Tính toán thiết kế mô hình rửa xe tự động

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Đối với xã hội hiện đại ngày nay, việc tích hợp các công nghệ tự động hiện đại vào các hoạt động cuộc sống hằng ngày giúp cho cuộc sống của mọ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH RỬA XE TỰ ĐỘNG

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN VĂN NHANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI MỞ ĐẦU 1

TÓM TẮT 2

ABSTRACT 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 9

1.1 Đặt vấn đề 9

1.2 Mục đích nghiên cứu 9

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 9

1.4 Phương pháp nghiên cứu 10

1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết 10

1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 10

1.5 Kết quả đạt được 10

1.6 Bố cục của đồ án 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

2.1 Lịch sử phát triển 12

2.2 Hệ thống rửa xe tự động ôtô 12

2.2.1 Nguyên lý hoạt động 12

2.2.2 Quy trình công nghệ 13

2.3 Hệ thống điều khiển 14

2.4 Nguồn xung vào 220V AC ra 12V DC 16

2.5 Cảm biến khoảng cách vật cản (E18-D80NK) 17

2.6 Hệ thống vòi rửa 18

2.6.1 Tổng quan về hệ thống vòi rửa 18

2.6.2 Béc phun 19

2.6.3 Máy bơm điện 1 chiều 19

2.6.4 Modul relay kích mức thấp V1 20

2.7 Các mô hình rửa xe tự động 22

2.7.1 Hệ thống rửa xe tự động Projet 22

2.7.3 Mô hình rửa xe tự động i-TOUCH (Đài Loan) 23

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH RỬA XE TỰ ĐỘNG 25

3.1 Thông số kỹ thuật mô hình cần thiết kế 25

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế của mô hình: 25

3.3 Quy trình thiết kế 27

3.4 Tính toán thiết kế 28

3.4.1 Tính toán thiết kế băng chuyền 28

3.4.2 Tính toán thiết kế cụm vòi phun, bình chứa: 29

3.4.3 Tính toán thiết kế cụm chổi: 36

3.5 Thiết kế thi công cơ khí 38

3.5.1 Thiết kế tổng quan khung của mô hình 38

3.5.2 Thiết kế khung 39

3.5.3 Thiết kế qui trình 46

3.6 Thiết kế thi công hệ thống điện 54

3.6.1 Sơ đồ mạch điện 54

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56

4.1 Kết luận 56

4.2 Kết quả đạt được 57

4.3 Đánh giá 57

4.4 Hướng phát triển 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 60

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ qui trình của hệ thống 14

Hình 2.2 Arduino Uno R3 ATmega328 15

Hình 2.3 Vi điều khiển Arduino 15

Hình 2.4 Nguồn xung vào 220V AC ra 12V DC 16

Hình 2 5 Cảm biến khoảng cách vật cản (E18-D80NK) 17

Hình 2.6 Hình dạng nước ra béc phun dạng quạt phẳng 19

Hình 2.7 Máy bơm nước mini đa năng 12V/60W 19

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của máy bơm điện 1 chiều 20

Hình 2.9 Một số relay sử dụng trong cuộc sống hiện nay 21

Hình 2.10 Module 1 Relay 5V kích mức Cao/Thấp 21

Hình 2.11 Nguyên lí hoạt động relay thường mở 22

Hình 2.12 Mô hình rửa xe tự động Projet 23

Hình 2.13 Mô hình rửa xe tự động i-TOUCH 24

Hình 3.1 Hệ thống rửa xe tự động risense 26

Hình 3.2 Hệ thống rửa xe Anthony’s Car Wash hãng Coleman Hanna 26

Hình 3.3 Soft Touch Wash kết hợp Pre Wash 27

Hình 3.4 Sơ đồ hoạt động bộ băng chuyền 28

Hình 3.5 Động cơ giảm tốc 60KTYZ 29

Hình 3.6 Máy bơm nước DRING 5002 31

Hình 3.8 Động cơ 12V DC 37

Hình 3.9 Phần mềm solidwork 2019 38

Hình 3.10 Tổng quan khung 39

Hình 3.11 Vẽ mô phỏng khung dưới của mô hình 40

Hình 3.12 Hình chiếu đứng nhìn từ hướng xe vô 41

Hình 3.13 Hình chiếu bằng 41

Hình 3.14 Hình chiếu cạnh 42

Hình 3.15 Vẽ mô phỏng khung trên mô hình 42

Hình 3.16 Hình chiếu đứng 43

Hình 3.17 Hình chiếu bằng 44

Hình 3.18 Hình chiếu cạnh 44

Hình 3.19 Khung thực tế hướng vuông góc với hướng xe đi 45

Hình 3.20 Khung thực tế hướng từ bên trên 45

Hình 3.21 Khung thực tế hướng từ bên trong các giai đoạn 46

Hình 3.22 Cuộn giấy nhám P40 làm băng chuyền 47

Hình 3.23 Động cơ giảm tốc 12C DC 47

Hình 3.24 Mạch điều khiển tốc độ động cơ 47

Hình 3.25 Xe đi qua vòi phun thứ 1 48

Hình 3.26 Khớp nối chữ T 49

Hình 3.37 Sơ đồ mạch điện 54

Hình 3.38 Sơ đồ mạch điện lắp trên mô hình 55

