ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : THIẾT BỊ CHẶN XE PHỤC VỤ LỰC LƯỢNG AN NINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP : THIẾT BỊ CHẶN XE PHỤC VỤ LỰC LƯỢNG AN NINH Trong nội dung của đồ án gồm các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan về thiết bị chặn xe phục vụ lực lượng an ninh Chương 2: Tính toán, thiết kế thiết bị chặn xe Chương 3: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết “Đầu chia khí” Chương 4: Vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa Nội dung chủ dạo đồ án : THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐẦU CHIA KHÍ Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi. Xác định dạng sản xuất Chọn máy Gia công Thiết kế quy trình công nghệ Tính toán thiết kế trang bị công nghệ

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHẶN XE PHỤC VỤ LỰC LƯỢNG AN NINH 2

1.1 Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài 2

1.2 Tổng quan chung về thiết bị chặn xe 2

1.2.1 Thiết bị chặn xe cố định 2

1.2.2 Thiết bị chặn xe di động 9

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 15

2.1 Các thông số đầu vào, điều kiện hoạt động 15

2.1.1 Chiều rộng của đường 15

2.1.2 Cấu tạo lốp xe 16

2.1.3 Nhiệt độ hoạt động 16

2.1.4 Tốc độ triển khai 16

2.1.5 Kích thước giới hạn 16

2.1.6 Trọng lượng xe 17

2.2 Các phương án thiết kế 17

2.3 Tính toán thông số và lựa chọn thiết bị 21

2.3.1 Tính chọn xy lanh 21

2.3.2 Tính chọn bình khí 24

2.3.3 Tính lưu lượng, chọn đường kính ống dẫn khí, van tiết lưu 28

2.3.4 Tính chọn máy nén khí 30

2.4 Thiết kế cụm cố định 30

2.4.1 Thiết kế hệ thống điện, điều khiển 31

2.5.1 Tổng quan môi trường phân tích ứng suất trong Inventor 42

2.5.2 Kiểm bền chi tiết 42

2.6 Mô hình hóa 3D thiết bị chặn xe 46

2.6.1 Mô hình 3D cụm cố định 46

2.6.2 Mô hình 3D cụm di động 46

2.6.3 Mô hình 3D tổng thể thiết bị 47

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐẦU CHIA KHÍ 48

3.1 Tính năng sử dụng, điều kiện làm việc 48

3.1.1 Tính năng sử dụng 48

3.1.2 Điều kiện làm việc 48

3.2 Phân tích kết cấu, yêu cầu kỹ thuật 48

3.2.1 Phân tích kết cấu 48

3.2.2 Phân tích yêu cầu kĩ thuật 48

3.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 49

3.3 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi 49

3.3.1 Phân tích vật liệu phôi 49

3.3.2 Xác định dạng sản xuất 51

3.3.3 Chọn phôi 52

3.4 Chọn máy gia công 54

3.5 Thiết kế quy trình công nghệ 55

3.5.1 Phân tích phương án công nghệ và tổ chức công nghệ 55

3.5.2 Phân tích chọn chuẩn 56

3.6 Tính toán chế độ cắt cho các bề mặt gia công 63

3.7 Tính toán thiết kế trang bị công nghệ 68

3.7.1 Phân tích sơ đồ gá đặt 68

3.7.2 Tính toán, thiết kế đồ gá 69

3.7.3 Tính toán sai số chế tạo cho phép của đồ gá 71

CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG 73

4.1 Quy định về vận hành thiết bị 73

4.1.1 An toàn khi sử dụng thiết bị 73

4.1.2 Vận hành thiết bị 73

4.1.3 Quy trình vận hành thiết bị 74

4.2 Bảo dưỡng thiết bị chặn xe 75

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Ngày nay, đất nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đạihóa, kinh tế càng phát triển thì kèm theo đó tỷ lệ tội phạm cũng ngày một giatăng Xuất hiện nhiều loại tội phạm tinh vi hơn và nguy hiểm hơn, tội phạm sửdụng nhiều loại hình phương tiện để di chuyển và vận chuyển, trong đó có ô tô

là loại phương tiện được sử dụng phổ biến Hiện nay, để ngăn chặn tội phạm sửdụng phương tiện là ô tô thì lực lượng chức năng có rất ít thiết bị chuyên dùng

