Đồ án tốt nghiệp ngành máy xây dựng tên đề tài thiết kế xe vận chuyển tự động pallet tải trọng nâng 1,5 tấn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Khoa: Cơ khí Bộ môn: Máy xây dựng NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - Kích

BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY XÂY DỰNG

PALLET TẢI TRỌNG NÂNG 1,5 TẤN

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Tiến Nam Sinh viên thực hiện: Đỗ Quang Thoát

Hà Nội - 2022

Hình 4 Mẫu trang phụ bìa đồ án

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNGKHOA CƠ KHÍ XÂY DỰNG

BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY XÂY DỰNG

Tên đề tài: THIẾT KẾ XE VẬN CHUYỂN PALLET

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY

DỰNG HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa: Cơ khí

Bộ môn: Máy xây dựng

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- Kích thước Pallet chứa hàng: 1830x1570x1070 (mm)

- Chiều cao nâng: 180 mm

- Thời gian nâng: 4 giây

3- Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :

- Tổng quan (Lịch sử nhà kho, kho tự động, các thiết bị trong kho tự động, phương án thiết kế, giới thiệu máy thiết kế)

- Tính toán chung

+ Công suất chung của máy

- Tính toán riêng + Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển của máy + Tính toán thiết kế cơ cấu nâng pallet

+ Tính toán thiết kế khung máy

4 - Các bản vẽ đồ thị (Số lượng và kích thước các bản vẽ)

- Bản vẽ các phương án hoạt động máy : 01 A1

- Bản vẽ hình chung máy thiết kế: 01 A1

- Bản vẽ cơ cấu di chuyển, cơ cấu nâng, khung máy: 04 A1

- Bản vẽ chi tiết: 04 A3

5 - Cán bộ hướng dẫn chính: ThS Nguyễn Tiến Nam

6 - Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày tháng năm 2021

7 - Ngày hoàn thành thiết kế tốt nghiệp: Ngày… tháng … năm 20…

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp đã được

Bộ môn thông qua Ngày tháng năm …

TRƯỞNG BỘ MÔN

(Ký tên và ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án cho

Tổ, Bộ môn Ngày tháng năm 20

SINH VIÊN LÀM THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHO VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HOÁ

1.2.2 Các dấu mốc phát triển của nhà kho tự động 15

1.3 Các thiết bị trong kho tự động phổ biến 17

2.2.2.1 Các phương án dẫn động 29

2.3 Tính toán hệ dẫn động nâng hạ thuỷ lực 36

2.3.4.2 Tính toán thông số đường dây thuỷ lực 40

3.1.3 Tính kiểm tra liên kết hàn của cụm càng nâng 47

4.2 Bố trí không gian khung chứa thiết bị 51

4.3.3.1 Tính kiểm tra liên kết hàn của cụm dầm chốt xoay phía trước 564.3.3.2 Tính kiểm tra liên kết hàn tai bắt chốt xoay phía sau 564.3.3.3 Kiểm tra liên kết giữa khung máy và xy lanh thuỷ lực 57

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG DI CHUYỂN 59

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Nhà kho công ty sữa Vinamilk, Việt Nam 13

Hình 1.6 Xe nâng điện của hãng TOYOTA, tải trọng nâng 3 tấn 19

Hình 1.17 AGV sử dụng lò xo treo bánh chủ động 25

Hình 2.11 Hình ảnh van phân phối 2/2 41

Hình 3.3 Sơ đồ ngoại lực tác dụng và phản lực cụm càng nâng 44

Hình 3.7 Chuyển vị tổng thể của cụm càng nâng 46Hình 3.8 Chuyển vị theo phương X của cụm càng nâng 46Hình 3.9 Chuyển vị theo phương Y của cụm càng nâng 46Hình 3.10 Chuyển vị theo phương Z của cụm càng nâng 46

Hình 3.12 Sơ đồ lực tác dụng và biểu đồ nội lực trục bắt con lăntỳ 48

Hình 4.4 Thông số kích thước cụm khung chịu lực 55Hình 4.5 Sơ đồ ngoại lực tác dụng và phản lực khung chịu lực 56

Hình 4.7 Sơ bộ kết cấu cụm tai bắt chốt phía sau 57

Hình 4.10 Chuyển vị theo phương X trên khung chịu lực 58Hình 4.11 Chuyển vị theo phương Y trên khung chịu lực 58Hình 4.12 Chuyển vị theo phương Z trên khung chịu lực 58Hình 4.13 Liên kết bu lông giữa khung máy và xy lanh 60