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Đối với xã hội hiện đại ngày nay, việc tích hợp các công nghệ tự động hiện đại vào các hoạt động cuộc sống hằng ngày giúp cho cuộc sống của mọi người trở nên thoải mái và tiện nghi hơn và giúp mọi người tiết kiệm thời gian hơn, ví dụ như trong lĩnh vực thiết kế nội thất, với công nghệ tiên tiến hiện nay mọi người có thể điều khiển mọi vật dụng trong nhà thông qua chính chiếc điện thoại thông minh của chính mình và trong lĩnh vực ô tô cũng vậy nhằm mang lại sự tiện nghi và nhịp độ phát triển cũa xã hội, các hãng sản xuất xe trên toàn thế giới cũng không ngừng nghiên cứu ra hàng loạt công nghệ mới giúp cho việc lái xe và các dịch vụ liên quan ngày càng thuận tiện hơn, trong các dịch vụ đó có dịch vụ rửa xe tự động cho ô tô là phát minh giúp mọi người dễ dàng sử dụng và mang lại lợi ích về kinh tế cho xã hội

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nhằm tìm hiểu, hiểu rõ và nắm bắt nguyên lý hoạt động của hệ thống mô hình rửa xe tự động ô tô

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Khảo sát mô hình rửa xe tự động;

- Lựa chọn phương án lắp ráp;

- Lựa chọn phương án vận hành;

- Tính toán cơ khí;

- Thiết kế phần lắp ráp;

- Lựa chọn phương án thiết kế điện;

- Thi công lắp ráp mô hình;

- Viết báo cáo tốt nghiệp;

- Thiết kế PowerPoint, Poster

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

Tìm hiểu các tài liệu, đồ án và các hoạt động nghiên cứu về hệ thống rửa xe tự động đã từng thực hiện trước đó

Nghiên cứu các thông số kỹ thuật của các xe oto hiện tại nhằm có số liệu cụ thể để thiết kế mô hình sao cho phù hợp

Lựa chọn các vật liệu sao cho phù hợp cho mô hình dựa trên các tài liệu hướng dẫn của các mô hình đã từng thực hiện

Đưa ra các phương án tối ưu cho hệ thống rửa xe tự động mà nhóm sẽ triểm khai ở nhiều phương diện khác

Nghiên cứu những kiến thức liên quan tới mô hình như là các tài liệu về hệ thống cơ khí, các cơ cấu chấp hành, hệ thống điều khiển, … từ các nguồn tài liệu để tính toán thiết kế trên lý thuyết giúp phát triển thành mô hình thực tế

1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Tham khảo, tìm hiểu các mô hình rửa xe truyền thống đang thực hiện tại Việt Nam để đánh giá ưu nhược điểm giữa hai phương thức rửa xe truyền thống với mô hình rửa xe tự động,

Xem và nghiên cứu các hệ thống thực của các hãng rửa xe ô tô tự động như: Leisuwash, DAYANG, Shumak, Mister Car Wash, … mà các hãng này đã thực hiện

và ghi lại

Nghiên cứu giải bài toán cho dây chuyền

Thiết kế, xây dựng mô hình tối ưu hóa hệ thống trước khi chế tạo bằng phần mềm SolidWorks

Xử lý số liệu, tính toán và viết báo cáo

1.5 Kết quả đạt được

Tìm hiểu được cấu tạo của hệ thống rửa xe ô tô tự động, quy trình công nghệ, các thiết bị hiện có trên hệ thống hiện nay

Thiết kế, chế tạo được mô hình của hệ thống rửa xe ô tô tự động, mô phỏng theo các hệ thống thực tế hiện nay Đảm bảo hoạt động được và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của một hệ thống rửa xe tự động

Tìm hiểu và hiểu được các thành phần cơ bản để thiết kế một hệ thống cơ điện

tử, từ đó có các kiến thức lựa chon các thiết bị phù hợp với mục đích mong muốn

Hiểu được các hoạt động của cảm biến, cách điều khiển động cơ, từ đó lập chương trình điều khiển toàn bộ hệ thống

Cuốn báo cáo tính toán thiết kế mô hình rửa xe tự động ô tô;

Mô hình tính toán thiết kế mô hình rửa xe tự động ô tô;

Bản vẽ, sơ đồ mạch điện, cấu tạo của mô hình rữa xe tự động ô tô;

Poster, PowerPoint trình bày đồ án tốt nghiệp

1.6 Bố cục của đồ án

 Chương 1: Giới thiệu đề tài

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết đề tài

 Chương 3: Tính toán thiết kế mô hình rửa xe tự động

 Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

 Tài liệu tham khảo

 Phụ lục

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lịch sử phát triển

Nghề rửa xe ô tô có nguồn gốc từ ngành chăm sóc xe Detailing trên thế giới Năm

1950, nghề rửa xe tại Los Angeles bắt đầu bùng nổ khi ô tô trở thành phương tiện mà người dân bắt buộc phải có để di chuyển