để sử dụng một cách hiệu quả, thiết bị chặn xe được nhập khẩu và sử dụng trongcác đơn vị, lực lượng thực thi pháp luật Tuy nhiên giá thành còn cao, chi phívận hành lớn và hiệu quả không cao là rào cản khiến nhu cầu sử dụng thiết bịchặn xe bị hạn chế

Để giảm giá thành, cung cấp đủ cho nhu cầu trong nước thì việc tự nghiêncứu, tự chủ trong sản suất là điều vô cùng quan trọng Do vậy thiết bị chặn xeđược thiết kế và chế tạo trong đồ án này sẽ giúp hạ giá thành, phổ biến trangthiết bị ở các đơn vị, lực lượng thực thi pháp luật nhằm ngăn chặn tội phạm,phương tiện vi phạm dễ dàng hiệu quả và an toàn hơn

Trong nội dung của đồ án gồm các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về thiết bị chặn xe phục vụ lực lượng an ninh

Chương 2: Tính toán, thiết kế thiết bị chặn xe

Chương 3: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết “Đầu chia khí”Chương 4: Vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa

Từ lý thuyết đến thực tiễn thiết kế là cả một quá trình tìm hiểu, với sựhướng dẫn nhiệt tình của thầy thầy Dương Văn Ngụy đã củng cố thêm các kiếnthức thực tế khi thiết kế, chế tạo, lắp ráp Xin chân thành cám ơn thầy! Với hyvọng sản phẩm thiết bị chặn xe được đưa vào sử dụng đạt hiệu quả cao, giúp cơquan chức năng hoàn thành tốt nhiệm vụ, ngăn chặn tội phạm Rất mong nhậnđược sự đóng góp ý kiến của các thầy để sản phẩm thiết bị chặn xe được hoànthiện hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHẶN XE PHỤC VỤ LỰC

LƯỢNG AN NINH

1.1 Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Hiện nay việc truy bắt ngăn chặn tội phạm đòi hỏi người chiến sĩ cảnh sát,

bộ đội phải trực tiếp tham gia và truy bắt Tội phạm đã sử dụng nhiều loạiphương tiện khác nhau để bỏ trốn, trong đó ô tô là phương tiện được sử dụngnhiều do có tốc độ cao, an toàn hơn so với xe máy Việc dừng xe ô tô là rất khókhăn đối với các chiến sĩ cảnh sát, quân đội vì thiếu các thiết bị chuyên dùng,hiện nay để dừng xe của tội phạm bỏ trốn cần thiết lập chặn ở hướng đối tượng

bỏ trốn, nhược điểm là rất tốn thời gian mà với hệ thống giao thông phức tạpnhư của nước ta thì cách này chưa được hiệu quả, còn đối với tội phạm nguyhiểm dùng súng để bắn thủng lốp xe cũng không hiệu quả do phụ thuộc vào yếu

tố con người và nguy hiểm cho những người không liên quan Sản phẩm thiết bịchặn xe của chúng em ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm trên

1.2 Tổng quan chung về thiết bị chặn xe

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều thiết bị có chức năng chặn xe nhưbarie cố định, rào chắn, cột chắn xe dải đinh, lưới chặn bánh xe… Đặc điểmchung của các thiết bị này là làm xe vi phạm phải dừng lại, có thể là dừng ngaylập tức hoặc dừng sau một thời gian ngắn triển khai Dựa vào nguyên lí hoạtđộng và cách triển khai có thể chia thiết bị chặn xe ra làm hai dạng:

tiện giao thông qua lại Cổng barie giúp kiểm soát các phương tiện ra vào Cóthể kiểm soát các phương tiện giao thông trên những nơi như quốc lộ, các khunhà xưởng – bãi đỗ xe chung cư Cổng barie sử dụng hệ thống motor điện tựđộng Có thể nâng và hạ thanh chắn barie một cách nhẹ nhàng, nhanh chóng

Cổng barrie tự động là cổng đã được thiết kế lập trình sẵn Để đảm bảohoạt động mở và đóng cửa một cách nhẹ nhàng, linh hoạt và chính xác

Hình 1.1: Hình ảnh cổng barie

- Nguyên lý hoạt động Cổng barie:

Nguyên lý hoạt động của barie tự động khá đơn giản Vì hầu hết các loạicổng hiện nay, đều được đấu và nối sẵn với hệ thống main điều khiển Một chiếccổng thường sẽ được trang bị 2 bộ điều khiển từ xa với bán kính rộng khoảng50m