Hình 5.4 Cụm động cơ 63Hình 5.5 Sơ đồ lực và biểu đồ momen trục động cơ 64

Hình 5.8 Sơ đồ lực tác dụng và biểu đồ momen tại trục bánh xe 68

Hình 5.11 Sơ đồ lực tác dụng và biểu đồ momen chốt xoay phíatrước 72

Hình 5.14 Sơ đồ lưc tác dụng và biểu đồ momen chốt xoay phíasau 74

LỜI NÓI ĐẦU

Từ lâu trong tiềm thức chúng ta đã biết được những robot tự động di

chuyển thông minh thông qua những bộ phim khoa học viễn tưởng Với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật, ngày nay những robot đó không còn nằm trên phim ảnh mà đã trực tiếp có mặt ở mọi ngóc ngách xung quanh chúng ta hỗ trợ con người trên nhiều lĩnh vực trong cuộc sống

Nhưng có một thực tế đáng buồn, là ở Việt Nam trong các nhà máy hay phân xưởng sản xuất cũng như trong đời sống hàng ngày chúng ta chưa áp dụng được nhiều những sản phẩn mang tên Robot thông minh, chưa nói tới những sản phẩm đó có mác Made in Viet Nam

Thế giới ngày một phát triển đồng nghĩa với việc chúng ta không thể đểchính mình bị lùi lại phía sau Thế hệ trẻ ngày này cần được trang bị và hìnhdung một cách trực quan hơn về những công nghệ mới cũng như việc áp dụngđược chúng trong đời sống hàng ngày

Hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở nước ta đều đang từng bướcxây dựng quy mô nhưng chất lượng chưa cao do hạn chế về khoa học kĩ thuật,máy móc thiết bị còn thô sơ nên năng suất lao động chỉ đạt ở mức trung bình,lợi nhuận không cao do phải thuê mướn lượng công nhân lớn

AGV là một loại xe tự hành sử dụng tại nước ngoài trong các ngành côngnghiệp dùng để chuyên chở tự động, tuy nhiên với Việt Nam loại xe này vẫnchưa được áp dụng nhiều trong thực tế Xuất phát từ các yêu cầu và xu hướngtrên, trong lần làm đồ án tốt nghiệp này em đã nhận nhiệm vụ tìm hiểu vàthiết kế về loại xe AGV trong việc vận chuyển hàng hoá tại các kho và nhàmáy sản xuất dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các giáo viên trong

khoa Cơ Khí, đặc biệt là thầy Th.S Nguyễn Tiến Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHO VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HOÁ

TRONG NHÀ KHO TỰ ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống nhà kho tự động

1.1.1 Nhà kho là gì

Nhà kho là một công trình để chứa hàng hóa Nhà kho được sử dụng bởi cácnhà sản xuất, nhập khẩu, xuất khẩu, bán buôn, kinh doanh vận tải, hải quan, Chúng thường là những công trình có diện tích mặt bằng lớn trong các khucông nghiệp ở ngoại ô thành phố, thị trấn hoặc làng mạc

Nhà kho thường có các ụ tải để bốc dỡ hàng hóa từ xe tải Đôi khi nhà khođược thiết kế để bốc dỡ hàng hóa trực tiếp từ đường sắt, sân bay hoặc cảngbiển Chúng thường có cần trục và xe nâng để di chuyển hàng hóa, các loạihàng hóa này thường được đặt trên các pallet tiêu chuẩn ISO được xếp vàocác giá đỡ pallet Hàng hóa được lưu trữ có thể bao gồm bất kỳ nguyên liệuthô, vật liệu đóng gói, phụ tùng, linh kiện hoặc thành phẩm nào liên quan đếnnông nghiệp, chế tạo và sản xuất

Hình 1 1 Nhà kho công ty sữa Vinamilk, Việt Nam

1.1.2 Lịch sử phát triển của nhà kho

Nhà kho có thể được định nghĩa về mặt chức năng là một tòa nhà trong đólưu trữ các sản phẩm hoặc hàng hóa số lượng lớn cho mục đích thương mại.Hình thức cấu trúc nhà kho được xây dựng trong suốt thời gian phụ thuộc vàonhiều bối cảnh: vật liệu, công nghệ, địa điểm và nền văn hóa; về mặt nhu cầu,kho hàng phát triển trong các xã hội mà trong đó thương mại đạt đến một khốilượng quan trọng đòi hỏi phải có kho lưu trữ tại một số thời điểm trong quá

Trong cuộc cách mạng công nghiệp vào giữa thế kỷ 18, chức năng của nhàkho đã phát triển và trở nên chuyên biệt hơn Việc sản xuất hàng loạt hànghóa do cuộc cách mạng công nghiệp thế kỷ 18 và 19 phát động đã thúc đẩy sựphát triển của các nhà kho chuyên dụng và lớn hơn, thường nằm gần các đầumối giao thông trên kênh đào, đường sắt và ven cảng Sự chuyên môn hóa cáccông việc là đặc điểm của hệ thống nhà máy, vốn đã phát triển ở các nhà máydệt và lò nung của Anh vào giữa cuối những năm 1700 Các quy trình tại nhàmáy đẩy nhanh tiến độ làm việc và lao động có tay nghề, mang lại lợi nhuậnmới cho việc đầu tư vốn.

