(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án THIẾT kế hệ THỐNG cơ KHÍ đề tài THIẾT kế hệ THỐNG KHO HÀNG tự ĐỘNG

Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MƠN : CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY




BÁO CÁO:

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHO HÀNG TỰ ĐỘNG
Sinh viên thực hiện:
Vũ Quốc Linh
Phan Đắc Cảnh
Lại Hồng Cần
Trần Đức Lộc
Giáo viên hướng dẫn :

Hà Nội, 2021

1


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thơng minh TS. Nguyễn Kiên Trung

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU

3

CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THƠNG SỐ KỸ
THUẬT
1.1 Tổng quan về kho hàng tự động…………………………………………………..4
1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa…………………………………4
1.1.2 Hệ thống cất lấy hàng hóa tự động ARSR
(Automated Storage and Retrieval System)…………………………………………..4
1.1.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống kho hàng tự động …………………………...6
1.2 Hệ thống dẫn động của kho hàng………………………………………………….6
1.2.1 Hệ thống xuất nhập ……………………………………………………………...9
1.2.2 Hệ thống lưu trữ………………………………………………………………...10
1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động cho kho hàng tự động……………..12
1.3.1 Quá trình xuất nhập hàng……………………………………………………….13
1.3.2 Quá trình vận chuyển…………………………………………………………...14
1.3.3 Quá trình lưu kho……………………………………………………………….14
1.4 Các bộ phận chuyển động chính của kho hàng tự động………………….……….15
1.4.1 Hệ thống xe vận chuyển trục X …………..………………………….…………15
1.4.2 Hệ thống nâng hạ trục Z…………………………………………….…………..15
1.4.3 Hệ thống lấy hàng trục Y……………………………………………...………...15

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ.
2.1. Tính tốn động học cho cơ cấu vận chuyển (trục X)…………………….………16
2.1.1.Tính tốn chọn động cơ bộ truyền pulley-đai răng……………………………..16
2.1.2.Tính tốn bộ truyền …………………………………………………………….17
2.1.3. Tính tốn lựa chọn ray dẫn hướng………………………………………….….22

2.1.4. Kiểm bền đai khi đưa về bài toán thanh chịu kéo……………….………27
2.2. Tính tốn động học cho cơ cấu lấy hàng (trục Y)……………..…………………30

2.2.1. Tính tốn động cơ …………………………………………………...…..30
2.2.2. Tính tốn bộ truyền……………………………………………….……..30
2.3. Tính tốn động học cho cơ cấu nâng hạ (trục Z)…………..………………33
2.3.1. Tính tốn chọn động cơ…………………………………..………………33
2.3.2. Tính tốn bộ truyền………………………………………..……………34
2


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thơng minh TS. Nguyễn Kiên Trung
CHƯƠNG 3: THƠNG SỐ ĐỘNG CƠ, ĐAI RĂNG, PULLY,
THANH DẪN HƯỚNG VÀ CON TRƯỢT ĐƯỢC CHỌN SAU
KHI TÍNH TỐN.
3.1. Cụm trục X…………………………………………………………….….40
3.1.1. Động cơ……………………………………………………………...….40
3.1.2. Pully…………………………………………………………………….41
3.1.3. Đai răng. …………………………..…………………………..….…….42
3.1.4. Ray dẫn hướng có đế và con trượt………………………….…………..43
3.2. Cụm trục Y………………………………………………………….…….45
3.2.1. Động cơ…………………………………………………………...….…45
3.2.2. Pully………………………………………………………………….…46
3.2.3. Đai …...…………………………………………………………………48
3.2.4. Ray dẫn hướng…………………………………………………...……..49
3.3. Cụm trục Z…………………………………………………………….….51
3.3.1. Động cơ…………………………………………………………...…….51
3.3.2. Pully………………………………………………………………….…52
3.3.3. Đai răng…………………………………………………………….…..54
3.3.4. Thanh dẫn hướng…………………………………………………...…..55
CHƯƠNG 4.XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ
THỐNG
4.1. Sơ đồ khối điều khiển của hệ thống……………………………………….56

4.2. Sơ đồ động của hệ thống ………………………………………………………...57
KẾT LUẬN…………………………………………………..………………...….…59
Tài liệu tham khảo………………………………………………………………......60