Trong trường hợp bị mất điện thì bên trong tủ chứa thiết bị thiết kế có sẵnnắm vặn bằng tay Nắm vặn bằng tay này giúp cho việc đóng mở cổng barrie rất

dễ ràng và nhanh chóng Bởi vì cổng tự động thường được kết nối trực tiếp với

hệ thống máy tính

- Cấu tạo của barie tự động:

Barie tự động gồm 2 bộ phận chính: Là phần động cơ và bộ phận thanhchắn Đồng thời còn có các loại thiết bị phụ trợ khác

- Cấu tạo của động cơ:

Cấu tạo của động cơ bao gồm trục, lò xo, trợ lực và các bảng mạch điềukhiển Các thiết bị của cổng được đặt gọn gàng trong một thiết bị hình trụ được

chế tạo bằng hợp kim sắt và nhôm Được phủ bởi lớp sơn tĩnh điện chống gỉ sét,

có thể chịu được lực rung lắc và lực nén uốn tốt Hiện nay đa phần các dòng sảnphẩm barie tự động đều được đấu nối với main và căn chỉnh lò xo động cơ từtrước Chính vì vật người dùng chỉ việc nối nguồn điện và cấu hình main là cổng

có thể hoạt động bình thường

- Cấu tạo của thanh chắn:

Thanh chắn được làm bằng chất liệu hợp kim nhôm, ống phủ sơn tĩnhđiện và dán decan phản quang nâng cao tính an toàn.Tùy theo mỗi địa hình để

có thể lắp đặt mẫu cổng baire mà lựa chọn thanh chắn có độ dài ngắn phù hợp.Nếu cổng được lắp đặt là ngoài trời thường lắp loại thanh thẳng Tầng hầm củanhà để xe thì thường được lắp đặt thanh chắn loại gập Còn những địa điểm nhưcổng doanh trại, trụ sở công an, cổng vào sân bóng thì thanh chắn thường được

ưu tiên sử dụng là các rào chắn Tại nơi có đông người, thường lắp đặt thêm đènled hoặc biển stop lên trên thanh chắn để đảm bảo an toàn

- Ưu điểm:

+ Barie tự động có thiết kế gọn nhẹ, tiện vận chuyển

+ Sử dụng được vào nhiều loại công trình từ bốt giao thông tự động đếntrạm thu phí, nhà để xe, bệnh viện, công ty, doanh nghiệp,…

+ Giá thành không quá cao

+ Ít bị hư hỏng Khi bị hư hỏng cũng dễ sửa chữa và thời gian sửa chữanhanh và không tốn nhiều chi phí

+ Thời gian đóng/mở thiết bị cực nhanh, tầm nhìn rộng và không bị cồngkềnh

b, Cột chắn xe

Cột chắn xe tư động hiện nay được gọi với nhiều tên gọi khác nhau như:Trụ chắn xe an ninh (Bollards), cột chắn xe chống khủng bố, cột chặn xebollards … mục đích chính của sản phẩm cột chặn xe tự động là ngăn ngừa cácphương tiện giao thông cố tình xâm nhập vào các khu vực bảo vệ

Cột chặn xe tự động thường được lắp đặt tại các vị trí như : cổng ra vàocác cơ quan trụ sở làm việc, đại sứ quán, khu vực sân bay hàng không …

Cột chắn xe được chia làm 3 loại đó là: cố định, bán tự động và cột chắn

xe tự động, mỗi loại sẽ có những ứng dụng thực tế riêng, nếu cột cố định được

sử dụng phổ biến tại khắp mọi nơi để làm rào chắn bảo vệ người đi bộ như hànhlang, lề đường, các cơ sở trung tâm thương mại, xung quanh các cơ sở ngânhàng thì cột chắn xe bán tự động được sử dụng để bảo vệ những con đường sửdụng riêng cho người đi bộ, cấm mọi phương tiện cơ giới như xe hơi, xe ô tô ra /vào thì cột chắn xe tự động lại được sử dụng với mục đích bảo vệ cơ sở an ninhcấp cao như Sân Bay, cơ sở Quân Sự, Đại Sứ Quán - Lãnh Sự Quán nước ngoài