Các nhà kho cũng đáp ứng một loạt các chức năng thương mại bên cạnhviệc lưu trữ đơn giản, ví dụ như kho bông của Manchester ở nước Anh và cáccửa hàng len của Úc: nhận, dự trữ và gửi hàng; trưng bày hàng hóa cho ngườimua thương mại; đóng gói, kiểm tra và dán nhãn đơn đặt hàng, và gửi chúng.Kiến trúc tiện dụng của nhà kho đã đáp ứng nhanh chóng với các công nghệmới nổi Trước và vào thế kỷ 19, nhà kho cơ bản của châu Âu được xây dựngbằng tường chịu lực hoặc khung gỗ nặng với lớp ốp bên ngoài phù hợp Bêntrong, các trụ bằng gỗ nặng có tác dụng hỗ trợ các thanh gỗ và dầm đỡ chocác tầng trên, hiếm khi cao hơn 4 đến 5 tầng

Cuối thế kỉ 19, đầu 20 mạng lưới điện công cộng đã được xây dựng ở nhiềuthành phố công nghiệp lớn trên thế giới, điển hình là Manchester Chúng cóhiệu quả cao để cung cấp năng lượng cho cần trục và thang máy, ứng dụngcủa chúng trong các nhà kho phục vụ các tòa nhà cao hơn và tạo ra hiệu quảlao động mới

Các công nghệ của thế kỷ 20 đã làm cho việc lưu kho trở nên hiệu quả hơnbao giờ hết Điện trở nên phổ biến rộng rãi và thay đổi hệ thống chiếu sáng,

an ninh, nâng hạ và vận tải từ những năm 1900 Động cơ đốt trong, được pháttriển vào cuối thế kỷ 19, được lắp đặt trên các phương tiện sản xuất hàng loạt

từ những năm 1910 Nó không chỉ định hình lại các phương thức vận chuyển

mà còn cho phép nhiều ứng dụng như một nhà máy điện nhỏ gọn, di động, ởbất cứ nơi nào cần động cơ nhỏ

Xe nâng được phát minh vào đầu thế kỷ 20 và được đưa vào sử dụng rộngrãi sau Thế chiến thứ hai Xe nâng đã biến đổi khả năng xếp hàng hóa nhiều

tầng của pallet trong các tòa nhà khung thép một tầng, cao hơn để có mật độlưu trữ cao hơn Xe nâng được được sử dụng rộng rãi trong nhà kho đã tạođiều kiện cho sự gia tăng của các phương pháp tiếp cận kho vận đối với khohàng vào cuối thế kỷ 20.

Vào cuối thế kỷ 20, các nhà kho bắt đầu thích ứng với tiêu chuẩn hóa, cơgiới hóa, đổi mới công nghệ và những thay đổi trong phương pháp chuỗi cungứng Ở thế kỷ 21, chúng ta hiện đang chứng kiến sự phát triển lớn tiếp theotrong tự động hóa kho bãi

1.2 Kho tự động

1.2.1 Kho tự động là gì

Nhà kho tự động còn được gọi là kho thông minh (smart warehouse) Hệthống kho này dùng các khung kệ chứa hàng có khả năng nâng cấp và cải tạosức chứa lên nhiều lần một cách dễ dàng Kết hợp với đó là robot cấp và lấyhàng tự động, xe tự hành AGV, cầu trục (cranes), băng tải (conveyor) để dichuyển hàng hóa sang các dây chuyền đóng gói Ngoài ra không thể thiếuphần mềm để điều khiển và lưu trữ thông tin Kho tự động là một phần khôngthể thiếu của một nhà máy hiện đại Hệ thống kho tự động giúp giải phónggần như hoàn toàn sức lao động của con người

Hình 1 2 Kho hàng của công ty Amazon

1.2.2 Các dấu mốc phát triển của nhà kho tự động

Bảng 1 1 Lịch sử phát triển kho tự động Thời

gian

gian

Dấu mốc

(Henry Force) (DAIFUKU)

1919 Chương trình giáo dục về

chuỗi cung ứng (Đại học SYRACUSE)

90s

1980-Hệ thống quản lý nhà kho

1948 Công nghệ RFID (Harry

Stockman)

1995 Sàn thương mại điện tử đầu

tiên (AMAZON/ EBAY)

2003 Phòng nghiên cứu về khoa

học máy tính và trí tuệ nhântạo đầu tiên (đại học MIT)

1953 Thiết bị dẫn đường tự động

AGV (BERRETT ELECTRONICS)

2007 Chương trình giảng dạy về

Robotics (đại học WPI)

1960 Hệ thống RFID

(SENSORMATIC, CHECKPOINT AND KNOGO)

2012 AF/SF (Autonomous

Fleet-Based Storage & Fulfillment)