Cửa hàng rửa xe đầu tiên được mở ở Detroit, MI vào năm 1914, được gọi là

“Automated Laundry” – Rửa tự động Tuy nhiên quá trình rửa xe không được tiến hành tự động như ngày nay mà gồm ba người đàn ông cấp xà phòng, rửa xe và làm khô xe

Nhiều năm sau, tiệm rửa xe băng chuyền tự động đầu tiên được mở tại Hollywood, CA vào năm 1940 Hệ thống rửa xe này bao gồm một hệ thống tời kéo

xe tự động qua băng truyền, nhưng việc rửa xe vẫn được cung cấp thông qua lao động thủ công Sáu năm sau, một quý ông tên là Thomas Simpson đã phát minh ra hệ thống rửa xe bán tự động đầu tiên vào năm 1946 Phần lớn lao động chân tay đã bị loại bỏ nhờ phát minh của Simpson, nhưng không hoàn toàn

Năm 1951, hệ thống rửa xe hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời tại Seattle, WA Được mở ra bởi ba anh em - Archie, Dean và Eldon Anderson Hệ thống rửa xe tự động liên quan đến việc kéo xe qua băng truyền, xà phòng được phun lên xe bằng máy móc lớn, bàn chải tự động cọ rửa xe, vòi phun được sử dụng để rửa xe và máy thổi khí lớn để làm khô xe

Từ năm 1980, ngành công nghiệp rửa xe đã thực sự bùng nổ, hàng ngàn tiệm rửa

xe tư nhân đã mọc lên như nấm trải dài khắp nước Mỹ Ngày nay dịch vụ rửa xe tự động trên thế giới rất phát triển với các hãng rửa xe tự động điển hình áp dụng công nghệ cao như: Mister Car Wash, Zips Car Wash, International Car Wash Group,

2.2 Hệ thống rửa xe tự động ôtô

2.2.1 Nguyên lý hoạt động

Khi nhấn nút START, hệ thống bắt đầu làm việc, hệ thống băng chuyền đưa

xe di chuyển trong suốt quá trình rửa xe

Thông qua các hệ thống cảm biến, cho biết thông tin về vị trí của xe di chuyển trong hệ thống, các qui trình rửa xe được thực hiện liên tục Các tín hiệu đầu vào về vị trí của xe sẽ được gửi về bộ điều khiển, và bô điều khiển sẽ đưa ra các tín hiệu điều khiển các hệ thống trong hệ thống rửa xe tự động cho ô tô bao gồm: rửa bánh xe, thân

xe, và sấy khô xe sau khi rửa

Nếu qui trình xảy ra lỗi, người giám sát sẽ dừng khẩn cấp bằng cách nhấn nút Sau khi xử lý xong vấn đề nhấn lại nút để hệ thống tiếp tục lại quy trình rửa xe

Xe ô tô được dung dịch vệ sinh chuyên dụng cho ô tô cho toàn bộ bề mặt trên của xe và bên hông Ở bước này dùng xà phòng chuyên dụng để rửa sạch các vết bẩn bám dính trên xe như là Boronax, Ekokemika, Sumo… Và ngoài ra là cho xe có một mùi hương dễ chịu

Xe đi qua chổi 1 bằng vải để lau chùi sạch xà phòng các bề mặt trên xe Ở giai đoạn này dùng 3 cay chổi theo hướng hai bên thân xe và trên nóc xe Khi xe gần đến các chổi này xoay liên tục với một lực nhất định nhằm làm sạch các bề mặt trên xe Các chổi lau được làm bằng vật liệu không làm xước ảnh hưởng đến bên ngoài của

xe

Xe đi qua hệ thống rửa nước bằng cao áp lần nữa, khác với hệ thống phun nước cao áp lần đầu cho thấm các vết bẩn, ở lần phun nước cao áp này có áp lực mạnh hơn để làm cho xe sạch các vết xà phòng và bụi bẩn còn sót lại trên xe thông qua bốn vòi phun nước cực mạnh

Cuối cùng xe sẽ được sấy khô và chuyển ra ngoài, rời khỏi hệ thống rửa xe

Hình 2.1 Sơ đồ qui trình của hệ thống

2.3 Hệ thống điều khiển

Trong công nghiệp có nhiều bộ điều khiển phổ biến khác nhau như: Bộ điều khiển nhiệt độ, hệ thống điều khiển phân phối (DCSs), bộ điều khiển nhúng và hệ thống, máy tính Tuy nhiên đối với đề tài này, nhóm nghiên cứu lựa chọn bộ điều khiển Arduno UNO R3 ATmega328 vì phổ biến, tính năng dễ lập trình và phù hợp với hệ thống

Khi nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế

hệ thứ 3 (R3) Bạn sẽ bắt đầu đến với Arduino qua thứ này

Tổng quan về Arduino R3 ATmega328

- Vi điều khiển: ATmega328 họ 8bit

- Điện áp hoạt động: 5V DC (Chỉ được cấp qua cổng USB)

- Tần số hoạt động: 16 MHz

- Dòng tiêu thụ: Khoảng 30mA

- Điện áp vào khuyên dùng: 7-12V DC

Hình 2.2 Arduino Uno R3 ATmega328

- Điện áp vào giới hạn: 6-20V

- Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM)