ở Việt Nam

- Cột chắn xe cố định

Hình 1.2: Hình ảnh cột chắn xe cố định+ Ưu điểm: Chi phí lắp đặt rẻ do, thời gian lắp đặt nhanh, cực kì chắcchắn đối với các cột bê tông cốt thép và tính lắp đặt nhanh đối với các cột

làm bằng thép, inox chỉ cần bắt vít với đế đã được xây dựng, lắp đặt từtrước

+ Nhược điểm: Chỉ có thể sử dụng ở vị trí cố định, gây cản trở khi có sự

cố như cháy nổ, cấp cứu, mất thời gian khi phá hủy hoặc tháo ra

Hình 1.4: Hình ảnh cột chắn xe tự động

+ Ưu điểm: có thể triển khai chốt chặn hoặc hạ xuống để phương tiện lưu

thông theo giờ hoặc theo chỉ định của người lập trình Có cơ chế triển khai

tự động không yêu cầu người vận hành do đó giảm chi phí nhân sự khivận hành

+ Nhược điểm: Chi phí lắp đặt ban đầu khá cao, khi hỏng hóc sữa chữamất thời gian, tốn kém

c, Hệ thống phá ngăn chặn

Hệ thống mang tính răn đe cao, được thiết kế nhằm phá hủy lốp xe, xe khi

cố tình vượt qua Với màu sắc nổi bật, các phương tiện có thể dễ dàng nhận biếttín hiệu cảnh báo dừng Hệ thống được thiết kế bằng với mặt đường, có hai dạng

cơ chế triển khai thiết bị đó là dùng thủy lực hoặc dùng động cơ kết hợp hộpgiảm tốc Hệ thống được điều khiển bằng công tắc điện hoặc điều khiển từ xa

* Hệ thống phá ngăn chặn dạng chông

Khi triển khai cơ cấu chông sẽ được nâng lên, với màu sắc sặc sỡ cảnhbáo xe vi phạm, nếu xe vi phạm cố tình đi qua lốp xe sẽ bị xé nát, buộc xe phảigiảm tốc độ và dừng lại

Hình 1.5: Hình ảnh hệ thống phá ngăn chặn

- Ưu điểm:

+ Vận hành đơn giản+ Kết cấu chắc chắn, ngăn chặn xe hiệu quả+ Khả năng triển khai nhanh

- Nhược điểm:

+ Hư hỏng sửa chữa khá phức tạp+ Chi phí đầu tư ban đầu cao+ Chỉ sử dụng được ở một vị trí cố định

+ Xe vi phạm đi qua sẽ bị hư hỏng nặng

* Hệ thống phá ngăn chặn dạng barie

Khi triển khai cơ cấu barie sẽ được nâng lên, với màu sắc sặc sỡ cảnh báo

xe vi phạm, nếu xe vi phạm cố tình đi qua với kết cấu chắc chắn, thiết kế chịulực cao, buộc xe phải dừng lại ngay lập tức khi va chạm

Hình 1.6: Hình ảnh hệ thống phá ngăn chặn dạng barie

- Ưu điểm:

+ Vận hành đơn giản+ Kết cấu cực kì chắc chắn, xe vi phạm dừng ngay lập tức+ Khả năng triển khai nhanh chưa đến hai giây

- Nhược điểm:

+ Hư hỏng sửa chữa khá phức tạp+ Chi phí đầu tư ban đầu cao+ Chỉ sử dụng được ở một vị trí cố định+ Xe vi phạm đi qua sẽ bị hư hỏng nặng, người điều khiển phương tiện vi phạm có khả năng bị thương cao vì đâm trực diện

d, Hệ thống cửa trượt

Hệ thống cửa trượt có kết cấu khá đơn giản bào gồm phần rào chắn vàrãnh trượt, phần rào chắn sẽ được trượt trên một hoặc hai thanh dẫn nhằm đónghoặc mở ở các cửa ra vào, chốt chặn Phần rào có hai dạng cấu tạo chính là dạngthanh được hàn cứng và dạng xếp Rào dạng xếp được sử dụng khi không gian

bố trí hạn hẹp hoặc cần tạo tính thẩm mĩ, còn rào dạng thanh cứng được sử dụngkhi cần độ tin cậy cao, kết cấu đủ cứng vững

Hệ thống cửa trượt có ba dạng triển khai đó là dạng thủ công, dạng bán tự động và dạng tự động

Hình 1.7: Hình ảnh hệ thống cửa trượt

- Ưu điểm:

+ Vận hành đơn giản+ Kết cấu chắc chắn+ Chi phí đầu tư ban đầu không cao+ Dễ dàng sửa chữa, thay thế

- Nhược điểm:

+ Chỉ sử dụng được ở một vị trí cố định+ Xe vi phạm cố tình đi qua sẽ bị hư hỏng nặng, người điều khiển phương tiện vi phạm có khả năng bị thương cao vì đâm trực diện