LỜI NÓI ĐẦU
3


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thơng minh TS. Nguyễn Kiên Trung
Trong thời kì công nghiệp 4.0 đang phát triển mạnh mẽ, sản lượng hàng hóa
được gia tăng đáng kể, thời gian lao động được rút ngắn và năng suất lao động
ngày càng tăng, điều này buộc các cơng ty sản xuất cần có hệ thống kho hàng tự
động cho nhà xưởng của mình. Với việc ứng dụng các hệ thống cơ khí, cơ điện tử
thơng minh ta có thể quản lý hàng hóa một cách khoa học và linh hoạt cao, nâng
cao hiệu quả hoạt động và giảm giá thành của hoạt động.
Ở Việt Nam hiện nay, việc ứng dụng tự động hóa vào trong sản xuất đã được thực
hiện nhưng còn rất hạn chế và mới mẻ. Những kỹ sư phải có một kiến thức
thiết kế sâu sắc về cơ khí, điều khiển và bảo trì, bảo dưỡng hệ thống. Từ những
suy nghĩ này, chúng em đã tìm hiểu và thực hiện đồ án:” Thiết kế hệ thống
kho hàng tự
động (AS – RS)”.
Đồ án của chúng em gồm 4 chương:
Chương 1: Phân tích các đặc tính, nguyên lý của một vài kho hàng và thông số kỹ
thuật của kho hàng thiết kế
Chương 2: Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí
Chương 3: Thông số động cơ, đai răng, pully, thanh dẫn hướng và con trượt được
chọn sau khi tính tốn.
Chương 4: Xây dựng sơ đồ động và sơ đồ điều khiển cho hệ thống
Là những sinh viên cơ khí năm 4 chuyên ngành cơ điện tử, do chưa được
tiếp xúc và nghiên cứu về hướng ứng dụng này nên chúng em đã gặp khơng ít

những khó khăn khi tiếp cận với đề tài trên. Tuy nhiên được sự hướng dẫn, chỉ bảo
tận tình của thầy TS. Nguyễn Kiên Trung, chúng em đã hồn thành đề tài này.
Tuy đã có thu được các kết quả cần thiết ban đầu, nhưng với việc là đồ án
đầu tiên mà chúng em thực hiện nên khơng tránh khỏi những sai sót do thiếu kinh
nghiệm thực tế. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cơ để đồ án của
được hồn thiện hơn.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy, cùng tồn thể các thầy cơ
bộ mơn Cơng nghệ chế tạo máy đã hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho chúng em hoàn thành đồ án.

CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THÔNG SỐ KỸ
THUẬT
4


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
1.1 .Tổng quan về kho hàng tự động
1.1.1. Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa
Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay sản xuất ngày càng
phát triển, hàng hóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu sử dụng cho xã hội. Từ đó
đã nảy sinh cần có những kho hàng hiện đại đáp ứng yêu cầu sản xuất và khắc
phục được những hạn chế của các kho hàng cũ.
Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống này rất đa
dang, phong phú về thiết bị cũng như phương thức thực hiện. Nhưng trong đó chủ
yếu là sử dụng nhân cơng để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng hóa là các
máy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho.
Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm:
Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa.
- Khơng phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường để
chung với nhau trong 1 kho).

Khơng bảo vệ hàng hóa tốt khi nhiều số lượng (hàng chồng lên nhau).
Rất khó kiểm tra số lượng hàng hóa ra trong kho.
Với sự ra đời của hệ thống sắp xếp hàng hóa tự động, chúng ta có thể quản lý hàng
hóa tốt cũng như nhanh chóng trong cơng việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi
kho, các hệ thống tự động đuợc sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa ra vào kho,
điều này đồng nghĩa với công việc đầu tư thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn
khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hàng hóa được bảo
quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và kiểm sốt, tiết kiệm được nhân cơng,…
1.1.2 Hệ thống cất lấy hàng hóa tự động ARSR (Automated Storage and Retrieval
System)
Đây là một hệ thống lấy hàng tự động với công nghệ hiện đại, được sử dụng
trong các kho hàng hồn tồn tự động. Hệ thống gồm 2 phần chính: phần mềm và
phần cứng.
- Phần mềm bao gồm phần mềm quản lý các robot lấy hàng và phần mềm
quản lý hàng hóa.
- Phần cứng bao gồm các hệ thống kệ giá cố định, các robot lấy cất hàng, hệ
thống băng tải vận chuyển hàng và các cửa tự động xuất nhập hàng hóa.