- Số chân Analog: 6 (độ phân giải 10 bit)

- Dòng tối đa trên mỗi chân:

 I/O: 30mA

 Dòng ra tối đa (5V): 500mA

 Dòng ra tối đa (3,3V): 30mA

- Bộ nhớ Flash 32KB (Atmega328) với 0,5KB dùng bởi bootloader

- SRAM: 2KB (Atmega328)

- EEPROM: 1KB (Atmega328)

Hình 2.3 Vi điều khiển Arduino Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều

khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD, … hay những ứng dụng khác

Về năng lượng của Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO

GND (GROUND): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

RESET: việc nhấn nút reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân reset được nối với GND qua một điện trở 10KΩ

2.4 Nguồn xung vào 220V AC ra 12V DC

Nguồn tổ ong 20V 20A dùng để chuyển dòng điện từ hiệu điện thế 220V xoay chiều xuống dòng điện có hiệu điện thế 12V 1 chiều với cường độ dòng điện là 20A

để sử dụng cho các thiết bị chạy dòng tương ứng như đèn led dây dán, đèn led thanh

Hình 2.4 Nguồn xung vào 220V AC ra 12V DC Tổng quan nguồn xung vào 220V AC ra 12V DC

Công suất định mức 250W

2.5 Cảm biến khoảng cách vật cản (E18-D80NK)

Cảm biến ban đầu được thiết kế để tự động đếm các đối tượng di chuyển dọc theo dây chuyền sản xuất, nhưng nó hoạt động tốt ngang với cảm biến tránh chướng ngại vật trên một phương tiện robot hoặc bất kỳ ứng dụng nào khác mà ở đó mong muốn phát hiện các đối tượng hoặc chướng ngại vật trong phạm vi của nó, chẳng hạn như đối với một hệ thống an ninh hoặc giám sát cửa ra vào của vật nuôi hoặc đếm các đối tượng đi qua trước mặt nó

Hình 2 5 Cảm biến khoảng cách vật

cản (E18-D80NK)

Đây là một cảm biến cực kỳ dễ sử dụng bao gồm một bộ phát và bộ thu IR trong một mô-đun Bộ phát IR phát ra ánh sáng IR và bộ thu IR phát hiện ánh sáng IR bị phản xạ khỏi các vật thể

Phạm vi phát hiện khoảng 3 - 80cm Phạm vi có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng một vít nhiều vòng ở mặt sau của thiết bị Vặn vít CW làm tăng phạm vi phát hiện đối tượng Xoay vít CCW làm giảm phạm vi Nếu điều chỉnh được chuyển CCW

quá xa, mô-đun sẽ không còn phát hiện một đối tượng cho đến khi nó được chuyển sang CW một lần nữa Tương tự, nếu nó được chuyển sang CW toàn bộ, nó sẽ luôn hiển thị một phát hiện cho đến khi nó được bật lại CCW

Mô-đun có thể phát hiện sự hiện diện đó của đối tượng trong phạm vi mà nó

đã được thiết lập, nhưng nó không thể xác định khoảng cách đến đối tượng

Đầu ra tín hiệu thường được giữ ở mức CAO do một điện trở kéo lên 10K được tích hợp sẵn Khi một đối tượng được phát hiện, đầu ra giảm xuống LOW miễn

là nó được phát hiện Đèn LED màu đỏ ở mặt sau của mô-đun sẽ sáng khi phát hiện một đối tượng Đầu ra là một bộ thu mở có thể chìm tối đa 100mA

Mô-đun hoạt động ở 5V, mặc dù nó sẽ tiếp tục hoạt động xuống khoảng 3,5V Rút ra hiện tại thường chỉ là 5mA mặc dù rút hiện tại tối đa được đánh giá là 25mA

Phần thân của mô-đun có ren và 2 đai ốc bằng nhựa có khía được bao gồm cho phép gắn cảm biến vào một lỗ 19mm Lượng nhô ra qua lỗ có thể điều chỉnh được bằng cách sử dụng các đai ốc

Thông số kỹ thuật:

2.6.1 Tổng quan về hệ thống vòi rửa

Hệ thống vòi phun là một hệ thống bào gồm bơm cấp nước, đường ống dẫn nước chính, van cấp nước cho từng khu vực, ống dẫn nước nhánh, béc phun Thiết kế

hệ thống phun dựa trên các thống số kỹ thuật đã tính toán chi tiết Tính toán hệ thống phun nước dựa trên nguyên lý tính toán trên cơ sở thủy lực đường ống

Đường kính ống chính, ống nhánh, vận tốc nước chảy trong ống, áp lực trong ống, tính chiều dài đường ống và số lượng béc phun

2.6.2 Béc phun

Béc phun là một trong những loại béc được sử dụng phổ biến trên thị trường Béc phun khi hoạt động sẽ phun ra tia nước rất đều, có thể lựa chọn nhiều hình dạng tia nước rất đều, có thể lựa chọn nhiều hình dạng tia nước ra ở đầu béc nhưng ở trong

mô hình lần này nhóm sử dụng béc phun dạng quạt phẳng

Hình 2.6 Hình dạng nước ra béc phun dạng quạt phẳng Béc phun dang quạt phẳng: Vòi phun bằng thép không ghỉ có tính năng chống

va đập cao, chắc chắn Kiểu phun với góc phun từ 0⁰ đến 110⁰ ở 40 PSI (3Bar)

2.6.3 Máy bơm điện 1 chiều

Máy bơm điện một chiều sử dụng dòng điện 1 chiều (DC) truyền năng lượng

Hình 2.7 Máy bơm nước mini đa năng

12V/60W

cho dòng điện một chiều (DC) truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo

hệ thống đường ống Máy bơm nước một chiều có motor điện nên dễ điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, có momen khởi động cao

2.6.3.1 Cấu tạo

Cấu tạo của máy bớm nước hồm hai phần chính: động cơ điện và đầu bơm

Cấu tạo động cơ điện: Động cơ của máy bơm điện một chiều sử dụng động cơ điện một chiều

Cấu tạo đầu bơm:

 Vỏ bơm: Thân bơm, bảo vệ bộ phận thủy lực của máy bơm

 Cánh bơm: Tạo và định hướng chuyển động của nước bên trong máy bơm

 Guồng bơm: Chuyển đổi năng lượng hoặc chuyển động do cánh bơm tạo ra thành áp năng

 Phớt cơ học: Ngăn nước vào trong động cơ

 Các gioăng tròn: Làm kín giữa các chi tiết của máy bơm

2.6.3.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của máy bơm điện 1 chiều Máy bơm vận hành dựa trên nguyên lí chung là hút hết không khí ra khỏi 1 đường ống (tạo chân không) làm cho áp suất trong đường ống giảm về 0 Khi đó, áp suất khí quyển đè lên mặt nước, làm cho nước trong ống dâng lên Khi thân bơm và ống hút được cung cấp đầy đủ nước, máy sẽ hoạt động theo quá trình hút đẩy, quá trình hút đẩy này được diễn ra liên tục nhằm tạo ra dòng chảy không ngừng giúp vận chuyển nước

2.6.4 Modul relay kích mức thấp V1

Khái niệm: Relay hay còn gọi là rơ-le là một công tắc điện từ được vận hành

từ một dòng điện nhỏ có thể tắt hoặt bật được một dòng điện lớn hơn gấp nhiều lần

Hay nói cách khác, relay là một công tắc đổi mạch bằng dòng điện Các relay điện cơ

sử dụng một nam châm điện đặt ở vị trí trung tâm để vận hành cơ khí công tắc Nam châm điện chính là trái tim của relay, không có nam châm điện relay không thể hoạt động được

Hình 2.9 Một số relay sử dụng trong cuộc sống hiện nay Chức năng: Relay có chức năng cách ly các mạch điều khiển khỏi mạch tải hoặc mạch được cấp điện AC khỏi mạch được cấp điện DC Đồng thời giám sát các

hệ thống đảm bảo sự an toàn công nghiệp và ngắt điện cho máy móc nếu có sự cố xảy

ra Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tải khác nhau sử dụng một tín hiệu điều khiển, các chức năng logic đơn giản như ‘AND’, ‘NOT’ hoặc ‘OR’ sử dụng rơ-le điều khiển tuần tự hoặc khóa liên động an toàn

Hình 2.10 Module 1 Relay 5V kích mức Cao/Thấp Nguyên lý hoạt động:

Khi dòng điện chạy qua mạch thứ nhất (1), sẽ kích hoạt nam châm điện trong relay tao ra từ trường thu hút một tiếp điểm và kích hoạt mạch thứ hai (2) Khi tắt nguồn, một lò xo kéo tiếp đuểm trở lại vị trí ban đầu, tắt mạch thứ hai (2) một lần nữa

Hình 2.11 Nguyên lí hoạt động relay thường mở Đây là trường hợp về relay “thường mở” (NO) Các tiếp điểm trong mạch thứ hai (2) không được kết nối theo mặc định và chỉ bật khi dòng điện chạy qua nam châm Các relay khác là “thường đóng” (NC) Các tiếp điểm được kết nối để dòng điện chạy qua chúng theo mặc định và chỉ tắt khi nam châm được kích hoạt, kéo hoặc đẩy các tiểm ra xa nhau Thông thường relay mở (NO) là phổ biến nhất

2.7 Các mô hình rửa xe tự động

2.7.1 Hệ thống rửa xe tự động Projet

Thông thường các bạn có thể thấy rằng khi vào rửa một chiếc xe sẽ mất từ 20-30 phút, như vậy nếu bạn đang cần gấp một chiếc xe sạch bong để đi gặp khách hàng gấp trong khi xe đang còn dơ thì rất khó, nhưng nếu bạn ghé vào một hệ thống rửa xe tự động chỉ trong nháy mắt sẽ cho chiếc xe của bạn sạch bong không thua kém

gì chất lượng 3 - 4 người vửa rửa xe cho bạn

Và khi chúng ta sử dụng hệ thống rửa xe tự động này thì chúng ta sẽ giảm được thời gian rất nhiều, quy trình hoạt động như sau:

 Thứ 1: cho xe ô tô vào vị trí

 Thứ 2: người vận hành bật công tắc điện

 Thứ 3: bộ phận cấp nước hoạt động, làm ướt toàn bộ thân xe Nước được phun với áp lực cao để làm sạch sơ bộ các vết bùn đất trên thân xe Sau khoảng 10 giây bộ phận cấp nước dừng làm việc

 Thứ 4: tiếp đó, bộ phận cấp dung dịch làm sạch hoạt động Dung dịch làm sạch được phun lên toàn bộ thân xe Đồng thời bộ phận chổi lau cũng hoạt động quét lên toàn bộ thân xe để làm sạch các vết bẩn còn lại Quá trình này diễn ra khoảng 2 phút rồi dừng lại

 Thứ 5: tiếp đó, hệ thống phun nước lại hoạt động để làm sạch dung dịch làm sạch còn bám trên xe Quá trình này diễn ra khoảng 2 phút thì dừng lại

 Cuối cùng bộ phận làm khô sẽ hoạt động Bộ phận này sẽ thổi khí với áp lực cao làm khô toàn bộ bề mặt và thân xe Quá trình này mất khoảng 50 giây

` Hình 2.12 Mô hình rửa xe tự động Projet

2.7.3 Mô hình rửa xe tự động i-TOUCH (Đài Loan)

Ra đời từ năm 1932, Wonder tự hào là đơn vị cung cấp hệ thống rửa xe thông minh số 1 tại Châu Á

Đạt chứng nhận tiêu chuẩn chất lượng ISO9001-2008, Và Chứng nhận ISSA

về thiết bị rửa xe thông minh

Hệ thống máy rửa xe tự động của hãng Wonder là thiết bị tối ưu nhất cho việc rửa xe thông minh

Sử dụng đơn giản, lắp đặt và vận hành nhanh chóng

Thiết kế các van áp lực cao phù hợp rửa tất cả các dòng xe ô tô du lịch hay cả

Đặc biệt tiết kiệm nước đến 30% cho mỗi lần rửa với rửa xe thông thường

Hình 2.13 Mô hình rửa xe tự động i-TOUCH

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH

RỬA XE TỰ ĐỘNG

3.1 Thông số kỹ thuật mô hình cần thiết kế

Mô hình rửa xe tự động được dựa trên các thông số cơ bản của mô hình thật

có tên là Risense CC 695 được xuất xứ tại Shandong, China

Risense CC 695 có các kích thước cơ bản như sau:

Diện tích yêu cầu để lắp ráp thi công có kích thước DxR là: 35mx5,8m Có nghĩa là diện tích cần thiết để có thể xây dựng được qui trình rửa xe bao gồm diện tích làm các qui trình rửa xe và diện tích để xe có thể vào và ra phải cần có diện tích với chiều dài là 35m và chiều rộng là 5,8m

Và không gian của qui trình có kích thước DxRxC là: 19,8m x 3,8m x 3,44m Đây là khoảng không gian cần để có thể dựng được một hệ thống qui trình rửa xe Với kích thước như vậy thì mô hình này có thể rửa một chiếc xe trong vòng 1 phút

12 giây và số xe rửa trong 1 giờ từ 45 đến 50 chiếc

Dựa vào các thông số kích thước trên nhóm đã chọn tỉ lệ thu nhỏ là 1:12 để làm mô hình mô phỏng qui trình rửa xe tự động với các kích thước sau khi được tính toán như sau:

 Diện tích yêu cầu của mô hình DxR: 2,9m x 0,48m

 Không gian của qui trình DxRxC: 1,8m x 0,3m

 Chọn xe có kích thước DxRxC: 0,43m x 0,17m x 0,17m

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế của mô hình:

Hiện nay trên thế giới có 3 mô hình rửa xe ô tô tự động phổ biến, đó là: Touchless Wash, Soft Touch Wash và cuối cùng là Soft Touch kết hợp với Pre Wash Touchless Wash là mô hình rửa xe tự động mà việc rửa xe không dùng dụng

cụ hay chổi rửa xe để làm sạch bề mặt xe Toàn bộ xe sẽ được rửa và làm sạch bằng

xà bông rửa xe chuyên dụng với khả năng làm mềm chất bẩn, sau đó hệ thống sẽ phun nước áp lực cao để làm sạch toàn bộ

Với mô hình này, thời gian rửa xe trung bình cho mỗi xe tầm 4-6 phút trên một xe

và trong 1 giờ sẽ rửa được tầm 10 đến 15 chiếc xe Ưu điểm của mô hình này đó

là điện tích lắp ráp không cần quá lớn,

có kết cấu và vận hành đơn giản, thường được sử dụng tại các hãng xe hoặc trạm xăng

Hình 3.1 Hệ thống rửa xe tự động risense

Soft Touch Wash là mô hình rửa xe tự động sử dụng các bộ chổi rửa nhằm loại

bỏ đất cát bám dính trên bề mặt xe mà chỉ dùng nước áp lực cao không thể nào rửa sạch được

Với mô hình này thời gian rửa xe trung bình tầm 3-4 phút một xe và trong một giờ sẽ rửa được tầm 15 đến 25 chiếc

xe Mô hình này phù hợp với những

khu vực cần số lượng rửa xe lớn với

tốc độ nhanh như ở các hãng xe, tuy

nhiên xét về mặt kết cấu và lắp ráp của

Hình 3.3 Soft Touch Wash kết hợp Pre Wash

3.3 Quy trình thiết kế

 Bước 1: Xe di chuyển vào vị trí bắt đầu của qui trình rửa, hệ thống băng

chuyền sẽ di chuyển xe đi vào hệ thống tự động

 Bước 2: Xe ô tô sẽ được rửa sơ qua toàn bộ từ phía trên lẫn hai bên hông nhằm

làm ướt đẫm xe cho các vết bẩn trên xe thấm nước để cho việc vệ sinh xe thuận lợi hơn

Bước 3: Sau khi xe đã được phun nước sơ qua thì xe được phun dung dịch vệ

sinh chuyên dụng cho xe đều qua các bề mặt của xe

Bước 4: Xe di chuyển đến chổi lắc nhằm lau sạch mặt trên của xe

Bước 5: Xe sẽ được rửa nước sạch dưới áp lực mạnh một lần nước để làm sạch

các vết bẩn 1 lần nữa

Bước 6: Cuối cùng xe sẽ được sấy khô và di chuyển ra ngoài, rời khỏi hệ thống

rửa xe tự động

3.4 Tính toán thiết kế

3.4.1 Tính toán thiết kế băng chuyền

Hình 3.4 Sơ đồ hoạt động bộ băng chuyền Chọn loại băng chuyền:

Giấy nhám thô P40 được sử dụng mô phỏng dưới dạng băng chuyền

Các thông số kỹ thuật như sau:

Loại nhám: Nhám thô P40

Kích thước:

- Chiều rộng: 100 mm

- Chiều dài l=4250 mm

Yêu cầu kỹ thuật:

- Có chức năng tạo chuyển động cho tải băng chuyền, đưa xe ôtô di chuyển trong hệ thống rửa xe

- Vận tốc của băng chuyền: 25mm/s (0.025 m/s)

- Khối lượng xe ô tô: m=1.5kg

- Khối lượng của băng chuyền:1.5kg

- Chiều dài băng chuyền: 2125mm

- Chiều dài xích trên đường dẫn: l=1062mm

Chọn động cơ băng chuyền có

Thông số kỹ thuật như sau:

Tên: Động cơ giảm tốc 60KTYZ

Điện Áp Đầu Vào: DC12V 50HZ

Công Suất Đầu Vào: 14W

Dòng ĐầuVào: 63mA(Không Tải)

Hình 3.5 Động cơ giảm tốc 60KTYZ

3.4.2 Tính toán thiết kế cụm vòi phun, bình chứa:

3.4.2.1 Tính toán thiết kế bơm khâu rửa 1

Yêu cầu kỹ thuật:

- Khâu rửa 1 có chức năng làm sạch các chất bẩn bám trên thân xe và gầm xe ô

tô, làm mềm các chất bẩn khó rửa để rửa sạch trong các khâu tiếp theo

- Số lượng béc: 4 béc (gồm 2 béc rửa 2 bên thành xe – mỗi bên 1 béc, 1 béc rửa gầm xe, 1 béc rửa trần xe)

Thông số kỹ thuật của béc:

- Lưu lượng Q: 1,2 lít/phút, áp suất: 65bar

- Chiều dài ống từ bơm cho đến đầu béc: 0,6 m

- Chiều dài ống hút từ bơm đến bình chứa nước: 0,3 m

- Kích thước ống nhựa mềm phi 10, độ dày thành ống 1mm, đường kính lòng ống 8mm

- Nguồn cấp cho bơm: 12VDC – 5A

Tính toán chọn bơm:

Xác định lưu lượng nước cần thiết để cấp cho các béc hoạt động:

𝑄𝑟1 = 4 𝑄 = 4 × 1,2 = 4,8 (𝑙 𝑝⁄ ) = 0,08 (𝑙 𝑠⁄ )

Qr1: Lưu lượng nước (l/s)

Công suất của máy bơm nước:

𝑃 =𝑄𝑟1× 𝐻𝑏 × 𝜌

102 × 𝑆

(0.1)

Công thức (3.9) trích từ trang 116 của tài liệu [3], trong đó:

- P: Công suất của bơm (kW)

- Hb: Chiều cao cột áp = Cột áp hút + Cột áp đẩy (m)

- ρ: Tỉ trọng nước = 1000 (kg/m3)

- S: Hiệu suất của bơm ~ 0.8 - 0.9

Công suất cần thiết của bơm

𝑃 = 0,08 × 10

−3× (0,6 + 0,3) × 1000

= 0,88 × 10−3 (𝑘𝑊) Chọn bơm có thông số kỹ thuật sau:

Dựa vào các thông số đã tính toán ở trên, tiến hành chọn máy bơm nước phù hợp với mô hình thiết kế => chọn máy bơm nước DRING 5002

Hình 3.6 Máy bơm nước DRING 5002 Tên: DRING 5002

- Điện áp: DC 12V

- Dòng điện: 3.5-4A

- Áp lực làm việc: 7 bar

- Tự động ngắt mở khi khóa hoặc mở đầu ra

- Lưu lượng nước: 5-6 L/ phút

- Vỏ bên ngoài: nhựa ABS bảo vệ chống bụi, chống nước cho động cơ

- Lõi Motor: Đồng

- Loại động cơ: chổi than

3.4.2.2 Tính toán thiết kế bơm khâu rửa 2:

Yêu cầu kỹ thuật:

Chức năng: Rửa sạch các chất bẩn và xà phòng còn bám trên thành xe

Số lượng béc: 3(gồm 2 béc rửa thành xe – mỗi bên 1 béc, 2 béc rửa trần xe) Thông số kỹ thuật của béc:

- Lưu lượng Q = 1,2 lít/phút, áp suất: 65bar

- Chiều dài ống từ bơm cho đến đầu béc: 0,6 m

- Chiều dài ống hút từ bơm đến bình chứa nước: 0,3 m

- Kích thước ống nhựa mềm phi 10, độ dày thành ống 1mm, đường kính lòng ống 8mm

- Nguồn cấp cho bơm: 12VDC – 5A

Tính toán chọn bơm:

Xác định lưu lượng nước cần thiết để cấp cho các béc hoạt động:

𝑄𝑟2 = 4 𝑄 = 3 × 1,2 = 3,6 (𝑙 𝑝⁄ ) = 0,06 (𝑙 𝑠⁄ ) Công suất của máy bơm nước, áp dụng công thức (3.9):

𝑃 =𝑄𝑟2× 𝐻𝑏 × 𝜌

102 × 𝑆Công suất cần thiết của bơm

𝑃 = 0,06 × 10

−3× (0,6 + 0,3) × 1000

−3 (𝑘𝑊)

 Với tính toán như trên lựa chọn phương án máy bơm DRING 5002

3.4.2.3 Tính toán thiết kế bơm dung dịch rửa xe

Yêu cầu kỹ thuật:

Chức năng: Phun xà phòng làm sạch các vết bẩn trên xe

Số lượng béc: 3(gồm 2 béc rửa thành xe – mỗi bên 1 béc, 2 béc rửa trần xe)

Thông số kỹ thuật của béc:

- Chiều dài ống từ bơm cho đến đầu béc: 0,6 m

- Chiều dài ống hút từ bơm đến bình chứa nước: 0,3 m

- Kích thước ống nhựa mềm phi 10, độ dày thành ống 1mm, đường kính lòng ống 8mm

- Nguồn cấp cho bơm: 12VDC – 5A

Tính toán chọn bơm:

Xác định lưu lượng nước cần thiết để cấp cho các béc hoạt động:

𝑄𝑟2 = 4 𝑄 = 3 × 1,2 = 3,6 (𝑙 𝑝⁄ ) = 0,06 (𝑙 𝑠⁄ ) Công suất của máy bơm nước, áp dụng công thức (3.9):

𝑃 =𝑄𝑟2× 𝐻𝑏 × 𝜌

102 × 𝑆Công suất cần thiết của bơm

𝑃 = 0,06 × 10

−3× (0,6 + 0,3) × 1000

−3 (𝑘𝑊)

 Với tính toán như trên lựa chọn phương án máy bơm DRING 5002

3.4.2.4 Tính toán thiết kế bình chưa khẩu rửa

Tốc độ xe di chuyển trong hệ thống: v = 7 cm/s

Với chiều dài xe mô hình là L = 28cm,

thời gian xe di chuyển qua mỗi khâu rửa là:

T= 𝐿

𝑣 = 28

Trong đó:

L: Chiều dài mô hình (cm)

V: Vận tốc di chuyển của xe khi di chuyển trên hệ thống (cm/s)

Lượng nước sạch tiêu thụ để rửa cho một xe:

V1 = Qr1.t = 0,08 x 9 = 0,72 (lít)

Giả sử thiết kế bình chứa hoạt động liên tục rửa cho 2 xe liên tiếp, tổng lượng nước tiêu thụ để rửa xe là:

Vt1 = V1.2 = 0,72 x 2 = 1,44 (lít)

Do đó ta lựa chọn bình nước khoáng Aquafina vuông có dung tích 5 lít để phục

vụ quá trình rửa xe

3.4.2.5 Tính toán thiết kế bình rửa khâu 2:

L: Chiều dài mô hình (cm)

V: Vận tốc di chuyển của xe khi di chuyển trên hệ thống (cm/s)

Lượng nước sạch tiêu thụ để rửa cho một xe:

V2 = Qr2.t = 0,06 x 9 = 0,54 (lít) Giả sử thiết kế bình chứa hoạt động liên tục rửa cho 2 xe liên tiếp, tổng lượng nước tiêu thụ để rửa xe là:

Vt2 = V2.2 = 0,54 x 2 = 1,08 (lít)

Do đó ta lựa chọn bình nước khoáng Aquafina vuông có dung tích 5 lít để phục

vụ quá trình rửa xe

3.2.4.6 Tính toán thiết kế bình chứa dung dịch rửa xe:

L: Chiều dài mô hình (cm)

V: Vận tốc di chuyển của xe khi di chuyển trên hệ thống (cm/s)

Lượng nước sạch tiêu thụ để rửa cho một xe:

Vxp = Qxp.t = 0,033 x 9 = 0,3 (lít)