1.2.2 Thiết bị chặn xe di động

a, Thiết bị chặn xe dạng dải đinh

Đặc điểm chung của thiết bị chặn xe dạng dải đinh là đinh được gắn vàocác thanh ngắn được gập lại theo cơ cấu kéo hoặc gấp gọn lại, khi có xe vi phạmchạy qua, người sử dụng phải triển khai dải đinh ra đường bằng cách ném, đẩydải đinh theo bề ngoang của đường, khi xe vi phạm đi qua thì thu gọn lại để xetruy đuổi không bị trúng đinh

Dựa vào cách triển khai dải đinh, có thể chia thành 2 loại là loại thủ công

và loại bán tự động

* Thiết bị chặn xe dạng dải đinh triển khai thủ công

Thiết bị chặn xe dạng dải đinh triển khai thủ công là thiết bị khi triển khaingười sử dụng thiết bị phải đứng gần mép đường, quan sát lúc xe vi phạm gầntới thì ném, bắn dải dinh theo bề dọc của đường, sau đó kéo dây về thu gọn lại

Hình 1.8: Hình ảnh thiết bị dải đinh thủ công lúc triển khai

- Ưu điểm:

+ Giá thành rẻ+ Thiết bị gọn nhẹ+ Khả năng triển khai nhanh

- Nhược điểm:

+ Vận hành nguy hiểm do người sử dụng phải đứng sát mặt đường,vận hành bằng tay

+ Hiệu quả không cao, phụ thuộc vào người sử dụng

* Thiết bị chặn xe dạng dải đinh triển khai bán tự động

Thiết bị chặn xe dạng dải đinh triển khai bán tự động là thiết bị được lắpđặt gần với mặt đường, sau đó người vận hành chỉ cần đứng từ xa và điểu khiểndải đinh tiến ra thu vào

Hình 1.9: Hình ảnh thiết bị chặn xe bán tự động lúc thu gọn

Hình 1.10: Hình ảnh thiết bị chặn xe bán tự động lúc triển khai

- Ưu điểm:

+ Nhỏ gọn+ Khả năng triển khai nhanh+ Có thể điều khiển tử xa đảm bảo an toàn

* Lưới chặn xe thủ công

Khi cần ngăn chặn xe, cần xác định hướng xe di chuyển, sau đó tìm vị tríthích hợp giăng tấm lưới ngang mặt đường sau đó tìm vị trí an toàn và chờ xe viphạm tới

Hình 1.11: Hình ảnh lưới chặn xe thủ công lúc triển khai và kết quả

+ Vì triển khai thủ công nên cần thời gian

+ Nơi triển khai cần phải không có phương tiện khác lưu thông

* Lưới chặn xe điều khiển từ xa

Khi cần ngăn chặn xe, cần xác định hướng xe di chuyển, sau đó tìm vị tríthích hợp đặt thiết bị sau đó tìm vị trí an toàn và chờ xe vi phạm tới và bấm núttriển khai

Hình 1.12: Hình ảnh lưới chặn xe điều khiển từ xa lúc đang triển khai

Hình 1.13: Hình ảnh lưới chặn xe điều khiển từ xa lúc hoạt động

- Ưu điểm:

+ Có thể điều khiển từ xa rất an toàn+ Triển khai nhanh hơn so với triển khai thủ công+ Có tính cơ động linh hoạt cao, có thể tháo lắp trong vòng vài giây

- Nhược điểm

+ Giá thành cao, mỗi lần sử dụng cần phải thay lưới + Mặt đường triển khai phải bằng phẳng, tốc độ triển khai phụthuộc địa hình

* Lưới chặn xe ngụy trang

Có cấu tạo như một gờ giảm tốc thông thường, nhưng thực chất bên trong

nó có chứa lưới được dệt rất chắc chắn có gắn các vảy đinh nhỏ Lúc xe chạyqua chỉ trong tích tắc lưới được phóng ra quấn chặt vào trục bánh xe và lốp xekhiến xe dừng lại

Hình 1.14: Hình ảnh lưới chặn xe lúc hoạt động

- Ưu điểm:

+ Có thể điều khiển từ xa rất an toàn+ Có tính bất ngờ do được ngụy trang giống gờ giảm tốc+ Có tính cơ động linh hoạt cao, có thể tháo lắp trong vòng vài giây+ Có thể tái sử dụng nhiều lần