5


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thơng minh TS. Nguyễn Kiên Trung

Hình 1.2. Các ngăn chứa hàng và cơ cấu lấy hàng của hệ thống ASRS
Giải pháp này đang được đánh giá là tối ưu cho các kho hàng vì những ưu điểm và
mức đầu tư hợp lý mà giải pháp này mang lại như:
- Mật độ lưu trữ cao: do giải pháp này tận dụng được chiều cao và đường chạy
của robot nhỏ, diện tích sử dụng ít hơn so với các giải pháp khác, so sánh
trên cùng một khả năng lưu trữ.
Tốc độ xuất nhập hàng hóa cao

Khơng cần hệ thống chiếu sáng
- Công nghệ chuyển làn cho phép chỉ cần một robot cho một nhà kho giúp tiết
kiệm đáng kể chi phí đầu tư.
- Khơng cần hệ thống chiếu sáng, do đó tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống
chiếu sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành.
- Khơng sử dụng lao động trong kho: tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo
mật và thiết bị hỗ trợ.
- Quản lý hàng hóa chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ các phần mềm quản lý kết
hợp với công nghệ mã vạch giúp giảm chi phí quản lý.
Hệ thống cơ khí hệ thống của một nhà kho tự động là một rô bốt hoạt động
theo ba trục và di chuyển theo đường ray để mang hàng sắp xếp vào kho, và hệ
thống băng chuyển để phân phối sản phẩm xuất nhập.

6


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
1.1.3. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống kho hàng tự động
Cấu trúc cơ bản của một nhà kho tự động bao gồm nhiều hành lang, dọc theo
mỗi hành lang có một hay nhiều máy xếp, dỡ tự động. Hai bên hành lang là các
khoang chứa hàng. Đầu mỗi hành lang là trạm xếp dỡ. Các trạm xếp dỡ liên hệ với
nhau theo hệ thống băng chuyền.
Tổng quan, một kho hàng tự động được cấu thành từ 3 phần:
Hệ thống vận chuyển. Bao gồm: xe chở hàng, hệ dẫn hàng,…
Hệ thống xuất nhập. Bao gồm: cơ cấu lấy hàng
Hệ thống lưu giữ. Bao gồm: kho hàng và nhà kho

Hình 1.3. Hệ thống kho hàng tự động

1.2. Hệ thống dẫn động của kho hàng

Hệ thống dẫn động trong kho hàng tự động rất đa dạng, tùy theo từng yêu cầu
công nghệ, về hàng hóa, hình thức xuất nhập…. mà có những phương thức vận
chuyển hàng trong kho tương ứng. Hiện nay hệ thống vận chuyển trong kho tự động
ở các nước đã có áp dụng như: băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng, máy xếp
dỡ…
7


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
Hệ thống băng tải được sử dụng như một giải pháp tối ưu cho kho tự động của
các siêu thị, các công ty dược ... băng tải ở những mơi trường này có nhiệm vụ vận
chuyển hàng hóa từ kho đến nơi giao hàng cho khách. Đối với nhà máy chỉ sản xuất
một sản phẩm thì hệ thống băng chuyển chỉ đơn thuần phân phối sản phẩm cho các
robot một cách tối ưu. Nhưng với nhữmg nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm cùng
lúc, hệ thống băng chuyển còn thực hiện phân loại sản phẩm vào khu vực thích hợp.

Robot, xe tự động là thiết bị tất yếu của một hệ thống kho tự động. Chúng di
chuyển trong diện tích của nhà kho theo 3 trục, làm nhiệm vụ đưa hàng từ cổng
nhập đến những ô trống và lấy hàng từ ô chứa hàng ra cổng xuất.
Robot lấy cất hàng tải trọng thấp được thiết kế chuyên cho các hộp, thùng, khay hoặc
là những hàng hóa có tải trọng thấp. Robot này có tốc độ lấy hàng rất cao. Robot lấy
cất hàng tải trọng trung bình có tốc độ lấy cất khá nhanh, hiệu quả và chính xác đối
với lưu trữ dùng pallet. Robot lấy cất hàng tải trọng cao được thiết kế riêng theo yêu
cầu lưu trữ cũng như môi trường làm việc đặc trưng của khách hàng.