1.2.3 Các ưu điểm của kho tự động

 Tăng tốc độ lưu trữ và xuất nhập kho: Bởi vì các hệ thống tự động gần

như xác định ngay lập tức vị trí của tất cả các mặt hàng trong một đơn hàng

cụ thể, tự động hóa kho hàng sẽ tăng tốc độ Ngoài ra, hệ thống tự động hóakho hàng giúp tối ưu hóa các tuyến đường và tối đa hóa năng suất trong quátrình truy xuất sản phẩm Tự động hóa kho hàng cũng tăng tốc độ hoàn thànhđơn hàng khi nhà kho tận dụng tối đa công năng của robot và băng tải Cuốicùng, tự động hóa kho hàng tăng tốc quy trình quản lý hàng tồn kho bằngcách tận dụng công nghệ để tự động đếm các mặt hàng

 Tối đa hóa không gian: Hệ thống tự động hóa nhà kho tối đa hóa không

gian lưu trữ bằng cách sử dụng rô bốt và các phương tiện được dẫn đường tựđộng (AGV) để hoàn thành các nhiệm vụ lấy và lưu trữ sản phẩm, đồng thờigiảm nhu cầu về lối đi phục vụ công nhân điều khiển xe nâng pallet lớn vàkích nâng pallet

 Tối ưu kiểm đếm số lượng hàng tồn kho: Bằng cách giảm thiểu lỗi do

con người gây ra, tự động hóa kho hàng có thể hợp lý hóa việc quản lý hàngtồn kho, cho phép số lượng hàng tồn kho và dữ liệu hàng tồn kho liên quanchính xác hơn

 Tăng cường an toàn: Nhiều hệ thống tự động hóa nhà kho đưa sản

phẩm đến tay công nhân, thay vì công nhân phải tự đi đến sản phẩm Do đó,lưu lượng người di chuyển trong toàn bộ cơ sở giảm, tăng cường an toàn chokho hàng Điều này cũng có thể giảm hư hỏng sản phẩm bằng cách giảm nhucầu nhân viên kho tự di chuyển sản phẩm từ vị trí này đến vị trí khác

1.3 Các thiết bị trong kho tự động phổ biến

1.3.1 Thiết bị vận hành thông thường

1.3.1.1 Pallet

Định nghĩa: Pallet là một kết cấu bằng phẳng và ngang dùng để tải hàng

hoá nhằm lưu trữ và luân chuyển trong kho bằng xe nâng hoặc các thiết bịkhác Pallet có cấu tạo cơ bản của một đơn vị lượng tải cho phép di chuyển vàxếp vào kho một cách hiệu quả

Vai trò:

- Bốc xếp, di chuyển hàng hoá trong kho

- Hạn chế vỡ hỏng hàng hoá

- Chống ẩm mốc hàng hoá

Hình 1 3 Các loại Pallet hay sử dụng

1.3.1.2 Kệ chứa hàng

Định nghĩa: Kệ chứa hàng dùng để lưu trữ hàng hoá và tận dụng không

gian trong nhà kho, chủ yếu được dùng trong các ngành công nghiệp, xưởng

cơ khí, doanh nghiệp cho thuê kho bãi, kho doanh nghiệp sản xuất,…

Vai trò:

- Nâng, đỡ hàng hoá trong kho

- Dễ dàng định vị khu vực chứa hàng hoá

- Tận dụng không gian, tiết kiệm không gian lãng phí

- Tránh tình trạng ẩm mốc

Hình 1 4 Giá kệ lưu hàng trong kho

1.3.1.3 Xe nâng tay

Định nghĩa: là thiết bị nâng hạ đơn có thiết kế đơn giản, kích thước nhỏ gọn

và chủ yếu dùng trợ lực cho sức người để nâng, hạ cũng như di chuyển hànghoá, sản phẩm

Vai trò:

- Hỗ trợ sức lực cho người lao động trong kho bãi trong việc nâng, hạ dichuyển hàng hoá

Hình 1 5 Xe nâng tay tải trọng 2.5 tấn

1.3.1.4 Xe nâng điện (Forklift)

Định nghĩa: Thiết bị nâng và di chuyển hàng tải trọng lớn, sử dụng ắc quy,

pin hoặc dùng điện trực tiếp để nâng hạ và di chuyển hàng hoá Kể từ sau Thếchiến thứ hai, việc sử dụng và phát triển xe nâng đã được mở rộng trên toànthế giới rất nhiều trong lĩnh vực sản xuất và kho bãi

Vai trò:

- Di chuyển, bốc dỡ hàng hoá, đẩy nhanh quá trình vận hành trong kho

Hình 1 6 Xe nâng điện của hãng TOYOTA, tải trọng nâng 3 tấn

1.3.2 Thiết bị vận hành tự động AGV

1.3.2.1 Định nghĩa

AGV là thiết bị dẫn đường tự động, là một thiết bị di động đi theo cácđường dài hoặc dây điện được đánh dấu trên sàn hoặc sử dụng sóng vô tuyến,camera quan sát, nam châm hoặc tia laser để điều hướng Chúng thường được

sử dụng nhiều nhất trong các ứng dụng công nghiệp để vận chuyển vật liệunặng quanh khu công nghiệp lớn, chẳng hạn như nhà máy hoặc nhà kho Ứngdụng của phương tiện dẫn đường tự động đã được mở rộng trong cuối thế kỷ20

AGV đầu tiên được đưa ra thị trường vào những năm 1950, bởi BarrettElectronics ở Northbrook, Illinois, và vào thời điểm đó nó chỉ đơn giản là mộtchiếc xe tải kéo theo dây dẫn trên sàn nhà thay vì một thanh ray AGV, theosau các điểm đánh dấu UV vô hình trên sàn nhà Hệ thống đầu tiên gồm nhiềuAGV hoạt động được triển khai tại Tháp Willis (trước đây là Tháp Sears) ởChicago, Illinois để chuyển thư đến khắp các văn phòng của nó

Trong những năm qua, công nghệ ngày càng trở nên phức tạp hơn và ngàynay các phương tiện tự động chủ yếu được điều hướng bằng Laser, ví dụ nhưLGV (Xe có hướng dẫn bằng Laser) Ngày nay, AGV đóng một vai trò quantrọng trong việc thiết kế các nhà máy và nhà kho mới, giúp vận chuyển hànghóa một cách an toàn đến đúng điểm đến của chúng

1.3.2.2 Cấu tạo chung AGV

Hình 1 7 Cấu tạo chung AGV

Năng lượng cho xe hoạt động thông thường được lấy từ bình ắc quy hoặcpin (loại pin lead-acid maintenace free battery hoặc pin lithium) để cho động

cơ điện hoạt động, thông qua bộ truyền động (xích, đai, bánh răng) dẫn độngbánh xe chủ động để xe di chuyển, trong quá trình di chuyển xe được dẫnhướng bằng các cảm biến xác định vị trí, khi có vật cản (người,.) thì cảm biếnphát hiện vật cản (siêu âm, laser, ) làm việc sẽ tác động đến bộ phận điềukhiển để xe dừng lại

1.3.2.3 Phân loại

 Xe kéo (Towing Vehicle): Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn còn

thịnh hành Loại này có thể kéo được nhiều loại toa hàng khác nhau và chởđược từ 100 kg đến khoảng 1 tấn

Hình 1 8 Xe kéo của hãng MOVEXX

- Xe chở (Unit Load Vehicle): Xe chở được trang bị các tầng khay chứa

có thể là các nâng, hạ chuyền động bằng băng tải, đai hoặc xích

Hình 1 9 Xe chở (Unit Load Vehicle)

- Xe đẩy (Cart Vehicle): Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt cao và rẻ

tiền Chúng được sử dụng để chuyên chở vật liệu và các hệ thống lắp ráp

Hình 1 10 Xe đẩy (Cart Vehicle)

- Xe nâng (Fork Vehicle): Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn

hoặc trên các bục cao hay các khối hàng đặt trên giá

Hình 1 11 Xe nâng ( Fork Vehicle)

1.3.2.4 AGV ứng dụng cho Pallet

AGV có thể nâng hay di chuyển pallet với tải trọng lớn trong các kho tựđộng và nhà máy sản xuất hiện đang xuất hiện rất nhiều trên thị trường vàđược nhiều hãng thiết kế, ứng dụng rộng rãi do có những ưu điểm cơ bản sau:

- Hầu hết các kho bãi lưu trữ đều sử dụng pallet để sắp xếp hàng hoá, dovậy việc kết hợp với pallet để vận chuyển hàng sẽ giúp nhà sản xuất tiếp cậnđược nhiều kho hàng mục tiêu

- Pallet là vật tư đã được tiêu chuẩn hoá do vậy khi thiết kế AGV chopallet sẽ giảm được thời gian tính toán lựa chọn thiết bị cũng như thay đổi kếtcấu máy.