- Ưu điểm:

+ Tính cơ động cao+ Truy bắt đúng phương tiện ở những nơi lưu lượng phương tiệncao

Hình 1.15: Hình ảnh móc xe gắn cản trước lúc hoạt động

- Nhược điểm

+ Mỗi lần sử dụng cần phải thay lưới+ Cần phải dùng xe ô tô để truy đuổi và triển khai

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Các thông số đầu vào, điều kiện hoạt động

2.1.1 Chiều rộng của đường

Chiều rộng tối thiểu của lề đường (m) 1,5 1,0 1,5 1,25

Bảng 1.2: Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang cho địa hình đồng

cho xe cơ giới (m)

2x11,25

2x7,5

3,50Chiều rộng dải phân cách giữa

Chiều rộng lề và lề gia cố (m) 3,50

(3,00)

3,00(2,50)

2,50(2,00)

1,00(0,50)

1,00(0,50)

1,50

Chiều rộng của nền đường (m) 32,5 22,5 12,00 9,00 7,50 6,5

0

Để bàn chông hoạt động hiệu quả xác định chiều dài triển khai của bànchông là 5,5 mét

2.2.2 Phương án 2: Sử dụng xy lanh khí nén

a, Cấu tạo

Hình 2.3: Sơ đồ sử dụng xy lanh khí nén để triển khai bàn chông dạng cơ cấu

hình quả trám

1-Bình khí nén; 2-Van 5/2 điều khiển điện; 3-Xy lanh khí nén; 4- Bàn chông cơ

cấu hình quả trám có gắn chông

2.2.3 Thống nhất phương án

Từ những ưu nhược điểm trên, ta thấy sử dụng xy lanh khí nén cho tốc độtriển khai cao hơn, thiết bị bớt cồng kềnh, khả năng sử dụng linh hoạt

Kết hợp 2 phương án, dùng điện để chạy máy bơm khí liên tục vào bìnhkhí nén, xy lanh khí nén được điều khiển bằng van 5/2 điều khiển điện vàchuyển động cùng hướng với bàn chông Dưới đây trình bày nguyên lý cấu tạo

và hoạt động của bàn chông

a, Cấu tạo

Cấu tạo của bàn chông gồm 2 cụm:

Cụm cố định là cụm chứa các hệ thống điều khiển, máy nén khí, pin, bình

khí nén,…

Cụm di động là cụm chuyển động, tham gia hoạt động và chịu lực trực

tiếp trong quá trình sử dụng bao gồm xy lanh khí nén, đế và chông

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống khí nén

1-Đầu tiếp khí từ ngoài vào; 2-Van một chiều; 3-Đồng hồ đo áp; 4-Van khóa; Van điện từ 5/2; 6-Van tiết lưu một chiều có điều chỉnh; 7-Xy lanh khí nén; 8- Bàn chông; 9- Van an toàn, 10-Rơ le áp suất; 11-Bình khí nén; 12-Máy nén khí

5-b, Nguyên lý hoạt động

Đầu tiếp khí (1) có nhiệm vụ tiếp khí từ ngoài vào khi hết điện thông quavan một chiều (2), máy nén khí (12) có tác dụng nạp khí cho bình khí nén (11)

cũng thông qua van một chiều (2) Khi sử dụng van khóa (4) được mở ra, nhờtín hiệu điều khiển từ xa, điện đến van điện từ 5/2 (5) sẽ làm xy lanh (7) tịnh tiến

ra đẩy cơ cấu bàn chông (8) hình quả trám, tốc độ xy lanh (7) được điều chỉnhbằng van tiết lưu một chiều (6) Khi muốn thu bàn chông lại chỉ cần điều khiển

từ xa ngắt tín hiệu điện đến van điện từ 5/2 (5) khi đó xy lanh (7) sẽ kéo theobàn chông (8) thu gọn lại Áp kế số (3) giúp quan sát áp suất khí còn lại trongbình khí nén (11) Van an toàn (9) có tác dụng xả khí giảm áp suất khí trongbình khi vượt quá giới hạn an toàn và rơ le áp suất (10) có nhiệm vụ tự độngđộng ngắt động cơ máy nén khí (12) khi đạt được áp suất yêu cầu