Hình 1.4. Robot vận chuyển hàng hóa vào các ngăn chứa

Giới thiệu về palet chứa hàng:
+ Pallet: Pallet là một cấu trúc phẳng dùng để cố định hàng hóa khi hàng được
nâng lên bởi một xe hay tời nâng hoặc các thiết bị vận chuyển khác. Pallet

có cấu tạo cơ bản của một đơn vị lượng tải cho phép di chuyển và xếp vào
kho một cách hiệu quả. Sản phẩm công nghiệp này được sử dụng rộng rãi
trong kho vận và vận chuyển hàng hóa. Pallet giúp việc bốc xếp, di chuyển
hàng hóa trong kho và giữa các phương tiện được dễ dàng và nhanh chóng.
Pallet khơng chỉ được làm từ kim loại như sắt, thét, mà còn được làm từ gỗ,
nhựa, giấy…
8


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung

Công dụng của Pallet:
Hạn chế tối đa tình trạng vỡ hỏng hàng hóa
●
Đóng gói các sản phẩm điện tử, sành sứ dễ vỡ, hàng hố giá trị cao
●
Hàng hóa cách mặt đất nên chống ẩm mốc từ đất
●
Mỗi lần di chuyển hàng hóa có thể di chuyển số lượng lớn (cả pallet)
●
Có thể nâng cả pallet chứa hàng lên kệ hoặc nâng cả pallet vào
container một cách nhanh chóng
●
Hàng hóa trong kho sẽ được bảo quản một cách khoa học và cơ giới
hóa
●

Phân loại Pallet:
Hiện tại, trên thị trường có khá nhiều loại pallet nhưng chỉ có 4 loại được
dùng nhiều nhất chính là: pallet nhựa, pallet sắt, pallet giấy, pallet gỗ.

Pallet nhựa: Pallet nhựa có độ bền cao, có khả năng chống chịu với thời tiết khắc
nghiệt tốt, không bị ẩm mốc, thích hợp cho các loại hàng hóa lưu giữ trong kho
thời gian dài.
Pallet sắt: Pallet sắt gặp nhược điểm là giá thành cao nên chỉ được sản xuất theo
số lượng hạn chế, tùy vào yêu cầu của người mua. Pallet sắt được dùng cho các
loại hàng hóa nặng như gạch, đá, sắt thép…
Pallet giấy: Pallet giấy là loại có giá thành cao nhất trong 4 loại bởi nó được sản
xuất từ loại giấy đặc biệt ép chặt với nhau bằng keo dưới tác động của áp lực lớn
bởi vậy pallet giấy chịu tải trọng rất thấp, chỉ khoảng 200kg. Loại pallet này
thường được dùng cho các loại hàng hóa cao cấp.
Pallet gỗ: Pallet gỗ thường được sản xuất không hạn chế, sử dụng được cho nhiều
loại hàng hóa, chắc chắn và có giá thành rẻ. Bởi vậy pallet gỗ thường là sự lựa
9


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
chọn nếu doanh nghiệp nào chỉ cần sử dụng pallet 1 lần hoặc đối với hàng hóa xuất
khẩu.
1.2.1 Hệ thống xuất nhập
Hệ thống xuất nhập của kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thức khác
nhau có thể kể đến như sử dụng nhân cơng, thẻ từ, tích kê, mã vạch, máy tính,
camera. Trong phạm vi đồ án này, em xin giới thiệu sơ qua về phương pháp xuất
nhập bằng mã vạch và mã QR.

Hình 1.5. Mã vạch
Mã vạch (Barcode) là hình gồm nhiều sọc đứng rộng và hẹp được in để đại diện
cho các mã số dưới dạng máy có thể đọc được.
Các mã sọc phù hợp với tiêu chuẩn Universal Product Code (UPC) được in trên
hầu hết các sản phẩm hàng hóa bày bán trong các siêu thị hiện nay. Khi hình mã
sọc được kéo lướt qua một dụng cụ quét quang học, máy tính sẽ đối chiếu số hiệu

sản phẩm với cơ sở dữ liệu các danh sách và in ra thơng tin đúng với mã đó.
Cơng nghệ mã vạch ứng dụng trong nhà kho tự động: Mỗi đơn vị hàng khi nhập
vào kho sẽ được dán nhãn mã vạch tương ứng với 1 ô trong kho. Mã vạch đó sẽ
lưu và được máy tính xử lý, truyền qua PLC để đưa hàng đến đúng vị trí của nó.
Q trình xuất hồn tồn ngược lại.
Tương tự với mã QR (Quick Response), định nghĩa là hình mã hai chiều gồm các
ma trận có thể giải mã được ở tốc độ cao