Từ những ưu điểm trên có thể thấy việc thiết kế được dòng AGV nângpallet là một lợi thế lớn với các nhà sản xuất AGV

Một số loại AGV nâng, di chuyển pallet phổ biến

Dựa trên các kích thước đã được tiêu chuẩn hoá của pallet, trên thế giới đãthiết kế ra nhiều loại AGV đề phù hợp với chúng, có thể liệt kê một số loạitiêu biểu sau

Di chuyển dưới giá hàng và nâng pallet

Hình 1 12 AGV KIVA của công ty

AMAZON, Mỹ Hình 1 13 AGV của hãng MIR

Ưu điểm:

- Nhỏ gọn, di chuyển linh hoạt;

- Mật độ pallet trong nhà xưởng có thể bố trí cao do AGV không cầnnhiều diện tích khi hoạt động

Nhược điểm:

- Không gian trong AGV nhỏ vì vậy các thiết bị bố trí AGV cần được tối

ưu hoá tốt;

- Thuật toán di chuyển AGV tương đối phức tạp;

- Yêu cầu giá hàng để đặt pallet lên trên giúp AGV di chuyển lấy pallet

Pallet Truck - Sử dụng càng nâng lấy pallet từ phía cạnh

Hình 1 14 AGV của hãng Nipper Hình 1 15 AGV của hãng JBT

Pallet Pallet Truck là dạng AGV di chuyển pallet rất phổ biến, chúng hoạtđộng nhờ 02 chiếc cần dài ở đầu xe, nâng và di chuyển các pallet tải trọnglớn

Ưu điểm

- Có khoang phía sau xe giúp bố trí thiết bị dễ dàng;

- Chiều cao nâng lớn;

- Có thể nâng được Pallet tải trọng lớn

AGV sử dụng cơ cấu treo

Hình 1 17 AGV sử dụng lò xo treo bánh chủ động

Phương án này sử dụng 4 bánh dẫn hướng không thay đổi chiều cao bố trí 4góc của AGV, 2 bánh chủ động ở giữa, 2 bánh chủ động này có dầm cân bằngthông qua lò xo nén để bánh chủ động luôn tiếp xúc đường khi xe đi vào vùngmấp mô

Ưu điểm:

- Tăng tuổi thọ bánh xe do tải tác động đều lên 6 bánh;

- Có khả năng chạy tiến, lùi, quay tại chỗ tốt

Nhược điểm:

- Hiện tượng bánh chủ động quay trơn do lực căng lò xo không đều;

- Xe có chiều rộng lớn do sơ đồ dẫn động chiếm nhiều không gian xe.Phương án này phù hợp với nền mặt bằng phẳng, xe AGV dạng kéo chạyhai đầu, quay tại chỗ, AGV cần tự trọng bản thân lớn để kéo hàng

AGV sử dụng cầu cần bằng

Hình 1 18 AGV sử dụng cầu cân bằng

Phương án sơ đồ dẫn động AGV dùng 6 bánh xe, 2 bánh chủ động ở giữa cócầu cân bằng với 2 bánh bị động ở một phía và 2 bánh bị động ở đầu còn lại

có cầu cân bằng với nhau

Ưu điểm

- Bánh chủ động tiếp xúc mặt đường tốt, giảm khả năng quay trơn bánhchủ động

- Tải được phân bố đều lên các bánh khi xe hoạt động

- Xe không rung lắc nhiều như phương án sử dụng lò xo treo bánh chủđộng

Nhược điểm

- Gia công chế tạo cần chính xác, tăng giá thành

Phương án phù hợp với AGV dạng chở, tải trọng trên 1 tấn

1.4 Giới thiệu máy thiết kế

Nội dung đồ án này là nghiên cứu thiết kế một dòng AGV để nâng, dichuyển pallet, có thể ứng dụng trực tiếp tại các nhà máy, kho vận tại ViệtNam Các tiêu chí của máy cần có:

- Phù hợp với yêu cầu công nghệ trong nước.

- Phù hợp với mọi loại pallet

- Tải nâng: 1.5 tấn

1.4.1 Phương án thiết kế máy

Phương án thiết máy dạng Pallet Truck, sử dụng cầu cân bằng di chuyển

Hình 1 19 Cấu tạo sơ bộ AGV nâng pallet

01 Trạm nguồn thuỷ lực; 02 Khung xe; 03 Công tắc giới hạn hành trình xy lanh; 04 Xy lanh thuỷ lực; 05 Cụm dẫn động chủ động; 06 Cảm biến an toàn; 07 Cụm bánh bị động; 08 Công tắc hành trình giới hạn pallet; 09.

Cụm càng nâng

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 2.1 Lựa chọn các thông số đầu vào

Dựa theo catalog của các dòng AGV chở pallet trên thị trường ta có cácthông số cơ bản sau:

- Trọng lượng hàng cần nâng: H = 1,5 tấn = 15000 N

- Tốc độ di chuyển lớn nhất khi nâng: Vdc = 0.4m/s

- Chiều cao nâng: H = 180mm

- Bán kính quay nhỏ nhất: R = 1130mm

- Thời gian hoạt động liên tục: Tck = 8h

- Trọng lượng AGV sơ bộ: GAGV = 400kg = 4000 N

Do làm việc trong khu vực nhà xưởng, nhà máy sản xuất nên lực cản do gió – W4 là không đáng kể nên được lược bỏ quá trình tính toán sau này

Hình 2 1 Lực cản di chuyển của AGV

Lực cản do ma sát

Lực cản do ma sát:

Trong đó:

: độ dốc lớn nhất khi xe chuyển (o), AGV di chuyển trong bề mặt xưởngbằng phẳng, lấy sơ bộ = 2o

GAGV: trọng lượng của AGV, GAGV = 4000 N

Gh: Trọng lượng hàng (Pallet) cần di chuyển, Gh = 15000 N

: Hệ số ma sát, ở đây vật liệu được sử dụng cho bánh xe là nhựa PU(Polyurethane) tham khảo tài liệu [5] và [6] ta được = 0,018

Tổng trọng lượng của máy và pallet khi di chuyển

Lực cản do ma sát:

Lực cản do dốc

Lực cản dốc khi di chuyển được tính theo công thức

Lực cản do quán tính

Lực cản quán tính được tính theo công thức:

Trong đó: m – khối lượng AGV và pallet khi di chuyển, ta có:

(g là gia tốc trọng trường, lấy g=10m/s2)

a: gia tốc di chuyển của máy, lấy a = 0,2 m/s2

Tổng lực cản di chuyển

Tổng lực cản di chuyển của máy và pallet

2.2.2 Tính toán động cơ di chuyển

2.2.2.1 Các phương án dẫn động

Phương án dẫn động PA01:

Hình 2 2 Phương án dẫn động 01

Phương án sử dụng 01 động cơ dẫn động, ưu điểm của phương án là nhỏgọn, truyền động đơn giản, chiếm không gian nhỏ và thuận tiện cho việc bốtrí lên xe Phương án này có nhược điểm trục truyền quay với tốc độ nhỏ, mômen xoắn lớn nên kích thước trục to, hiệu suất truyền động thấp

Phương án dẫn động PA02:

Hình 2 3 Phương án dẫn động 02

Phương án sử dụng 02 động cơ dẫn động, ưu điểm của phương án là giảmđược hệ truyền động giữa hai bánh xe, hiệu suất truyền động cao Phương ánnày có nhước điểm dùng nhiều động cơ nên hệ số sử dụng công suất thiết bịkhông cao, chi phí lớn

Do AGV cần di chuyển linh hoạt nên sử dụng PA02 làm phương án dẫn

động di chuyển

2.2.2.2 Tính toán công suất di chuyển

Công suất di chuyển chung được tính theo công thức

Trong đó:

Vdc: vận tốc di chuyển lớn nhất, Vdc = 0,4 m/s

: Hiệu suất truyền động, lấy sơ bộ =0,85

Công suất trên mỗi động cơ (02 động cơ di chuyển)

→ Chọn động cơ có công suất 400W

2.2.2.3 Lựa chọn động cơ di chuyển

Động cơ BLDC ( động cơ một chiều không chổi than)

Khái niệm:

Động cơ không chổi than (Động cơ BLDC) còn được gọi là động cơ điện tử

giao tiếp (động cơ ECM hoặc EC) và động cơ DC đồng bộ Đây là động cơđồng bộ được cung cấp bởi dòng điện một chiều DC thông qua một biến tầnhoặc nguồn điện chuyển đổi tạo ra điện dưới dạng dòng điện xoay chiều AC

để truyền động từng pha của động cơ thông qua bộ điều khiển vòng kín

- Tuổi thọ cao do không có chuyển mạch cơ khí.

Động cơ bước hay còn gọi là Stepper Motor là một loại động cơ chạy bằngđiện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với động cơ DC thông thường.Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điềukhiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển độnggóc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vịtrí cần thiết

→ Động cơ bước là một loại động cơ mà bạn có thể quy định được góc quaycủa nó

- Khi hoạt động thường gây ra tiếng ồn và có hiện tượng nóng dần Vớinhững động cơ bước thế hệ mới thì việc độ ồn và nóng của động cơgiảm đáng kể.

Động cơ servo

Hình 2 6 Động cơ servo Khái niệm:

Động cơ servo là một thiết bị điện từ sử dụng cơ chế phản hồi âm để chuyểnđổi tín hiệu điện thành chuyển động có kiểm soát Về cơ bản, các động cơservo hoạt động giống như các bộ truyền động cung cấp khả năng kiểm soátchính xác về vận tốc, gia tốc và vị trí tuyến tính hoặc góc

Nó bao gồm bốn thứ: động cơ DC, cảm biến vị trí, bộ truyền bánh răng vàmạch điều khiển Cơ cấu bánh răng được kết nối với động cơ cung cấp phảnhồi cho cảm biến vị trí

Nếu động cơ của servo được vận hành bởi nguồn DC thì nó được gọi làđộng cơ servo DC và nếu nó được vận hành bởi nguồn cấp AC thì nó đượcgọi là động cơ servo AC

Các bánh răng của động cơ servo thường được làm bằng nhựa nhưng trongcác động cơ servo công suất cao, nó được tạo thành từ kim loại