Bàn chông được thiết kế điều khiển từ xa, khi kích hoạt dải đinh có cơ cấuhình quả trám sẽ được pitong khí nén đẩy ra giăng theo chiều rộng của đường,thời gian triển khai ngắn, đinh sẽ gắn chặt vào lốp xe, dưới cấu tạo đặc biệt sẽlàm lốp xẹp dần, lốp xe hết hơi sau khi đi được 200m hoặc gần 10 giây sau khidính phải đinh, do đó không gây lật xe đảm bảo an toàn Thời gian và quãngđường rút ngắn khi xe dính nhiều đinh

Ưu điểm so với các sản phẩm trên thị thường

- Điều khiển tự xa không dây: Người trực tiếp vận hành thiết bị không

cần đứng cạnh bên đường, có thể điều khiển thiết bị từ xa

- Triển khai nhanh: Mất 2 giây để mở rộng 1,5 làn đường giao thông (5,5

mét) Xe chạy trốn không có thời gian để phản ứng và tránh gai

- Rút nhanh: Mất 2 giây để thu gọn hoàn toàn, không gây ảnh hưởng xe

đuổi phía sau

- Gọn và nhẹ: Thiết bị thiết kế với khối lượng <24 kg chỉ cần 1 người là

có thể vận hành thiết bị

- Không tốn kém khi sử dụng: Chi phí thiết lập lại sau mỗi lần sử dụng rẻ

hơn so với các sản phẩm trên thị trường, gai có thể thay thế sau mỗi lần sử dụng,chỉ cần thay thế các gai bị thiếu

- Sử dụng đơn giản: Chỉ mất chưa đầy 15 giây để thiết lập dọc đường,

chỉ cần chọn vị trí thích hợp, bấm nút nguồn, mở khóa van bình nén khí và tìmnơi an toàn để điều khiển thiết bị từ xa

- Khả năng vận hành linh hoạt, tích hợp: Thiết bị có tích hợp sẵn động

cơ nén khí bên trong được cấp điện bởi pin NiMH có thể sạc lại, giúp giữ ápsuất trên mức tối thiểu, có thể bổ sung áp suất bằng nguồn khí nén bên ngoài khihết pin

- Kết cấu chắc chắn: Thiết bị được chế tạo bằng nhôm hàng không và

được thiết kế chịu được môi trường thực thi pháp luật đòi hỏi khắt khe

2.3 Tính toán thông số và lựa chọn thiết bị

2.3.1 Tính chọn xy lanh

a, Chọn vật liệu của thiết bị chặn xe

Để đảm bảo vừa bền vừa nhẹ cho phần di động của thiết bị chặn xe nhóm

sử dụng nhôm máy bay có kí hiệu A7075

- Đặc tính nhôm A7075

+ Nhôm A7075 có tỷ trọng: 2.81 [g/cm3]

+ Nhôm A7075 là hợp kim có độ bền cao nhât trong số các hợp kim nhômhiện tại Nhờ có độ bền cao, nhôm A7075 được ứng dụng để sản xuất các bộphận cơ cấu chịu lực cao, như bộ gá cho máy bay, động cơ, chi tiết tên lửa, thânvan, bánh răng, và các chi tiết trong thiết bị quân sự

Bảng 2.1: Tính chất cơ học của hợp kim nhôm A7075

Độ bền trượt (PSI)

Độ kéo dãn trong 2"

Độ cứng Brinell

c, Chọn xy lanh

Áp lực tác động lên xy lanh được tính theo công thức:

F P S

Trong đó:

P là áp suất [N/m2];

F là áp lực tác động lên mặt bị ép [N];

S là diện tích mặt bị ép (m2).

Do F cố định nên khi S lớn thì P giảm, hiện nay các bình khí nén trên thịtrường thông thường hoạt động ở mức 6 (bar)

Trong xy lanh thì phần chịu áp lực có ích là phần có diện tích hình tròn A1

ở khoang lớn và phần có diện tích hình vành khăn A2 Vì diện tích phần vànhkhăn bé hơn diện tích phần hình tròn A1 > A2 Do đó áp suất tác động lên diệntích hình vành khăn A2 là lớn hơn Cho nên chỉ cần tính diện tích A2

10.10

1,667.10 ( ) 166,67 ( )6.10

2 2

Từ 2 yêu cầu trên chọn xy lanh với thông số như sau:

Hình 2.6: Kích thước chính của xy lanh khí nén

2.3.2 Tính chọn bình khí

a, Tính áp suất cung cấp cho xy lanh lúc triển khai

- Áp suất tối thiểu cần cung cấp cho khoang lớn của xy lanh

2

1 1

100

124402 ( / m ) 1,244 ( ) 0.032 3,14

F là lực cản xy lanh (N);

