đúng theo yêu cầu và các chế độ hoạt động của xe. Người sử dụng ln có được cảm giác an toàn và dễ dàng hơn khi vận hành xe lăn điện với bộ điều khiển tối ưu.
Mơ hình chạy ổn định, ít tiêu hao năng lượng cho ắc quy, đồng thời việc chuyển từ chế độ chuyển động này sang chế độ chuyển động khác được thực hiện dễ dàng thông qua công tắc nút nhấn điều khiển.
Tuy nhiên cơng trình cịn một số hạn chế như sau:
Do dùng nguồn năng lượng ắc quy và năng lượng tái tạo ( pin năng lượng mặt trời ) nên việc điều tiết năng lượng vận hành trong một thời gian dài sẽ làm tiêu hao hết, vì vậy phải bảo trì và sạc điện định kì cho bình điện.
6.1.2 Đánh giá kết quả cúa thi cơng cơ khí, cơ cấu của xe lăn điều khiển.
- Vượt được dốc 25º.
- Tải trọng tối đa mà xe hoạt động ở công suất ổn định: 200 kg. - Đạt vận tốc min 1.5 km/h.
- Đạt vận tốc max 25 km/h.
- Đạt vận tốc leo dốc min 1.5 km/h. - Đạt vận tốc leo dốc max 25 km/h.
- Đảm bảo an toàn khi xe lăn đang đi lên dốc, xe lăn không bị trượt mất ma sát giữa bánh với mặt đường hoặc đứng ngang dốc vẫn giữ nguyên được vị trí. Và đề ba ngang dốc khơng bị tuột dốc và mất đà.
Chạy
đường dốc đường bằng Chạy Chạy chậm phẳng
94
- Thiết kế cơ cấu cụm chuyền động đã đảm bảo lực tác dụng lên trục bánh xe và bánh xe được mô men xoắn tối đa khi hoạt động, chịu được nhiều lực mô men uốn và các lực tác dụng lên bánh xe như phản lực lên bánh xe và lực ngang khi quay vòng.
- Thiết kế khung xe vững chắc.
- Trên các đường đất đá, đường mòn, vẫn đảm bảo được độ bám của bánh xe với mặt đường.
- Tất cả các chi tiết trên xe được thiết kế vị trí gá đặt, đã đảm bảo được trọng tâm của xe ở điểm thấp nhất.
- Trọng tâm xe thấp, cân bằng tốt.
- Điều kiện chống lật được cải thiệt tối đa nhờ những thanh hỗ trợ đã được thiết kế trên xe. Đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho người sử dụng.