10


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thơng minh TS. Nguyễn Kiên Trung
Hình 1.6. Mã QR
Trong những kho hàng lớn và có nhiều mẫu mã sản phẩm, mã QR thể hiện sự
thông dụng trong việc ứng dụng vào các app quản lý truy xuất dữ liệu do được tích
hợp với hệ thống quét từ camera điện thoại, máy scan…
1.2.2 Hệ thống lưu trữ
Giá chứa hàng: Giá để hàng hay cịn có tên gọi là giá chứa hàng là vật dụng
được sử dụng để nâng đỡ, chứa đựng hàng hóa cho nhiều đơn vị thuộc các ngành
nghề khác nhau. Có nhiều loại giá để hàng khác nhau dựa theo tải trọng và kiểu
dáng hay mục đích sử dụng của từng đơn vị. Hàng hóa, sản phẩm khi được chứa
trên các loại kể đựng hàng sẽ đảm bảo khơng bị ẩm ướt, hư hỏng, rơi vỡ… Ngồi
ra những giá hàng hóa có trọng tải nặng có giúp các kho có thể chứa được nhiều
hàng, mang lại sự gọn gàng thơng thống cho nhà kho, giúp cho việc quản lý xuất
nhập hàng hóa được diễn ra một cách thuận tiện.
+ Cấu tạo giá để hàng: đế giá hàng, ốc vít, bulơng đai ốc, giá đỡ. Với những
giá để hàng có trọng tải nặng thì cần thêm các thanh đỡ, thanh beam phía
dưới giá đỡ của mỗi tầng.

+ Các mẫu giá hàng thường dùng: Có nhiều mẫu giá đựng hàng hóa khác nhau

dựa vào tải trọng mà nó có thể chứa đựng hoặc theo nhu cầu sử dụng.
Giá tải trọng nặng: đây là loại kệ chứa hàng hóa được thiết kế
thành nhiều tầng, có thể chứa được lượng hàng hóa có trọng tải hàng
nghìn kg/ tầng.
●

11


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
Loại kệ này thường được sử dụng trong các kho hàng tại các khu công
nghiệp, nhà máy…
Giá kệ chứa pallet: đây là hệ thống kệ tải trọng nặng được sử dụng
phổ biến hiện nay, có thể chứa được lượng hàng hóa có trọng lượng từ 800
– 6000kg/ tầng.
●

Giá kệ Driver in racking: là loại kệ có trọng tải lớn chứa pallet
kho hàng đồng nhất sản phẩm, mật độ hàng hóa lớn.
●

Giá khn: đây là mẫu kệ chứa hàng có trọng tải nặng thường được
sử dụng trong các ngành cơ khí, cơng nghiệp xe hơi, tàu biển…
●

Giá tải trung bình: là những loại kệ chứa hàng có nhiều tầng, mỗi
tầng được được ngăn bởi mâm tole hoặc ván ép. Mỗi tầng của loại kệ này
có thể chịu được tải trọng từ 300 – 700 Kg, thích hợp cho việc lưu trữ, chứa
đựng nhiều chủng loại hàng hóa khác nhau.

●

Phần mềm quản lý được thiết kế để hỗ trợ người quản lý kiểm soát mọi hoạt động
liên quan đến kho. Nhờ nắm vững thông tin hàng trong kho và số lượng, khả năng
hàng hóa bị loại bỏ do quá hạn hoặc lưu trữ quá số lượng cần thiết sẽ được giảm tối
đa. Ta có thể ứng dụng phần mềm quản lý hệ thống của TIA Portal V15 của hãng
Siemens, trong đó ta có thể đáp ứng những yêu cầu sau:
* Tối ưu hóa việc lưu kho:
Các q trình nhập và xuất hàng được kiểm sốt liên tục nhở phần mềm quản lý
kho dựa trên các điều kiện tối ưu do người sử dụng đặt ra. Vì vậy, hàng hóa sẽ ln
được lưu trữ ở số lượng vừa đủ làm giảm việc tồn đọng vốn.
* Tự động hóa q trình nhập / xuất hàng:
Thời gian cơng sức (kể cả giấy tờ quản lý) được giảm thiểu khi giao nhận hàng, vì
thế người sử dụng sẽ khơng bao giờ cần phải tự đi tìm trong kho vị trí cất hàng
thích hợp hay món hàng đúng theo u cầu.
* An tồn phịng chống cháy nổ cho nhà kho:
Trong không gian kho chứa phải đặt hệ thống báo động với những detector khói,
và nhiệt. Nếu có hỏa hoạn, thì hệ thống này sẽ kích hoạt cái cịi (90 dB) trong hành
lang chung.
Trong khn khổ của đồ án thì chúng em sẽ chưa ứng dụng phần này vào , tuy
nhiên đây là một hướng mở rộng thông thường cho đồ án tốt nghiệp sau này.

12


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống dẫn động cho kho hàng tự động
Một hệ thống dẫn động trong kho hàng tự động được thiết kế gồm có: một hệ
băng tải con lăn sử dụng bộ truyền đai răng giúp đưa hàng hóa vào nơi nhận hàng.
Sau đó cụm máy sẽ di chuyển theo trục X ra vị trí nhận và sau đó đặt hàng lên trên

bàn lấy hàng cụm nâng hàng Y – Z tới vị trí ơ kho hàng (Xo, Yo, Zo). Cụm này sẽ
được nâng lên bằng một cơ cấu truyền động đai và cuối cùng thì đưa hàng ra bằng
tay lấy hàng của trục Y
Các thành phần của hệ thống:
+ Hệ con trượt thanh trượt tròn (cụm X)
+ Hệ con trượt vuông thanh ray vuông ( cụm Y)
+ Hệ thanh trượt tròn (cụm Z)
+ Bàn trượt tịnh tiến trục X (đưa cơ cấu ra lấy hàng)
+ Động cơ
+ Bộ truyền đai (cụm X, cụm Y và cụm Y)
+ Nhơm định hình
+ Tấm đỡ trục Z
+ Đai răng
+ Cụm lấy đưa ra hàng (cụm Y)
+ Giá chứa hàng
+ Palet để hàng
Sơ đồ các thành phần hệ thống (2D): Khi khơng có kho hàng và khi
có kho hàng

13


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thơng minh TS. Nguyễn Kiên Trung

Q trình từ khi nhận hàng vào kho, lưu trữ tới xuất hàng gồm rất nhiều nhiệm vụ
và khâu, có thể chia làm 3 phần sau:
Xuất – Nhập
Vận chuyển
Lưu giữ
1.3.1 Quá trình xuất nhập hàng

u cầu: Nhanh, chính xác an tồn hệ thống
Nhiệm vụ: Nhận hàng, trả hàng
Phương án sử dụng trong hệ thống là thiết kế mỗi hàng hóa có 1 mã QR in trên
hóa
đơn người gửi hàng, nhân viên điều khiển sẽ quét mã QR đấy khi lấy hàng trả.
+ Nhận hàng: Khi có người gửi hàng, người điều khiển sẽ cho lên pallet và
đưa vào băng tải sau đó đặt lên một tay lấy hàng để được đưa vào một ngăn
chứa cịn trống, q trình tay máy di chuyển hàng diễn ra tự động. Sau khi
hàng được cất vào ngăn, sẽ có một thẻ QR của ngăn hàng được trao cho
người gửi hàng.
+ Trả hàng: Khi cần truy xuất hàng, người điều khiển sẽ đưa ra vị trí ngăn
hàng trên mã vạch, sau đó lệnh cho tay máy đến ngăn hàng đó và lấy hàng
đưa ra. Q trình lấy hàng của tay máy diễn ra tự động.


14


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thơng minh TS. Nguyễn Kiên Trung
1.3.2 Q trình vận chuyển
- Yêu cầu: Nhanh – chính xác - ổn định – an toàn – chắc chắn – dễ lắp đặt, dễ
bảo dưỡng…
- Nhiệm vụ: - Chuyển hàng từ khay nhận hàng vào các ngăn cịn trống khi có
lệnh nhận hàng.
Lấy hàng từ các ngăn có hàng được chọn khi có lệnh trả hàng
- Giải pháp: Vận chuyển vào bằng xe nâng hàng, robot, … đưa vào hệ thống
dẫn băng tải
Có tín hiệu lấy: Tay lấy hàng vươn ra và cất hàng và ơ hàng cịn trống.
Có tín hiệu trả: Tay lấy hàng vươn ra lấy hàng và đặt hàng lên bang tải dẫn ra ngồi
1.3.3 Q trình lưu kho

u cầu:
●
Chắc chắn
●
Tác động nhanh
●
Dễ dàng bảo trì bảo dưỡng để sử dụng lâu dài…
Nhiệm vụ:
+ Lưu giữ hàng khi hàng được gửi vào, cứng vững, có độ bền và tuổi thọ cao
+ Báo tín hiệu điều khiển là cịn trống hay đã có hàng
- Giải pháp:
+ Lập trình hệ thống trên phần mềm điều khiển PLC, quy định mỗi ô có một
mã QR tương ứng với tọa độ.
+ Trạng thái của ô hàng sẽ được xác định bởi đèn báo trên hệ thống, khi đầy
thì sẽ khơng cất hàng lên ô đó nữa.
+ Sử dụng công tắc hai tiếp điểm trên hộp điều khiển cầm tay. Khi muốn đưa
hàng vào ngăn, người điều khiển sẽ bật công tắc ra lệnh cho xe đưa hàng vào
ngăn tương ứng, đồng thời đèn LED trên hộp ứng với vị trí ngăn đó sẽ sáng,
báo có hàng gửi vào ngăn.
+ Khi muốn lấy hàng ra khỏi ngăn, người điều khiển tắt công tắc 2 tiếp điểm,
đèn LED tối và xe sẽ di chuyển lấy hàng ra khỏi ngăn đó. Khi trả hàng thì
chủ hàng đã đưa vé cho nhân viên điều khiển tính số tiền phải trả, khi thực
hiện xong thì nhân viên sẽ đóng cơng tắc để hệ thống thực hiện q trình trả
hàng.

15


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
1.4. Các bộ phận chuyển động chính của kho hàng tự động

1.4.1 Hệ thống bàn máy vào ra tịnh tiến trục X
Bao gồm một bàn máy trục X đặt trên hệ thống con trượt và ray dẫn hướng,
vít chặt cụm nâng hạ Z và cụm lấy hàng Y. Hệ dẫn hướng bằng rãnh trượt tròn,
được kéo bởi hệ thống đai răng được cố định hai đầu bởi puli (một đầu gắn động
cơ, đặt đối xứng hai đầu).
Chiều chuyển động của xe ra vào phụ thuộc vào chiều của đặt hệ thống đai và động
cơ. Việc dừng và khống chế hành trình của giá nâng phụ thuộc vào thông số đưa
vào từ hệ thống điều khiển.
1.4.2 Hệ thống nâng hạ trục Z
Bao gồm một bệ đỡ nâng hạ bàn máy trục Y được bắt trượt trên hai trục đỡ
cố định. Hệ dẫn hướng bằng rãnh trượt tròn, được kéo bởi hệ thống đai được cố
định hai đầu bởi puli (một đầu gắn động cơ đặt trên đế trục Z, một đầu treo trên
cao, đặt đối xứng hai đầu).
Chiều chuyển động của bệ đỡ được giới hạn trong chiều cao của cụm Z. Việc dừng
và khống chế hành trình của giá nâng phụ thuộc vào thông số đưa vào từ hệ thống
điều khiển.
1.4.3 Hệ thống lấy hàng trục Y
Bao gồm một tay lấy hàng Y để lấy và cất hàng trên kệ hàng, trượt trên
thanh trượt chữ nhật. Hệ dẫn động có thể sử dụng truyền động đai với yêu cầu tải
trọng thấp hơn hai hệ thống còn lại.
Chiều chuyển động vào ra được giới hạn trong chiều dài tấm bắt với cụm Z. Có thể
hoạt động song song hoặc bị khống chế hành trình khi thông số điều khiển được
đưa vào từ hệ thống điều khiển.
=> Ta có thơng số hàng hóa, kho hàng để thiết kế hệ thống lấy hàng tự động

Hàng
Kích thước (m)
Giá hàng

1.04 x 0.24 x 1,2

16


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thơng minh TS. Nguyễn Kiên Trung
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ
2.1. Tính tốn động học cho cơ cấu vận chuyển (trục X)
2.1.1.Tính toán chọn động cơ, bộ truyền pulley – đai răng
Đai răng tương tự như đai dẹt nhưng bề mặt trong có các gờ hình thang, trịn hoặc
cong. Trên các bánh đai cũng có các rãnh tương ứng. Bộ truyền làm việc được là
nhờ vào sự ăn khớp giữa đai và các răng của bánh đai
Hệ gồm có:
+

+

Trọng lượng của cả cơ cấu tác dụng lên ray dẫn

+

⃗

⃗⃗⃗

⃗⃗⃗

⃗

Lực ma sát giữa con trượt
và thanh ray dẫn Fms = µ với µ = 0.004 nên |Fms | rất nhỏ nên ta coi như ảnh hưởng của lực ma sát là khơng có

⃗⃗
⃗
Lực kéo tác dụng lên xe F
k

Do ảnh hưởng của lực ma sát rất nhỏ, trọng lượng của cơ cấu tác dụng lên đai cũng
bé nên để xe có thể chuyển động thì khi đó:
⃗⃗⃗

⃗⃗⃗

F k=

Fqt trong đó :