Ưu điểm

- Đảm bảo yêu cầu về tốc độ cao và momen xoắn lớn;

- Làm việc êm;

- Độ chính xác cao

- Chi phí cao so với động cơ bước cùng thông số kĩ thuật;

- Bảo dưỡng tốn kém

Với tiêu chí lựa chọn động cơ di chuyển tối đa hoá không gian trong AGV,

an toàn trong hoạt động công nghiệp và giá thành hợp lý, lựa chọn động cơ không chổi than BLDC

Hãng động cơ lựa chọn: Nhà sản xuất động cơ ZD của Trung Quốc

(Ningbo Zhongao Shenghe Transmission Equipment Co., Ltd) chuyên sảnxuất động cơ bánh răng AC và DC vi mô (micro AC and DC gear motor),động cơ BLDC, động cơ bánh răng hành tinh BLDC, động cơ bánh răng xoaychiều vi mô, hộp số hành tinh chính xác cho động cơ servo và nó có khả năngthiết kế và phát triển động cơ nhỏ, động cơ tùy chỉnh và hộp số chính xác, bộđiều khiển động cơ với chất lượng cao, đội ngũ bán hàng và dịch vụ của công

ty là tuyệt vời Đến nay, công ty có 820 nhân viên, 20 kỹ sư và 45 kỹ thuậtviên, đồng thời đã nhận được chứng nhận CUS, CUL, UL, CE, ROHS vàISO9001

Lựa chọn động cơ di chuyển: lựa chọn động cơ kèm hộp giảm tốc của

hãng ZD motor có các thông số sau:

Tính toán tỉ số truyền

Tốc độ quay của bánh dẫn động tính theo vòng trên phút

Trong đó: Dbx – đường kính bán dẫn động, lấy sơ bộ Dbx = 180 mm=0,18 m

Tỉ số truyền:

Chọn động cơ ZD trên có tỉ số truyền của hộp giảm tốc = 50

Tốc độ di chuyển thực tế:

2.2.2.4 Kiểm tra khả năng bám

Điều kiện bám khi di chuyển:

Lực bám được tính theo công thức:

Trong đó: Gb – trọng lượng bám, ta lấy

Hình 2 7 Bố trí xy lanh trên khung

01 Con lăn tỳ dọc; 2 Con lăn tỳ ngang; 3.Cụm càng nâng; 4 Xy lanh thuỷ

lực

Xy lanh thuỷ lực (04) được cố định với hệ thống khung của xe bằng liên kết

bu lông, cụm càng nâng (03) tựa trên đầu cần xy lanh Khi dầu được bơm vào

xy lanh, đầu cần di chuyển lên làm cả cụm càng nâng di chuyển theo, cụmcàng nâng khi di chuyển sẽ tỳ vào các cụm con lăn (01), (02) để chống xôlệch

2.3.2 Sơ đồ thuỷ lực

Hình 2 8 Sơ đồ thuỷ lực

1 Lọc dầu; 2 Cụm động cơ và bơm thuỷ lực; 3 Van một chiều; 4 Van phân phối 3/2; 5 Xy lanh một chiều; 6 Van an toàn (chống rơi); 7 Van phân phối

2/2; 8 Van tiết lưu có điều chỉnh; 9 Bể dầu.

2.3.3 Chọn và tính toán xy lanh thuỷ lực

2.3.3.1 Thông số đầu vào

Hình 2 9 Thông số xy lanh thuỷ lực

Đường kính làm việc của xy lanh (đường kính trong)

Đường kính trong của xy lanh là:

Trong đó:

- Fxl: lực đẩy lí thuyết của pít tông (N)

- Dxl: đường kính trong xy lanh (mm)

Hình 2 10 Kết cấu xy lanh thuỷ lực

Lực xi lanh lớn nhất khi đẩy ra là:

Với tốc độ xy lanh là 45 mm/s thì ta có lưu lượng dẫn vào xy lanh:

Công suất yêu cầu của xy lanh:

(KW).

Trong đó:

- Qxl: Lưu lượng của xy lanh (l/ph)

- P: Áp lực dầu làm việc trong hệ thống (bar)Vậy ta có: Qxl = 5,3 (l/ph); p = 180 (bar)

Với hành trình xy lanh là: Hxl = 180mm, ta có lượng dầu dẫn vào xy lanh để nâng hết hành trình là:

2.3.4 Tính toán và chọn trạm nguồn thuỷ lực

2.3.4.1 Tính toán thông số bơm

Do không gian bố trí bên trong xe hạn chế nên dùng phương án trạm nguồnthuỷ lực bao gồm: động cơ điện, bơm, van phân phối, lọc dầu,… để tối ưukhông gian

Ta có lưu lượng bơm cần cung cấp cho xy lanh ép cọc là: Qb

= 0,9: Hiệu suất trung bình của bơmCông suất trên trục roto của bơm cần để cung cấp cho xy lanh: