(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế hệ thống mái che tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁI CHE TỰ ĐỘNG
SÂN PHƠI NƠNG SẢN VÀ CHẾ TẠO MƠ
HÌNH THU NHỎ

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH
VÕ TÂM THỨC
LÊ XUÂN BẢO LONG

Đà Nẵng, 2019


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật,cũng như nhu cầu đòi hỏi của con
người ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội.Trong đó có nhu cầu về
một cuộc sống tiện nghi, thông minh. Điều này đã thôi thúc những nhà khoa học thiết
kế chế tạo ra những sản phẩm đáp ứng những tiện nghi,thơng minh đó. Một trong số
đó cần kể tới là mái che tự động.
Mái che di động là một thiết bị khá phổ biến trên thị trường hiện nay và khá được
người dùng ưa chuộng. Tuy nhiên, hầu hết tất cả các mái hiên di động trên thị trường

hiện nay đều được điều khiển một cách hết sức thơ sơ và cơ khí.
Trong đời sống hiện nay, tự động hóa các thiết bị để chúng hoạt động hiệu quả hơn
là một xu thế tất yếu. Đề tài “Thiết kế hệ thống mái che tự động” cũng nhằm thiết kế

LR

C

C

một hệ thống mái hiên hoạt động hiệu quả hơn mà không cần nhiều đến sự điều khiển
trực tiếp từ người sử dụng, giúp tiết kiệm thời gian, công sức và cũng làm tăng tuổi thọ
mái che so với các mái che truyền thống khác. Là một sinh viên khoa cơ khí của
trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn

U

T-

thiết kế một mái che tự động hóa nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt, ứng dụng trong
thực tế đời sống hằng ngày, em đã chọn “hệ thống mái che tự động” làm đề tài cho đồ
án tốt nghiệp của mình.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình, em đã cố gắng hết sức để hoàn

D

thành một cách tốt nhất. Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết có hạn nên sẽ khơng
tránh khỏi những thiếu sót mong các thầy cơ giáo bỏ qua và đóng góp ý kiến cho đề tài
của em hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lưu Đức Bình đã tận tình giúp đỡ chúng em trong

quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

i


CAM ĐOAN

Với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và tham khảo các tài liệu chúng
em đã hồn thành đồ án tốt nghiệp của mình và xin cam kết rằng:
 Các số liệu, cơng thức trích dẫn đều từ các tài liệu tham khảo đáng tin cậy.
 Tuân thủ các quy định của nhà trường đề ra về cách thức trình bày đồ án.
 Nội dung các phần trong đồ án được giáo viên hướng dẫn cụ thể và kiểm tra
thường xun.

LR

C

Sinh Viên:

C

Khơng trích dẫn, sao chép từ các nguồn tài liệu khi chưa được sự đồng ý cũng như các
tài liệu vi phạm pháp luật.

D

U

T-

Vỏ Tâm Thức

ii

Lê Xuân Bảo Long


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Ý TƢỞNG THIẾT KẾ

Hiện nay tuy công nghệ đã phát triển rất tiên tiến, các công việc của người nông
dân cũng đỡ vất vả hơn, nhưng mà trong các cơng việc đó thì việc phơi, che đậy nơng
sản vẫn khiến họ vất vả. Hay khi đang xem một bộ phim hay, đang trầm tư suy nghĩ
một chuyện gì đó, hay đang bận làm dở cơng việc thì cơn mưa ào đến, bạn phải chạy
tất tả ra sân để che đậy nông sản. Hoặc đang ở vườn cách xa nhà chẳng hạn, vào các
ngày mưa người nông dân không thể vừa đi làm vừa ở nhà chuẩn bị che đậy, mở bạt
che nông sản được. Và nó đặt ra một câu hỏi là taij sao khơng nghĩ ra một giải pháp để
có thể tự động kéo mái che ra khi trời mưa và che lại, sau đó lại mở mái che ra phơi

C

tiếp khi trời nắng, mà không cần con người chạm tay vào.
Bộ điều khiển mái hiên di động theo thời tiết lúc đầu chỉ đơn giản là: nếu ban ngày,
trời mát, khơng có nắng và cũng khơng có mưa thì mái hiên sẽ tự động cuốn vào; nếu

LR

C

như trời nắng, hoặc mưa thì mái hiên sẽ tự động cuốn ra che. Như thế, người sử dụng
sẽ không cần phải quay một cách thô sơ như trước nữa mà vẫn sử dụng mái hiên đó

U

T-

đúng mục đích. Nhưng với mục đích của đề tài là nhằm ứng dụng vào việc che nông
sản khỏi bị ướt bởi những cơn mưa bất chợt khi đang phơi. Vì vậy, bộ điều khiển ở
đây sẽ được lập trình là khi trời nắng mái che sẽ được cuốn vào, khi trời mưa mái che
sẽ tự động cuốn ra che. Như vậy sẽ không lo nông sản bị ướt khi có những cơn mưa

D

rào, cơn mưa bất chợt, giúp chúng ta có thể n tâm phơi nơng sản rồi làm những công
việc khác để cải thiện đời sống, tiết kiệm thời gian.
Một yêu cầu nữa đặt ra là khi con người muốn can thiệp vào sự điều khiển đó, mà
khơng cần đến yếu tố tự động thì mạch xử lý của chúng ta cũng đáp ứng được. Nghĩa
là, sẽ có hai chế độ, một là điều khiển một cách tự động, hai là có sự can thiệp của con
người. Điều khiển tự động theo sự thay đổi của thời tiết, cịn khi có bàn tay người điều
khiển sẽ có một hệ thống bảng điều khiển với các nút ấn: điều khiển cuốn ra và điều
khiển cuốn vào.
Nhưng thời tiết khơng phải chỉ có nắng và mưa thơi mà cịn các yếu tố khác nữa tác
động đến, ví dụ như là gió. Gió cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến sự hoạt động của
mái hiên, vì nếu như gió quá lớn sẽ làm hỏng, làm tốc mái hiên đi. Vậy vấn đề đặt ra ở

đây là, khi có gió lớn, có nguy cơ làm hỏng mái hiên ta phải đưa ra được tín hiệu điều
khiển mái hiên đi vào, lúc này tín hiệu gió được quyền ưu tiên nhất, các tín hiệu khác
như nắng, mưa hoặc tín hiệu điều khiển cuốn ra sẽ khơng có tác dụng. Nhưng gió cũng
có nhiều kiểu: gió to, gió vừa, gió xốy, gió thoảng qua, gió trong một thời gian dài…
Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

1


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

và nếu như chỉ là một cơn gió thống qua, tức là thời gian tồn tại ngắn thì mặc dù
mạnh tới đâu cũng không thể làm hỏng được mái hiên. Chỉ khi nào gió thật lớn, và kéo
dài thì mới cần thiết phải đưa ra tín hiệu điều khiển cho mái hiên cuốn vào.
Ngồi tín hiệu gió được quyền ưu tiên nhất, trong bất kỳ trường hợp nào thì khi trời tối
cũng cần phải điều khiển cho mái che đi rache, bởi vì khi trời tối sẽ có độ ẩm cao và có
sương sẽ làm ướt và ẩm nơng sản có thể làm mốc, hư hại nông sản, làm mất công sức
phơi cả ngày. Ban đêm cho mái che đi ra che nông sản sẽ giúp tiết kiệm, giảm được
công sức không phải mất công đưa nông sản vào kho rồi mai phải đưa ra phơi lại vì
nơng sản thường phải phơi đủ số giờ nắng nhất định mới đưa vào kho và đưa đi chế
biến sản xuất.
Như vậy, ta sẽ thiết kế một bộ điều khiển có hai chế độ: Tự động và Bằng tay.
+ Chế độ Tự động:

C

- Ban đêm:mái hiên cuốn ra

C

- Ban ngày: nếu trời nắng hoặc mưa: mái hiên cuốn vào; ngược lại thì cuốn ra.

LR

+ Chế độ Bằng tay :

D

U

T-

- Có tín hiệu điều khiển ra : mái hiên mở ra
- Có tín hiệu điều khiển vào: mái hiên cuốn vào.

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

2


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁI CHE TỰ ĐỘNG
1.1. Giới thiệu

Ngày nay, kỹ thuật điện tử đã liên tục có những tiến bộ vượt bậc, đặc biệt là trong kỹ
thuật chế tạo vi mạch điện tử và công nghệ chế tạo cảm biến. Sự ra đời và phát triển
nhanh chóng của kỹ thuật điện tử mà đặc trưng là kỹ thuật vi xử lý và kỹ thuật công
nghệ chế tạo cảm biến đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của
khoa học kỹ thuật tạo tiền đề cho việc chế tạo các sản phẩm máy móc có tính năng tự
động hóa cao hơn và thơng minh hơn.
Với mục đích đơn giản, nếu ban ngày trời nắng khơng có mưa mái che sẽ tự động
cuốn vào, nếu ban ngày trời mưa và ban đêm mái che sẽ tự động cuốn ra che. Như thế
sẽ giúp người phơi nông sản không sợ nông sản đang phơi sẽ bị ướt khi có mưa bất
ngờ bên cạnh đó người sử dụng sẽ không cần phải quay một cách thô sơ như trước nữa
mà vẫn sử dụng mái che đó đúng mục đích tạo sự tiện nghi cho công việc hàng ngày

C

C

của những người phơi nơng sản. Vì vậy chúng em đã bắt tay vào nghiên cứu đề tài
“thiết kế hệ thống mái che tự động”.

U

T-

LR

1.2. Lý do chọn đề tài
Ngày nay khoa học kỹ thuật đã phát triển hết sức mạnh mẽ, đã có rất nhiều thiết bị
phục vụ cho cuộc sống dựa trên các ứng dụng của khoa học công nghệ như máy giặt,
tủ lạnh, ti vi, điện thoại,… tuy nhiên bên cạnh đó chúng em nhận thấy vẫn cịn nhiều
cơng việc có thể áp dụng khoa học cơng nghệ nhưng lại chưa được áp dụng, chưa

được sử dụng rộng rãi. Một ứng dụng nhỏ trong đó mà chúng em nhận thấy vẫn chưa

D

được chế tạo sử dụng đó là một mái che thơng minh có thể tự động kéo mái che ra khi
trời mưa và che lại, sau đó lại mở mái che ra phơi tiếp khi trời nắng. Từ tình hình thực
tế trên chúng em đã hình thành một ý tưởng để thực hiện cơng việc trên đó chính là
“hệ thống mái che tự đơng” nhằm ứng dụng chính vào việc phơi nơng sản và có thể
ứng dụng để che vào những việc khác.
1.3. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
+ Nghiên cứu các cơ cấu truyền động, các mạch cảm biến, các mạch điều khiển.
+ Giúp sinh viên tiếp cận gần gũi hơn với cơng việc thường ngày qua đó sử dụng
vốn kiến thức của mình áp dụng vào thực tế cuộc sống.
+ Góp phần nhỏ vào tiến trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
+ Thấy được lợi ích của khoa học kỹ thuật trong đời sống.

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

3


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Ý nghĩa thực tiễn:
+ Mọi người luôn cảm thấy yên tâm khi phơi nông sản mà không sợ trời mưa, trời
tối.

+ Tiết kiệm sức lao động
+ Phát triển hệ thống tư duy, sáng tạo để từ đó có thể nghiên cứu, triển khai các hệ
thống khác phức tạp hơn.
1.4. Những điểm mới của đề tài
Trên thực tế đã có một số sản phẩm tương tự đề tài này, nhưng qua tham khảo
chúng em nhận thấy rằng những sản phẩm đó cịn rất nhiều hạn chế như: tính linh
động của sản phẩm, tính “thơng minh” của sản phẩm đó là có thể mở mái che ra khi
trời mưa, nhưng lại không thể kéo mái che khi trời nắng,… từ những hạn chế trên
chúng em đã đưa ra một hệ thống hoàn toàn mới, “thông minh” thật sự. Hệ thống mái
che tự động là một mái che thông minh là một sản phẩm hoạt động dựa trên sự kết hợp

C

hoàn hảo giữa kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật điện và kỹ thuật lập trình vi xử lý. Đảm bảo

LR

C

thực hiện các yêu cầu cơ bản mà chúng ta mong muốn đó là bảo vệ nơng sản trước
mưa gió, sương. Ngồi việc đạt được những yêu cầu của hệ thống mái che thì chỉ cần
một vài cải tiến nhỏ thì thiết bị có thể triển khai thành hệ thống kéo rèm cửa tự động,

T-

hệ thống tưới nước, vòi nước cảm ứng, thiết bị hẹn giờ, thiết bị báo mức nước lũ lụt,
robot,…

U

1.5. Mục đích nghiên cứu
+ Giúp mọi người luôn thoải mái khi phơi nông sản.

D

+ Bảo vệ nơng sản trước mưa, gió và sương.
+ Tiết kiệm sức lao động cho con người.
1.6. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu và xây dựng mơ hình điều khiển mái che tự động dựa trên vi điều khiển
AT89C51 hoặcvề ngơn ngữ lập trình arduino . Từ đó phát triển cao hơn, đưa bộ điều
khiển áp dụng vào trong thực tế giúp tiết kiệm sức lao động cho con người.
Làm quen với việc tính tốn thiết kế, chế tạo, nguyên lý hoạt động của mái che và
củng cố phần lý thuyết về mạch điện tử, cảm biến và mạch điều khiển bằng vi điều
khiển.
1.7. Nội dung đề tài
Việc thực hiện nghiên cứu đề tài „„thiết kế hệ thống mái che tự động ‟‟ trong điều kiện :
- Thời gian thực hiện :1 học kỳ .
- Kinh nghiệm thực tế chưa nhiều
- Vật tư và linh kiện không đồng bộ
Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

4


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Vì vậy chúng em đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:

- Lập trình bằng vi xử lý AT89C51 hoặc về ngơn ngữ lập trình arduino.
- Thiết kế chế tạo mạch điều khiển động cơ DC
1.8. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp kế thừa: Kế thừa từ các tài liệu, cơng trình nghiên cứu trước đó về hai
mảng chính của đề tài: Cấu trúc vi điều khiển 8051 và điều khiển động cơ điện một
chiều
Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Sau khi đã xây dựng xong cơ sở lý thuyết của
đề tài sẽ tiến hành thử nghiệm sự hoạt động trên các thiết bị hiện có.
Các bước tiến hành nghiên cứu là tìm hiểu cơ sở lý thuyết về vấn đề nghiên cứu, tiến
hành thiết kế chương trình điều khiển và mạch điều khiển, sau đó thử nghiệm trên mơ
hình để đưa rakết luận.
Kết quả hy vọng đạt đƣợc
Nghiên cứu và chế tạo thành công “hệ thống mái che tự động”. Sau khi hồn

C

1.9.

C

thành thành cơng mơ hình dự án thu nhỏ, nhân rộng đưa vào sản xuất để phục vụ cho
cuộc sống.

LR

1.10. Các loại mái che phổ biến hiện nay

D

U

T-

1.10.1.Mái che nắng che mƣa tay quay

Hình 1.1: Mái che bằng bạt tay quay
Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

5


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Là một trong những loại mai che được ưa chuộng hiện nay, mái che bằng bạt tay
quay được thiết kế với trục cuốn bằng ống nhơm cuốn một đầu bạt, đầu cịn lại nối với
thanh inox làm đai dưới giúp cho bạt luôn được căng và thả thẳng xuống. Tất cả cơ
cấu bạt được bắt cẩn thận lên tường hay trần (tuỳ vào vị trí lắp đặt) bằng vít nởi sắt
cùng bản mã hai đầu trục cuốn.
Về phần bạt mái che, chất liệu khá đa dạng, thiết kế tinh tế nhiều hoa văn, có tráng
PVC nhằm tăng độ bền, chống mưa che nắng tốt hơn.
1.10.2.Mái che bằng bạt tự cuốn
Mái che bằng bạt tự cuốn có cơ cấu tương tự như loại tay quay, nhưng thay vào đó
sản phẩm này khơng có tay quay mà là lò so ống tự cuốn. Nếu người dùng muốn che
nắng, che mưa chỉ cần kéo bạt xuống, lúc này đồng thời lò so bung ra, ổng nhôm quay
thả bạt ra đến khi bạt đạt một độ cao theo nhu cầu thì neo lại. Và khi khơng sử dụng,

D

U

T-

LR

C

C

bạn chỉ việc tháo néo, bạt sẽ tự động cuốn lên vị trí lắp đặt ban đầu.

Hình 1.2: Mái che bằng bạt tự cuốn

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

6


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

LR

C

C

1.10.3.Mái hiên di động

D

U

T-

Hình 1.3: Mái hiên di động
Mái hiên di động là một trong những mái che bằng bạt được sử dụng phổ biến nhất bởi
những ưu điểm vượt trội như:
- Thiết kế cực kỳ thông minh, giúp người sử dụng có thể bung ra hoặc cuốn vào một
cách dễ dàng.
- Màu sắc và mẫu mã vơ cùng đa dạng, thích hợp với mọi khơng gian lắp đặt.
- Có chất liệu bạt cao cấp, bền bỉ theo thời gian.
- Kích thước đa dạng, có thể di chuyển nhiều nơi.
- Đặc biệt giá cả phải chăng nhưng thời gian sử dụng lâu dài.
1.10.4.Mái bạt xếp di động
Là một loại mái che di động được sử dụng phổ biến ở các nhà hàng sân vườn, quán
café, hồ bơi, quán ăn…Mái che bằng bạt xếp có kết cấu xếp tầng thành từng nếp gấp,
nhẹ nên dễ dàng di chuyển và lắp đặt, vì tính chất linh hoạt nên sản phẩm này luôn
đảm bảo được nhu cầu che nắng, che mưa mang lại không gian thống mát, sạch sẽ,
lịch sự và tiết kiệm diện tích sử dụng.

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

7


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

D

U

T-

LR

C

C

Hình 1.4: Mái bạt xếp di động

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

8


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

CHƢƠNG 2:

PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

LR

C

C

2.1. Phân tích và lựa chọn phƣơng án
2.1.1. Phương án 1
Sử dụng hệ thống xy lanh thủy lực để nâng sàn nâng

T-

Hình 2.1: Sơ đồ phương án hệ thống xylanh thủy lực
Ưu điểm:
Truyền động được công suất cao và lực lớn

-

Kết cấu đơn giản
Dễ thực hiện tự động hóa theo chương trình có sẵn


-

Nhược điểm:
Giá thành cao
Cần có trạm nguồn thủy lực nên chiếm diện tích lớn

-

Việc sửa chữa khó khăn
Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử

D

U


-

2.1.2. Phương án 2
Sử dụng hệ thống nâng trực tiếp liên kết với sàn nâng

-

Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản
Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện
Dễ thực hiện tự động hóa theo chương trình có sẵn


-

Nhược điểm:
Cần động cơ có cơng suất lớn

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

9


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Cần bố trí nhiều động cơ
Lực tác dụng lên dây cáp lớn dễ xảy ra hiện tượng đứt cáp

-

Do cần động cơ có cơng suất lớn nên giá thành cao

T-

LR

C

C

-

U

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống nâng trực tiếp liên kết với sàn nâng

D

2.1.3. Phương án 3
Sử dụng hệ thống nâng qua truyền động trung gian

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

10


C

Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

C

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống nâng qua truyền động trung gian
Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ
Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện
Yêu cầu động cơ với công suất không quá cao
Giảm tốc và đảo chiều một cách dễ dàng


-

Nhược điểm:
Cần phải bố trí nhiều động cơ

D

U

T-

LR


-

2.2. Lựa chọn phƣơng án
Dựa vào ưu, nhược điểm các phương án trên ta lựa chọn phương án 3. Vì kết cấu
đơn giản, cách bố trí và lắp đặt hệ thống đơn giản thuận lợi trong q trình chế tạo
và lắp đặt,khơng cần động cơ công suất lớn nên giá thành cho hệ thống nâng không
quá cao dễ dàng áp dụng cho các nước chưa phát triển hoặc đang phát triển.
2.3. Phân tích thiết kế động học máy
2.3.1. Phương án thiết kế khung dầm
2.2.1.1.
Phương án 1
Chọn sàn nâng được cấu thành từ các tấm thép, được đỡ bởi 2 thanh thép vuông

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

11

Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Hình 2.4:Phương án thiết kế sàn nâng từ các tấm thép

-

Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

-

Khối lượng sàn nâng không quá lớn

-

Bề mặt tiếp xúc lớn

LR

C

C


Nhược điểm:
Độ võng lớn khi chịu tải trọng tác dụng
Khả năng chiệu uốn thấp
2.2.1.2.
Phương án 2


-

Khả năng chịu uốn cao

D

-

U

T-

Chọn sàn nâng được cấu tạo từ các thanh thép chữ I cỡ lớn

Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ
Khối lượng sàn nâng không quá lớn
Nhược điểm:
Khối lượng sàn nâng tương đối lớn
Đòi hỏi kỹ thuật hàn cao

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

12

Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Hình 2.5: Phương án thiết kế sàn nâng từ các thanh thép chữ I cỡ

LR

C

C

Kết luậ : Dựa vào ưu nhược điểm đã phân tích 2 phương án trên ta chọn phương
án 2
Vì sàn nâng được thiết kế nhằm nâng hạ các vật có tải trọng lớn. Do đó, sàng nâng

T-

phải chịu uốn và nén lớn nên ta chọn sàn nâng được cấu thành từ các thanh thép chữ I
do đặc tính Thép chữ I có đặc tính chịu lực cao, tải trọng lớn, có thể phù hợp với rất

D

U

nhiều loại cơng trình.

Hình 2.6: Kết cấu sàn nâng

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

13


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

2.3.2. Phương án chọn nguồn động lực
2.3.2.1. Phương án 1 : Xilanh thủy lực
Là loại thiết bị tạo ra chuyển động tịnh tiến của đầu cần piston thông qua áp lực của
đầu lên bề mặt piston bên trong nịng xilanh.

LR

C

C

Hình 2.8: Xilanh thủy lực(Hydrolic cylinder)
Sử dụng hệ thống thủy lực để nâng tàu là điều hồn tồn có thể do những ưu điểm sau:
- Truyền động được công suất cao và lực lớn.

U

T-

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc vô cấp, dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện
làm việc hay theo chương trình có sẵn.
- Kết cấu đơn giản, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn khơng lệ thuộc nhau.

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.

D

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có
thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong cơ khí hay điện.
- Có thể đề phịng q tải nhờ van an tồn.
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.
- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu
chuẩn hoá.
Nhưng hệ thống thủy lực cũng có những nhược điểm mà ta khó có thể áp
dụng nó cho sàn nâng bởi:
- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và
hạn chế phạm vi sử dụng.
- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của dầu và
tính đàn hồi của đường ống dẫn.
- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do
độ nhớt của chất lỏng thay đổi.

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

14


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

- Giá thành van điều khiển, xilanh thủy lực lớn, đường ống dầu dầu công nghiệp đắt

tiền.
Tuy nhiên trong phạm vi đề tài thiết kế sàn nâng tàu này không chọn sửdụng xilanh
thủy lực vì:
- Chiều cao nâng lớn yêu cầu hành trình của xilanh phải đủ dài, do đó làm cho kết cấu
cồng kềnh và phức tạp.
- Với những xilanh có kích thước lớn thường giá thành rất đắt. Vì ngồi xilanh ra cịn
cần có trạm nguồn thủy lực và các thiết bị liên quan như cụm van điều khiển – an toàn,
hệ thống đường ống.
- Việc sửa chữa tương đối khó khăn, tìm kiếm phụ tùng thay thế khó vì đây là nhóm
thiết bị khơng được chế tạo hàng loạt. Chi phí cho việc sửa chữa thường lớn, thời gian
sữa chửa kéo dài làm ảnh hưởng đến thời gian phục vụ của sàn nâng.
- Việc đảm bảo hoạt động đồng thời cho 1 hệ thống gồm nhiều xilanh là rất khó khăn,

C

yêu cầu phải có hệ thống điều khiển tinh vi áp dụng những công nghệ cao. Tuy nhiên

LR

C

việc áp dụng hệ thống này vào sàn nâng là bất hợp lí khi nó góp phần đội giá thành sàn
nâng lên rất cao.
2.3.2.2. Phương án 2 : Động cơ thủy lực

D

U

T-

Động cơ thủy lực hay động cơ dầu là loại thiết bị biến chuyển động của dịng mơ chất
là dầu thành chuyển động quay trịn của trục chính.

Hình 2.9: Động cơ dầu(Hydraulic motor)
Tùy theo kết cấu mà động cơ dầu được phân ra các loại như:
- Động cơ dầu bánh răng
- Động cơ dầu cánh gạt
- Động cơ dầu piston
Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

15


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Trong đó động cơ dầu piston được sử dụng phổ biến nhất vì nó cung cấp được khả
năng tải trọng từ nhỏ tới lớn, dải tốc độ từ vài vòng lên đến hàng trăm vòng trên phút.
Với hoạt động của sàn nâng tàu thủy, nếu sử dụng động cơ dầu thì sẽ chọn loại động
cơ dầu piston hướng kính.
Động cơ dầu hồn tồn có thể đảm nhiệm vai trị của động cơ điện tuy nhiên trong
thiết kế sàn nâng tàu thủy này, không dùng tới phương án sử dụng động cơ dầu vì một
số điểm sau:
- Giá thành đắt, ngồi động cơ cịn phải có các bộ phận liên quan đi cùng như hệ thống
đường ống, trạm nguồn thủy lực.
- Quá trình bảo trì khó khăn, sữa chửa tốn thời gian lâu, làm ảnh hưởng đến hoạt động
của sàn nâng.

- Yêu cầu của sàn nâng không quá cao nên việc sử dụng động cơ dầu sẽ gây lãng phí.
- Khơng ổn định được vận tốc nâng hạ khi thay đổi tải trọng do tính nén được của dầu.

C

2.3.2.3. Phương án 3 : Động cơ xoay chiều

LR

C

Động cơ điện xoay chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện xoay chiều. Động
cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và cơng suất khác nhau. Theo sơ đồ
nối điện có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha và nếu theo tốc độ có động

D

U

T-

cơ đồng bộ và động cơ khơng đồng bộ.

Hình 2.10 : Cấu t o động cơ điện xoay chiều
a.
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều
Phụ thuộc vào cấu tạo của mỗi loại động cơ điện mà chúng có nguyên lý hoạt động khác
nhau. Đối với động cơ điện xoay chiều cũng có cấu tạo và nguyên lý hoạt động rõ ràng.
Về phần cấu tạo, động cơ điện xoay chiều gồm có hai phần chính: stator và rotor. Stato
gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành trịn để tạo

ra từ trường quay. Rơto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép. Khi
Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

16


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto
quay trên trục. Chuyển động quay của rơto được trục máy truyền ra ngồi và được sử

C

dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.

C

Hình 2.11 : guyên l ho t động của động cơ điện xoay chiều

U

T-

LR

b.
Phân loại động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều gồm có 2 loại: động cơ điện xoay chiều 3 pha và động cơ
điện xoay chiều 1 pha.
+ Động cơ điện xoay chiều 3 pha: Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng
điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Cách bố trí

D

các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện
người ta đưa dịng điện từ ngồi vào các cuộn dây 1, 2, 3.
Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm cho
rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và
được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
+ Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Dựa theo nguyên tắc của động cơ không đồng bộ
ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha. Stato của loại
động cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạng
điện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện. Cách mắc như vậy làm cho hai dòng
điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay. Động cơ không đồng
bộ một pha chỉ đạt được cơng suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ gia
đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước…

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

17


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ



Ưu nhược điểm của động cơ không đồng bộ ba pha

+ Ưu Điểm:
Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ khơng đồng bộ ba pha. Vì
nó tiện lợi hơn, với cấu tạo, mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động cơ một chiều.
Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba
pha, không phải tốn kém thêm các thiết bị biến đổi. Vận hành tin cậy, giảm chi phí
vậnhành, bảo trì sữa chữa. Theo cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ ba pha
làm hai loại: Động cơ roto dây quấn và động cơ roto lồng sóc.
+ Nhược Điểm:
Bên cạnh những ưu điểm động cơ khơng đồng bộ ba pha cũng có các nhược điểm sau:
- Dễ phát nóng đối với stato, nhất là khi điện áp lưới tăng và đối với roto khi điện
áplưới giảm.
- Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở khơng khí nhỏ.

C

- Khi điện áp sụt xuống thì mơmen khởi động và mơmen cực đại giảm rất nhiều vì
mơmen tỉ lệ với bình phương điện áp.

U

T-

LR

C


Kết luận : Dựa vào ưu nhược điểm đã phân tích 3 phương án trên ta chọn
phương án 3 .
Chọn nguồn động lực là động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ với cơng suất
được tính tốn dựa vào tải trọng lớn nhất cần đáp ứng với các ưu điểm như
- Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ, nguồn cung cấp dồi dào.
- Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện.

D

- Điều kiện bảo dưỡng, duy tu dễ thực hiện.
- Động cơ được sản xuất với nhiều cấp điện áp, dải tốc độ, cơng suất khác nhau nên
thích nghi cho nhiều u cầu sử dụng.

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

18


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

LR

C

C

Hình 2.12: Động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ
Với hệ thống sàn nâng tàu thủy đang thiết kế, vì kích thước và tải trọng nâng lớn nên
chọn hệ dẫn động gồm có 20 ụ tời phân bố thành 10 cặp dọc theo hệ sàn, mỗi động cơ

T-

truyền động cho hệ thống tời tải thông qua hộp giảm tốc ở công suất theo yêu cầu. Lý
do chọn phân bố với số động cơ nhiều là vì:
- Tăng số lượng dầm chính, giảm được kích thước các dầm.

D

U

- Đảm bảo phân bố lực đồng đều hơn, có tác dụng hỗ trợ chịu lực giữa các dầm chính
được đặt sát nhau.
- Giảm tải trọng đặt lên mỗi ụ, từ đó giảm được kích hộp giảm tốc phải thiết kế.
- Trang bị động cơ với công suất thấp hơn, điều này mang lại nhiều lợi ích trong làm
việc, sửa chữa và thay thế.
Khơng thực hiện chọn một động cơ truyền động cho cả hệ sàn vì:
- Giá thành động cơ cơng suất lớn đắt.
- Vì là loại sản phẩm sản xuất đơn chiếc nên khi cần thay thế là rất khó khăn.
- Kết cấu cồng kềnh.
- Bảo dưỡng – sữa chữa khó khăn, kéo dài làm ảnh hưởng đến toàn bộ hoạt động của
hệ thống.
2.2.3. Phương án thiết kế hệ truyền động trung gian
Không chọn cách truyền trực tiếp mô men từ trục động cơ sang trục tang vì:
- Mơ men mở máy lớn.
- Có khả năng gây q tải động cơ, khơng an tồn.
- Khơng đáp ứng được các u cầu kĩ thuật về số vòng quay.

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

19


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

- Khơng hợp lí trong thiết kế kết cấu máy.

Chọn phương án thiết kế truyền động bằng hệ truyền động bánh răng.
2.2.3.1.

Thiết kế hệ thống tời

Vì khối lượng nâng lớn, nên để giảm công suất cần cung cấp ở mỗi động cơ, ta chọn

U

T-

LR

C

C

phương án sử dụng hệ thống rịng rọc.

D

Hình 2.13:Bánh ròng rọc và dây cáp thép
Mỗi ụ tời sẽ nâng một khối lượng (chưa qua hệ ròng rọc) là 1100/20 = 55 tấn.
Để giảm tải ta chọn hệ ròng rọc bao gồm có 2 cặp bánh rịng rọc tĩnh và động cho bội
suất 6, lắp trung gian giữa tang quấn và sàn nâng. Khi đó ta có tải trọng thực tế đặt lên
tang là 55/6 = 9,16 tấn.
Ngoài ra, việc sử dụng rịng rọc cịn giúp giảm kích thước của nguồn động lực và hệ
truyền động trung gian.
Hệ số lợi lực trong rịng rọc
“Càng lợi về lực thì càng thiệt về đường đi. Lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu
lần về đường đi”
Hệ thống ròng rọc trên sàn nâng hoạt động với bánh ròng rọc động gắn lên sàn nâng,
bánh ròng rọc tĩnh được đặt trên bệ đỡ. Chọn hệ số lợi lực là 6 nên lực cần cung cấp
nhỏ hơn 6 lần và số vòng quay của tang cũng tăng lên 6 lần.
Chiều cao tối đa là 5 m, tổng quãng đường di chuyển tối đa là 10m.
Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

20


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

Qng đường đi tăng lên 6 lần, do đó ta có:
L= l.a = 6x10 = 60m
2.3.4. Phương án thiết kế hệ thống an tồn

Điều kiện làm việc của cơ cấu nâng địi hỏi phải có thiết bị giữ vật treo cũng như điều
chỉnh vận tốc nâng hạ một cách thích hợp. Các cơ cấu khác như cơ cấu dichuyển, cơ
cấu quay, cơ cấu thay đổi tầm với cũng đòi hỏi thiết bị dừng và phanh hãm.
Thiết bị dừng là một cơ cấu dùng để giữ vật nâng ở trạng thái treo. Nó chỉ cho phép
trục của cơ cấu quay theo chiều nâng vật. Thiết bị dừng không phát sinh năng lượng để
dừng mà nó hãm chuyển động theo nguyên lý làm việc. Các thiết bị này thường dùng
phổ biến các loại cơ cấu như các loại khố dừng, bánh cóc…
a)
Khóa dừng ma sát
Ngun lí: Để giữ bánh 1 đứng n thì lực ma sát cân bằng với lực vòng.
F = f.N > P = N.tgα

C

Thông thường hệ số ma sát f ≤ 0,1 nên góc α khá nhỏ. Như vậy điểm tiếp xúc A rất

D

U

T-

LR

C

gần đường nối tâm OO1. Khi cơ cấu bị mòn hoặc biến dạng, cam rất dễ bị lật sang bên
kia đường OO1. Do đó cơ cấu khố ma sát làm việc khơng an tồn và ít được dùng
trong thực tế.

Hình 2.14:Khóa dừng ma sát
b)
Khóa dừng con lăn
Thiết bị này chỉ cho phép quay một chiều và thường được áp dụng trong cơ cấu nâng
hạ cần của cần trục hoặc cần của máy xúc nhằm hạn chế tốc độ quay của tời nâng hạ
cần và giữ cho cần không bị rơi tự do khi có sự cố.

Nguyên lý:
Khi vành tang 1 đột ngột quay nhanh hơn trục quay 2 thì con lăn3 sẽ bị chèn ép khiến
vành tang – trục quay sẽ quay cùng tốc độ.
Ta khơng chọn khóa dừng con lăn bởi kết cấu khá phức tạp và dễ hỏng con lăn do tải
trọng cần hãm quá lớn.
Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

21


Thiết kế Hệ thống mái che tự động sân phơi nơng sản và chế tạo mơ hình thu nhỏ

1.

Vành tang

2.

Trục quay

3.

Con lăn

4.
5.

Trục ép
Lị xo ép

Hình 2.15:Khóa dừng con lăn
Cơ cấu bánh cóc

U

T-

LR

C

C

c)

Hình 2.16:Cơ cấu bánh cóc

D

Bánh cóc là loại kết cấu đơn giản nhưng hiệu quả

Gồm bánh cóc ăn khớp với con cóc. Lị xo cóc đảm bảo sự ăn khớp giữa 2 khâu
này. Bánh cóc chỉ được quay một chiều do dạng răng khơng đối xứng của nó.
Bánh cóc có thể lắp trên bất cứ trục nào của cơ cấu nâng. Tuy vậy để kích thước cơ
cấu cóc khơng lớn thì nên lắp trên trục nhanh. Trong trường hợp lắp bánh cóc trên trục
tang thì độ an tồn cao, nhưng kích thước của cơ cấu cóc lớn.
Cơ cấu bánh cóc có khuyết điểm lớn là dễ gây va đập phát tiếng ồn. Để khắc phục
nhược điểm này người ta đã đưa vào sử dụng cơ cấu bánh cóc giảm tiếng ồn. Khi bánh
cóc vừa mới bắt đầu quay theo chiều hạ vật vịng đàn hồi sẽ kéo con cóc về vị trí làm
việc, con cóc tì vào bánh răng cóc và dừng cơ cấu lại.

Chọn cơ cấu bánh cóc làm thiết bị dừng cho sàn nâng do sự đơn giản và
hiệu quả cao.

Sinh viên: Vỏ Tâm Thức
Lê Xuân Bảo Long

Hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình

22