⃗⃗⃗

F

qt

= ma ⃗ với a⃗ là gia tốc của bàn xe chạy

Vận tốc mong muốn của xe là v=20 m/p =

Khi đó v = v0 + at với v0 = 0 và t =

Suy ra Fk = 60.1= 60 N (m=60kg)

Công suất làm việc của trục động cơ :

Fk.v

=

P=

đc

1000

Chọn hiệu suất của bộ truyền đai: ηđ = 0,96

Sử dụng 4 gối đỡ có ổ lăn : ηol = 0,99

Công suất cần thiết của trục động cơ:
P

đc

Pct=

ηđ.ηol4

Số vòng quay của bánh đai để đạt vận tốc v :

17


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung

v
= 60000.

bộ)
⇨

π.D

chọn động cơ bước có P = 0,1 Kw, số vịng quay nđc = 130 (v/p) 2.1.2. Tính tốn bộ truyền

1.
Tính tốn đai
Mơđun m được xác định theo cơng thức:

Theo đó:

⇨ m = 35.

=> bước răng p=9,42 mm (bảng 4.27)


18


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung

Chiều rộng đai b:
Tra bảng 4.28 chọn b=32mm

2.Xác định các thông số bộ truyền :

Sử dụng 2 bánh đai giống nhau nên z1= z2 và tỉ số truyền u=1 Với vận tốc bánh đai là 130 v/p theo bảng 4.29

19


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung

Ta chọn 1= 2=18
Khoảng cách trục a = 1380mm
⇨ Số răng đai z =

đ

⇨

⇨
chọn đ =311
Chiều dài theo đường trung hoà chọn theo dãy tiêu chuẩn sau:
400, 450, 500, 560, 630, 710, 800,900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800,
2000,2240,2500,2800,3150,3550,4000,4500,5000,5600,6300,7100,8000,900 0,
10000, 11200,12500,14000, 16000, 18000
⇨

Chiều dài đai L = p.

⇨

Theo dãy tiêu chuẩn trên chọn L= 3150 mm

-

2

đ

= 9,42 . 311 = 2929,62 mm

Tính lại khoảng cách a
2

a = (λ + √λ − 8Δ ) /4

20


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
= L − p.(z1 + z2)/2 = 3150 – 9,42. (18+18)/2 = 2980 mm
Δ = m(z2 − z1)/2 =0 ( do z2 = z1)



a = (2980 + √29802)/4 = 1490 mm

Đường kính vịng chia của các bánh đai d1= d2= m. z1=3.18=54 mm

Đường kính ngồi của bánh đai da1= da2 = m. z1 - 2δ với δ=0,6 mm ( bảng 4.27) , là khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình chịu tải

=> da1= da2= m. z1 - 2δ= 54-2.0,6=52,8mm Số răng đồng thời ăn khớp trên 1 bánh
đai
z0=z1. α1/360 = 18.180/360 = 9 với α1 là góc ơm trên bánh đai 1 3. Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng

Lực vòng trên đai phải thỏa mãn điều kiện:

21


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
2
q= Ft. Kđ/b +qm. v ≤[q] với :
Ft = 1000.

P
v

= 1000.

1/3

0,1

= 300 N ( Lực vịng_ cơng thức 4.9)

Kđ= 1: hệ số tải trọng động
b=32 mm
qm= 0,004 : Khối lượng 1 mét đai

Suy ra q= 300.

1
32

+ 0,004.

1
9

(1)

= 9,375 N/mm

Mặt khác [q] = [q0]. Cz. Cu do số răng ăn khớp > 6 nên Cz=1

[q0]= 10 N/mm: Lực vòng riêng cho phép

Tỉ số truyền u =1 nên

=1

⇨ [q]= 10.1.1 = 10 N/mm
⇨ Từ (1) và (2) đai thỏa mãn bền khi kiểm theo lực vòng riêng 4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác
dụng lên trục

22


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí – cơ điện tử thông minh TS. Nguyễn Kiên Trung
Lực căng ban đầu:

F0= (1,1÷1,3). Fv = (1,1÷1,3). qm. v2.b ( cơng thức 4.35)

⇨

F0= (1,1÷1,3) . 0,004.

1

9

. 32 =0,016÷0,018 ( N)

Do vận tốc bánh đai v=1/3 (m/s) nhỏ hơn 20 m/s nên Fr= (1,0÷1,2). Ft = (1,0÷1,2). 300 = 300÷360 (N)

Bảng thơng số bánh đai răng :

23