(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu và chế tạo mô hình hệ thống rửa xe máy tự động

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam hiện có khoảng 39 triệu xe máy, dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các tiệm rửa xe máy Tuy nhiên, hoạt động kinh doanh này thường diễn ra tự phát, thiếu quy hoạch, và gây ra tình trạng lấn chiếm vỉa hè, ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị và ô nhiễm môi trường nước do hóa chất và nước thải Thời gian rửa xe thủ công kéo dài từ 15-20 phút, khiến người dân tại các thành phố lớn phải chờ đợi lâu, điều này không phù hợp với nhịp sống bận rộn Chính vì vậy, nhóm quyết định thực hiện nghiên cứu về vấn đề này.

Nhu cầu sống chất lượng cao của con người hiện đại ngày nay đã thúc đẩy sự phát triển của máy móc và thiết bị, giúp giải quyết nhiều công việc trong cuộc sống Những thành tựu khoa học và công nghệ đã mang lại cho con người một cuộc sống tiện nghi, văn minh và hiện đại hơn.

Dựa trên những ý tưởng và nhu cầu thực tế, nhóm thực hiện đề tài đã quyết tâm triển khai thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe máy tự động.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Hình thành ý tưởng từ nhu cầu thực tế xã hội là bước đầu tiên quan trọng để phát triển sản phẩm có giá trị ứng dụng cao Để thực hiện đề tài “Nghiên cứu và chế tạo mô hình hệ thống rửa xe máy tự động,” người thực hiện cần nỗ lực hệ thống hóa kiến thức và ứng dụng chúng hiệu quả Sản phẩm hoàn thành không chỉ góp phần vào việc phát triển hệ thống rửa xe công nghiệp mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thời gian rửa xe thủ công Đây là giải pháp phù hợp với xu hướng phát triển khoa học công nghệ hiện đại, đáp ứng nhu cầu rửa xe nhanh chóng của người tiêu dùng.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của người thực hiện đề tài là để tự kiểm tra và củng cố kiến thức cá nhân, đồng thời tìm hiểu và tiếp cận những vấn đề chưa rõ ràng Qua đó, người thực hiện mong muốn trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích, có thể áp dụng vào thực tiễn cuộc sống sau này.

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống rửa xe máy tự động

- Nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển

- Thiết kế cơ cấu rửa xe máy

- Chọn lựa thiết bị điều khiển phù hợp với cơ cấu cơ khí

Sản phẩm được phát triển có thể ứng dụng hiệu quả tại các siêu thị, nơi công cộng và trung tâm điện máy, nhằm phục vụ nhu cầu rửa xe cho khách hàng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Ở Việt nam, xe máy đang xuất hiện ngày càng phổ biến trong cuộc sống chúng ta

Vì vậy nhóm em quyết định chọn hệ thống rửa xe máy làm đối tượng để nghiên cứu

Trong thời gian hạn chế để hoàn thành đề tài này, cùng với kiến thức tích lũy từ khóa học, người thực hiện không thể đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu để tạo ra một sản phẩm hoàn hảo Vì vậy, người thực hiện sẽ tập trung nghiên cứu sâu vào một số khía cạnh cụ thể của đề tài.

 Dùng PLC S7 200 là trung tâm xử lý các quá trình

 Dùng Pic 16F887 để xử lý tín hiệu của PLC

 Dùng Cảm biến quang để nhận biết các ngõ vào của PLC

 Dùng LCD để hiển thị số xe trong ngày

 Các thiết bị liên quan tới đồ án.

Phương pháp và phương tiện nghiên cứu

 Áp dung kiến thức được ho ̣c ta ̣i trường

 Thiết kế, tính toán, thi công cơ khí và các ma ̣ch điê ̣n

 Xây dựng giải thuâ ̣t điều khiển tối ưu

 Tham khảo ý kiến của thầy cô có kinh nghiê ̣m trong lĩnh vực nghiên cứu

 Ứng dụng Solidworks 2014 để thiết kế cơ khí, phần mềm Micro Win để lập trình

 Giáo trình,sách báo và tài liệu từ Internet

 Các trang thiết bị gia công cơ khí và thi công

Hình 1.5: Tài liệu tham khảo

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Giới thiệu

Đề tài này tập trung vào việc phát triển một phương thức điều khiển hệ thống tự động, trong đó PLC (Programmable Logic Controller) đóng vai trò trung tâm trong việc kết nối và xử lý tín hiệu từ các thiết bị khác Để đạt được sản phẩm hoàn thiện theo mục tiêu đề ra, người thực hiện cần nghiên cứu sâu về PLC và các thiết bị điều khiển (VĐK) để xử lý tín hiệu ngõ ra hiệu quả.

 Quy trình rửa xe của đề tài nghiên cứu:

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình rửa xe máy

Hệ thống được điều khiển bởi bộ điều khiển logic PLC, đảm bảo hoạt động chính xác theo chương trình đã được lập trình Cấu trúc của hệ thống rất đơn giản, giúp dễ dàng trong việc vận hành và bảo trì.

 Thanh trượt để di chuyển hệ thống ống nước và vòi phun

 Bánh chà để quay hai bánh xe trước và sau

Khung cơ khí có kích thước 600x400x600 mm, giúp rửa xe chỉ trong 5 phút, tiết kiệm thời gian đáng kể Thiết bị này có khả năng rửa nhiều loại xe, bao gồm xe số và xe tay ga, đồng thời tiết kiệm 20% nước so với phương pháp rửa xe thủ công Việc tự động hóa quy trình rửa xe không chỉ giảm sức lao động của con người mà còn nâng cao năng suất Hơn nữa, việc bảo trì và thay thế thiết bị khi gặp sự cố trở nên dễ dàng hơn.

Đề tài này gặp phải một số nhược điểm, bao gồm việc không đạt được mức độ hài lòng 100% của khách hàng do vẫn còn tồn tại những vết bẩn cứng đầu ở các ngóc ngách sâu bên trong Hơn nữa, đề tài hiện chỉ dừng lại ở mô hình lý thuyết và cần thêm thời gian nghiên cứu phát triển trước khi có thể áp dụng vào thực tế.

Đặc tính của mô hình hệ thống

 Vận hành tốt, có khả năng làm việc liên tục

 Tiết kiệm thời gian, giảm 60% đến 70% thời gian so với rửa xe thủ công

 Mới dừng lại ở mô hình để nghiên cứu.

Các nghiên cứu liên quan

Kinh tế toàn cầu đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến sự gia tăng số lượng công ty sản xuất xe máy Điều này đồng nghĩa với việc xe máy trở nên phổ biến hơn, đặc biệt ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam, Lào và Thái Lan.

Hiện nay, chưa có công ty lớn nào chuyên sản xuất hệ thống rửa xe máy tự động tại Việt Nam; chủ yếu là do cá nhân tự nghiên cứu và phát triển Điều này trái ngược với các quốc gia trong khu vực Châu Á như Trung Quốc, Indonesia, Malaysia, nơi đã có sự phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này.

Hình 2.3a: Hệ thống rửa xe máy ở Trung Quốc(trái) và Indonesia(phải)

Hiện nay, hệ thống rửa xe máy tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dân Sự phát triển này chủ yếu xuất phát từ các nghiên cứu cá nhân trong lĩnh vực này.

Hình 2.3b: Hệ thống rửa xe máy ở Việt Nam

 URL: https://www.otosaigon.com/threads/rua-xe-kieu-my.8621192/

2.4 Quy trình để rửa xe máy tự động do khảo sát [4] :

 Xe được dắt vào khoang rửa

Hình 2.4a: Quy trình dắt xe vào khoang

 Xe được cân bằng và giữ cố định xe

Hình 2.4b: Quy trình cân bằng và giữ cố định xe

 Đóng kín cửa và khởi động hệ thống

Hình 2.4a: Quy trình đóng kín cửa và khởi động hệ thống

 Hệ thống sẽ làm khô xe

Hình 2.4a: Quy trình làm khô xe

 Dắt xe ra và hoàn thành quá trình rửa xe

Hình 2.4a: Quy trình hoàn tất rửa xe

 URL: https://www.youtube.com/watch?v=rGPagZArHGo

2.5 Những hệ thống rửa xe máy tự động trên thị trường thường có những đặc điểm sau:

Áp lực nước yếu gây khó khăn trong việc loại bỏ bùn đất, buộc phải phân tán ra nhiều đầu vòi phun, làm giảm hiệu quả rửa xe Điều này dẫn đến việc nhân công phải nỗ lực nhiều hơn để đảm bảo xe được rửa sạch, từ đó tăng sự hài lòng của khách hàng.

Thời gian rửa một chiếc xe bằng máy chạy tự động tối thiểu là 3 phút 30 giây Thêm vào đó, việc dắt xe vào và ra mất khoảng 1 phút, trong khi xử lý các khu vực khó tiếp cận tốn khoảng 2 phút Cuối cùng, thời gian lau xe và xì khô là khoảng 1 phút Tổng cộng, thời gian để hoàn thành việc rửa xe là khoảng 7 phút, chưa tính thời gian chờ đợi.

Kết cấu khung treo chịu trọng lượng nặng và di chuyển bằng dây cáp trong thời gian dài có thể dẫn đến sự không ổn định trong hoạt động của hệ thống.

Nhóm sẽ tập trung giải quyết những vấn đề nêu trên và đề xuất các phương án tối ưu cho mô hình hệ thống của dự án.

2.6 Những điểm vượt trội của đề tài nghiên cứu:

 Thời gian để rửa xe chỉ tốn tối đa là 5 phút:

Hệ thống phun nước gồm 8 vòi phun được thiết kế trên bộ ống khung hình chữ U bao kín toàn thân xe, mang lại khả năng làm sạch hiệu quả Với áp lực làm việc lên tới 112.4944 kg và lưu lượng nước 1.93 GPM, hệ thống này không chỉ có nhiều vòi phun mà còn hoạt động linh hoạt, giúp mở rộng phạm vi làm sạch và loại bỏ mọi vết bẩn bám trên xe một cách nhanh chóng.

 Hệ thống vòi phun áp lực cao dưới gầm xe làm xử lý triệt để dưới gầm xe mà không tốn nhân công làm việc nhiều

 Bánh xe đảo chiều di chuyển nhanh làm sạch hiệu quả

Loại bỏ hoàn toàn bùn đất và làm sạch các lớp màng mỏng bám trên lớp nhựa thân xe, đồng thời đảm bảo áp lực nước và lực tác động vừa đủ để không ảnh hưởng đến những chiếc xe cao cấp của khách.

Những điểm vượt trội của đề tài

 Thời gian để rửa xe chỉ tốn tối đa là 5 phút:

Hệ thống rửa xe được trang bị 8 vòi phun nắp trên bộ ống khung hình chữ U, bao kín toàn thân xe, giúp làm sạch hiệu quả và nhanh chóng Với áp lực làm việc lên tới 112.4944 kg và lưu lượng nước 1.93 GPM, hệ thống này có khả năng thổi bay mọi vết bẩn bám trên xe, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả tối ưu trong quá trình rửa xe.

 Hệ thống vòi phun áp lực cao dưới gầm xe làm xử lý triệt để dưới gầm xe mà không tốn nhân công làm việc nhiều

 Bánh xe đảo chiều di chuyển nhanh làm sạch hiệu quả

Để đảm bảo xe luôn sạch sẽ, cần loại bỏ hoàn toàn bùn đất và làm sạch các lớp màng mỏng bám trên bề mặt nhựa thân xe Tuy nhiên, áp lực nước và lực tác động phải được điều chỉnh vừa đủ để không gây ảnh hưởng đến những chiếc xe cao cấp của khách hàng.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phương tiện thiết kế

Chế tạo mô hình phải thực hiện đầy đủ các chuyển động, cơ cấu của sản phẩm thật

Mô hình được thiết kế với độ tin cậy và năng suất cao, đảm bảo tuổi thọ lâu dài và tiết kiệm thời gian Hệ thống cam kết duy trì độ sạch xe đạt 80% theo tiêu chí hài lòng của khách hàng, đồng thời tối ưu hóa chi phí chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và thay thế trang thiết bị ở mức thấp nhất.

Mô hình cần đảm bảo kích thước nhỏ gọn, cấu trúc đơn giản và dễ sử dụng, đồng thời phát ra tiếng ồn thấp Hình dáng của hệ thống cũng phải thẩm mỹ và mang tính công nghiệp cao.

3.2 Phương tiện để thiết kế:

Vào tháng 12 năm 1993, Công ty SolidWorks chính thức được thành lập bởi Jon Hirschtick và đặt trụ sở đầu tiên tại Concord, Massachusetts, USA a) Định nghĩa:

SolidWorks là phần mềm thiết kế 3D phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như cơ khí, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật, da giày, dệt may và thủ công mỹ nghệ Nhiều thương hiệu lớn như Canon, Panasonic và Robert Bosch đã tin tưởng sử dụng SolidWorks để nâng cao hiệu quả thiết kế của họ.

- Xây dựng mô hình khối 3D: Các khối được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật parametric, mô hình hóa

Lắp ráp các chi tiết nhỏ thành một cụm chi tiết giúp hình dung kết cấu của bộ phận máy hoàn chỉnh, từ đó tạo ra một cụm máy hoàn chỉnh.

- Xây dựng các bản vẽ 2D từ các mô hình 3D:

 Phần mềm Sep 7 MicroWin: dùng để lập trình cho PLC S7 200

Hình 3.2.2a: Phần mềm Step7 MicroWin

 Phần mềm MPLAB IDE: dùng để lập trình cho PIC 16F887

Hình 3.2.2b: Phần mềm MPLAB IDE

Các thiết bị liên quan

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic lập trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình.

Dòng PLC S7-200 bao gồm hai họ chính: 21X (loại cũ) và 22X (loại mới), trong đó họ 21X hiện không còn được sản xuất Các model trong họ 21X bao gồm 210, 212, 214, 215-2DP và 216, trong khi họ 22X có nhiều model mới hơn.

 URL:http://www.nhatthienkim.com:7777/mediaroot/media/userfiles/useruploads/917/fi les/Ky Thuat Dieu Khien Lap Trinh PLC Simatic S7 200

3.3.1.2 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài [8] :

 Các đầu vào/ra số:

- Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc, sensorvới điện áp vào tiêu chuẩn 24VDC

- Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp 24VDC/220VAC

- Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU )

- Đèn RUN (màu xanh): Chỉ báo PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình

- Đèn STOP (màu vàng): Chỉ báo PLC đang ở chế độ dừng và không thực hiện chương trình, các đầu ra đều ở trạng thái "OFF"

- Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành

- Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào số(ON/OFF)

- Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF)

- Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần

- Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng

 Công tắc chuyển chế độ:

Chế độ RUN cho phép PLC thực hiện chương trình một cách liên tục Tuy nhiên, khi gặp lỗi trong chương trình hoặc nhận lệnh STOP, PLC sẽ tự động chuyển sang chế độ STOP, ngay cả khi công tắc vẫn đang ở vị trí RUN.

(quan sát đèn trạng thái )

- STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF

- TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để download chương trình người dùng

Mỗi PLC đều có từ một đến hai vít chỉnh tương tự có thể xoay được 270 độ để thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương trình

Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau:

 Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

 Module quản lý phối ghép vào ra

Hình 3.3.1b: Cấu trúc phần cứng S7 200

 URL: http://unlockplc.com/2014/05/cau-tao-cua-plc/

Là để điều khiển Logic, điều khiển tuần tự, điều khiển theo kiểu analog…để xử lý tín hiệu

Các nhãn hiệu như Siemens, Ormon, Misubishi, Alenbratlay…

PLC Siemens có các họ như S7-200, S7-300, S7-400,…

 Theo số lượng các đầu vào/ra

Hình3.3.1d: Sơ đồ nối dây PLC

 URL:https://www.google.com.vn/search?q=so+do+noi+day+plc&biw66&bihf5

&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&vedBoQsARqFQoTCOeL4_L3-

Hình 3.3.1e: Nguyên lý hoạt động của PLC

 URL: http://voer.edu.vn/m/tong-quan-ve-plc/837d1dc9

Bộ vi xử lý trong PLC quét các trạng thái đầu vào và thiết bị phụ trợ, thực hiện logic điều khiển theo chương trình ứng dụng, và điều khiển đầu ra tương ứng Các PLC thế hệ mới không chỉ cho phép thực hiện các phép tính số học và logic mà còn có bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và tích hợp giao diện với máy tính và mạng nội bộ.

Bộ vi xử lý trong PLC điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình, được gọi là chu kỳ quét Chu kỳ quét là khoảng thời gian cần thiết để hoàn thành một vòng lệnh của chương trình điều khiển.

Hình 3.3.1f: Chu kỳ quét của PLC

 URL: http://voer.edu.vn/m/tong-quan-ve-plc/837d1dc9

Khi quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ thiết bị như công tắc và cảm biến, và lưu trạng thái tín hiệu vào một mảng nhớ tạm thời Trong quá trình quét chương trình, bộ xử lý thực hiện lần lượt các lệnh điều khiển, sử dụng trạng thái tín hiệu trong mảng nhớ để xác định đầu ra Kết quả là trạng thái đầu ra được ghi vào mảng nhớ, cho phép PLC cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra nhằm điều khiển thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét của PLC kéo dài từ 1 đến 25 mili giây, trong khi thời gian quét đầu vào và đầu ra thường ngắn hơn so với chu kỳ quét.

Bộ nhớ của PLC S7-200 được phân chia thành bốn vùng cơ bản, trong đó hầu hết các vùng đều có khả năng đọc và ghi, ngoại trừ vùng nhớ đặc biệt (SM) chỉ cho phép truy cập để đọc.

Vùng nhớ chương trình là khu vực lưu trữ các lệnh được sử dụng trong chương trình, thuộc loại non-volatile, cho phép thực hiện cả việc đọc và ghi dữ liệu.

- Vùng nhớ tham số: Dùng để lưu giữ các tham số như từ khóa, địa chỉ trạm Vùng này thuộc kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được

Vùng dữ liệu là nơi lưu trữ các thông tin của chương trình, bao gồm kết quả của các phép tính, các hằng số đã được định nghĩa, và bộ đệm truyền thông.

Vùng đối tượng bao gồm các bộ đếm, bộ định thì và các cổng vào ra tương tự Mặc dù vùng này không thuộc kiểu non-volatile, nhưng nó vẫn cho phép thực hiện các thao tác đọc và ghi.

Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ

Yêu cầu của đề tài

Hệ thống được thiết kế với độ tin cậy và năng suất cao, đảm bảo tuổi thọ lâu dài và tiết kiệm thời gian, đồng thời đạt hiệu quả làm sạch xe lên đến 99% Chi phí cho việc chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và thay thế trang thiết bị được tối ưu hóa ở mức thấp nhất.

Phương án và giải pháp thực hiện

4.2.1 Cơ cấu qua lại bằng xylanh trượt-quay bánh xe bằng băng tải (PA1)

Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi cảm biến phát hiện xe, xy lanh trượt sẽ kích hoạt hệ thống phun nước, đồng thời băng tải cũng sẽ hoạt động để quay bánh xe.

Hình 4.2a: Cơ cấu qua lại bằng xylanh trượt-quay bánh xe bằng băng tải

4.2.2 Cơ cấu qua lại bằng trục vít me-quay bánh xe bằng động cơ (PA2)

Khi cảm biến phát hiện xe, trục vít me sẽ kích hoạt hệ thống phun nước, đồng thời động cơ cũng sẽ hoạt động để quay bánh xe.

Hình 4.2b: Cơ cấu qua lại bằng trục vít me-quay bánh xe bằng động cơ

4.2.3 Cơ cấu qua lại bằng thanh trượt-quay bánh xe bằng động cơ (PA3)

 Nguyên lý: Khi cảm biến nhận xe thì thanh trượt hoạt động để hệ thống phun nước hoạt động, đồng thời động cơ hoạt động để quay bánh xe

Hình 4.2c: Cơ cấu qua lại bằng thanh trượt-quay bánh xe bằng động cơ

Lựa chọn phương án

Tiêu chí PA1 PA2 PA3

Cơ cấu đơn giản - - + Ổn định - + +

Bảng 4.3: Tiêu chí đánh giá lựa chọn phương án Sau khi so sánh ưu nhược điểm và cho điểm từng phương pháp Nhóm quyết định chọn phương án 3

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Tính toán

5.1.1 Chọn động cơ DC [10],[7] : Ta chọn động cơ 1 chiều,với ưu điểm là an toàn,đơn giản và kinh tế phù hợp với yêu cầu đồ án

+ Xác định công suất động cơ để truyền động thanh trượt:

Công thức tính công suất trên trục động cơ:

Pt – Công suất trên trục

Pct – Công suất cần thiết trên trục động cơ η – Hiệu suất truyền động( tùy vào các phần tử trong hệ truyền động ta có một giá trị η tương ứng) η = η1 η2 η3…

F – Lực kéo( chính bằng lực ma sát Fms) gm/s^2 m: khối lượng cơ cấu trên thanh trượt

Lực ma sát của cơ cấu ra vào tác động giữa con trượt và thanh trượt có hệ số ma sát là k = 0,4

Fms1 = P x k ( k là hệ số ma sát) (3)= 1x10x0,4 = 4 N (trong đó P là tổng khối lượng của cơ cấu có trên thanh trượt)

-> Vậy ta có công suất là:

Hiệu suất của thanh trượt là η_1 = 0.9

Hiệu suất của bộ truyền đai là η_2 = 0.9

Hiệu suất của hệ truyền động là η=η_1 x η_2= 0.9x0.9 = 0.81 Thay vào công thức (1) ta được:

Từ cơ sở thiết kế, công suất cần thiết trên trục động cơ tiến hành chọn động cơ: Động cơ DC hộp số, công suất 2W

+ Xác định công suất động cơ quay bánh chà:

Công thức tính công suất trên trục động cơ:

Pt – Công suất trên trục

Pct – Công suất cần thiết trên trục động cơ η – Hiệu suất truyền động( tùy vào các phần tử trong hệ truyền động ta có một giá trị η tương ứng) η = η1 η2 η3…

F – Lực kéo( chính bằng lực ma sát Fms)

Lực ma sát của cơ cấu tác động giữa hai mặt giấy nhám có hệ số ma sát là k = 0.7

Fms1 = P x k ( k là hệ số ma sát) (3)= 1x10x0.7 = 7 N Vậy ta có công suất trên trục:

Hiệu suất của một cặp ổ bi là η_1 = 0.9

Hiệu suất của bộ truyền đai là η_2 = 0.9

Hiệu suất của hệ truyền động là η=η_1 x η_2= 0.99x0.9 = 0.81

Thay vào công thức (1) ta được:

Từ cơ sở thiết kế, công suất cần thiết trên trục động cơ tiến hành chọn động cơ: Động cơ DC hộp số, công suất 7W

Hình 5.1b: Động cơ bơm Yêu cầu : Tính công suất bơm (công suất động cơ điện) cần để bơm 1 lít nước lên độ cao

1 m trong vòng 5s Xem động cơ bơm có hiệu suất 85%

Ta có: Công toàn phần của động cơ được tính theo công thức:

Trong đó: P là công toàn phần của hệ (J) m là khối lượng nước cần bơm (kg) g = 10m/s^2

Để xác định thời gian bơm nước, cần căn cứ vào nhu cầu sử dụng hàng ngày Ví dụ, nếu cần bơm 1 lít nước trong 5 giây, thì công suất tối thiểu của máy bơm sẽ được tính toán dựa trên thông số này.

Sau khi xác định công suất tối thiểu của bơm, cần tính thêm hao tổn do ma sát trong đường ống và các trở lực tại các co nối Những tổn hao này chiếm khoảng 20% công suất của bơm, kết hợp với hiệu suất máy bơm đạt 85% Do đó, công suất của động cơ bơm được tính toán dựa trên các yếu tố này.

Từ đó, chọn động cơ bơm là 8W

Bộ truyền đai là thiết bị phổ biến dùng để truyền động giữa hai trục song song và quay cùng chiều Trong một số trường hợp đặc biệt, bộ truyền này cũng có thể truyền chuyển động giữa các trục song song quay ngược chiều Cấu tạo của bộ truyền đai bao gồm các thành phần chính đảm bảo hiệu suất truyền động hiệu quả.

Đai răng là loại đai dẹt hình vòng khép kín, với các răng được thiết kế ở mặt trong Chất liệu chế tạo đai thường là cao su kết hợp với nhựa Natrit hoặc được đúc từ cao su Poly-urêtan, mang lại hiệu suất làm việc cao Nguyên lý hoạt động của đai răng dựa trên sự ma sát giữa các răng và bề mặt tiếp xúc, giúp truyền động hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp.

- Bộ truyền đai răng làm việc nhờ vào sự ăn khớp giữa đai và các răng của bánh đai o Ưu điểm đai răng:

- Kích thước bộ truyền nhỏ

- Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai

- Kích thước bộ tuyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng

- Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai

- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn

- Tuổi thọ của bộ truyền thấp o Tính toán:

Số vòng quay: 200vòng/phút

Module m được xác định theo công thức thực nghiệm : m=k

Với : Công suất truyền : số vòng quay bánh dẫn =1.3…2.4 : hệ số tải trọng động

K5: đai gờ hình thang Thay số vào công thức trên ta được :m=1,53

Chiều rộng b lấy theo tiêu chuẩn ->bmm

Miền giá trị giới hạn số răng của đai từ 40 160

Trong đó = 12 mm ; = 12 mm Thay số vào ta được : L = 677,6 mm Chọn L= 650mm

Từ đó, chọn chiều dài dây đai là 650mm

Thiết kế phần cứng

Hình 5.2a: Thiết kế 3D toàn bộ mô hình hệ thống

45 Hình 5.2b: Bản vẽ phân rã

Bét phun 8 Động cơ DC 2

Bảng 5.2: Bảng các thiết bị của hệ thống

Hình 5.2c: Thiết kế khung phun

Hình 5.2d: Thiết kế khung ngoài

Hình 5.2e: Thiết kế bánh chà

Hình 5.2f: Thiết kế thanh trượt

Hình 5.2g: Thiết kế khung đỡ

Thiết kế mạch điện

Hình 5.3a: Sơ đồ nối dây mạch PLC

 NÚT START: Khởi động hệ thống

 NÚT STOP: Dừng hệ thống

 CẢM BIẾN QUANG: Nhận biết xe

 CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH TRÁI: Bên trái thanh trượt

 CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH PHẢI: Bên phải thanh trượt

 RELAY 1: Động cơ quay bánh chà

 RELAY 2: Động cơ qua trái thanh trượt

 RELAY 3: Động cơ qua phải thanh trượt

 ĐÈN 3: Đèn báo xong chu trình

Hình 5.3b:Sơ đồ nối dây mạch PIC

 Chân RA0 sẽ nối vào ngõ ra Q0.4 của PLC

 Các chân của LCD nối vào các chân của PIC

5.4 Sơ đồ khối hệ thống:

Hình 5.4a: Sơ đồ khối của hệ thống

 Chức năng của từng khối:

 KHỐI CPU TRUNG TÂM: Điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống và nhận tín hiệu từ KHỐI NGÕ VÀO

 KHỐI BỘ NHỚ:Lưu trữ các dữ liệu của hệ thống

 KHỐI NGUỒN: Cung cấp nguồn cho CPU TRUNG TÂM hoạt động

 KHỐI NGÕ RA: Đáp ứng cho yêu cầu của khối trung tâm

 KHỐI NGÕ VÀO: Đưa tín hiệu cho khối trung tâm xử lý

 KHỐI PIC: Xử lý tín hiệu từ PLC để đáp ứng hiển thị lên LCD

THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ

Thực nghiệm

6.1.1 Kết quả đạt được: Đã thi công mô hình hoàn thành và đã vận hành thành công

Hình 6.1a: Thi công mô hình

Hình 6.1d: Bánh chà và Hệ thống phun nước

6.1.2 Kết quả chưa đạt được:

 VĐK còn hoạt động chưa ổn định cao

 Cơ cấu chưa mang tính chuyên nghiệp do làm thủ công

 Kiểu dáng chưa đẹp và tối ưu.

Đánh giá

Qua 15 tuần làm việc cùng nhau các thành viên trong nhóm đã cho ra đời sản phẩm

Nghiên cứu và chế tạo mô hình hệ thống rửa xe máy tự động đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thiết kế ban đầu Qua quá trình thử nghiệm, nhóm đã rút ra những nhận xét quan trọng về hiệu suất và tính khả thi của hệ thống.

 Đạt yêu cầu của người dùng

 Rửa được một vài loại xe( xe số,xe tay ga)

 Rửa không sạch được 100%, các vết bẩn cứng đầu lâu năm, các vết bẩn nằm sâu trong các ngóc ngách không rửa sạch được

 Cơ cấu còn chưa tối ưu.

Hướng phát triển của đề tài

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, nhóm nghiên cứu đã đối mặt với nhiều khó khăn, nhưng nhờ sự nỗ lực cá nhân và tinh thần làm việc nhóm, đề tài đã hoàn thiện đúng hạn Thời gian làm việc nghiêm túc đã giúp các thành viên học hỏi được nhiều kỹ năng, bao gồm phương pháp làm việc khoa học, sự sáng tạo, khả năng nghiên cứu độc lập và đặc biệt là tinh thần hợp tác trong nhóm.

Nghiên cứu và chế tạo mô hình hệ thống rửa xe máy tự động nhằm phát triển các hệ thống rửa xe công nghiệp, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm thời gian cho việc rửa xe máy thủ công.

Trong một khoảng thời gian hạn chế, nhóm nghiên cứu đã đạt được những kết quả nhất định cho đề tài Tuy nhiên, để nâng cao chất lượng và tính hoàn thiện của đề tài, cần phát triển theo hướng mới.

+ Nghiên cứu thêm cơ cấu để làm sạch ưu việt hơn

+ Làm ra sản phẩm thật để đi vào thực tế

+ Kết hợp với các thiết bị khác để điều khiển thông minh hơn