S1là diện tích có ích (m2);

A1 là đường kính trong lớn của xy lanh (A1=0.032 m)

- Áp suất tối thiểu cần cung cấp cho khoang nhỏ của xy lanh

P2 là áp suất cần cung cấp cho khoang nhỏ của xy lanh (N/m2);

F là lực cản xy lanh (N);

S2là diện tích có ích (m2)

Diện tích có ích trong khoang nhỏ hình chính là diện tích hình vành khăn

Ta có:

A1 là đường kính trong lớn của xy lanh A10,032 ( )m

A là đường kính trong nhỏ của xy lanh 2 A2 0,012 ( )m

1 1 2

2

.( )

P là áp suất khí quyển 2 P2 1,013 (bar);

1

V là thể tích khoang lớn xy lanh ( )lít ;

1 1 2

2

0,28.1,244

0,34 ( )1,013

4

.( )

P là áp suất khí quyển 4 P2 1,013 (bar);

4

0,24.1,449

0,34 ( )1,013

- Bình khí phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Thể tích cần dùng mỗi lần triển khai thiết bị chặn xe V trien khai 0,68 ( )lít

+ Kích thước giới hạn đầu vào đường kính <100mm, chiều dài <300mmĐối chiếu với các sản phẩm bình khí nén trên thị trường nhóm lựa chọnbình khí có thể tích 1,5 lít Với áp suất làm việc bình thường là 6 (bar) Áp suấttối đa 12 (bar)

Trong đó: P là áp suất bình khí bk (bar);

P kq là áp suất khí quyển P kq 1,013 (bar);

kq

P

lít P

- Tính số lần triển khai thiết bị chặn xe

Áp suất tối thiểu cần cung cấp cho khoang lớn của xy lanh

Sau mỗi lần triển khai lượng khí thực trong bình giảm V trien khai 0,68 ( )lít

từ đó ta có thể tính được áp suất khí trong bình khí bị giảm sau mỗi lần triểnkhai thiết bị chặn xe

kq con lai bk

b, Tính lưu lượng cần cung cấp

- Theo đầu vào yêu cầu thời gian triển khai là 4 giây, do đó lúc xy lanh đihết chiều dài hành trình là 350(mm) thì chưa đến 2 giây Từ đó ta tính được lưulượng cần cung cấp cho xy lanh

Thể tích khí thực trong xy lanh là 0,34 lít ở mỗi khoang, ta có lưu lượngkhí cần cung cấp

30,34

0,17 ( / s) 0,00017 ( / s)2

Q là lưu lượng cần cung cấp (lít/giây);

V là thể tích khí chuyển qua tiết diện ngang của ống dẫn khí (lít);

t là thời gian (giây)

c, Tính chọn tiết lưu

Theo công thức (1-34a) trang 29 [6] ta có lưu lượng khí đi qua khe hởđược tính theo công thức

3 1

2 1

1

( )2

v q

2: 2 0,1

m d D  ;Trong đó: d đường kính trong của tiết lưu;

D đường kính trong của ống dẫn khí

- Hệ số lưu lượng  tra ở hình 1.21a [6], ta có:

1

.( 1,013) 273.(6 1,013).1,293

8,34 ( / )293.1,013 293.1,013

7

3 1

1,07.10 ( ) 1 ( )3,14

Vậy chọn tiết lưu có đường kính khe hở lớn hơn hoặc bằng d 1 (mm)

2.3.4 Tính chọn máy nén khí

Máy nén khí yêu cầu phải đạt các tiêu chí sau:

+ Có kích thước nhỏ gọn nhất có thể giới hạn bề rộng hoặc chiều cao

<100mm

+ Lưu lượng khí Q Q tt 0,17 ( / s) 10,2 ( / phút)l  l

+ Dùng nguồn điện DC 12V

+ Có thể nén được tối thiểu 6 bar

Đối chiếu với các sản phẩm hiện có trên thị trường lựa chọn máy nén khí mini VIAIR 100C có kích thông số như sau:

Bảng 2.4: Thông số máy nén khí mini VIAIR 100C

2.4.1 Thiết kế hệ thống điện, điều khiển

a, Chọn mạch điều khiển

Đối với những thiết bị điều khiển từ xa hiện nay chủ yếu sử dụng hai dạngtín hiệu điều khiển chính, đó là điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại và bằng tần

số vô tuyến:

- Điều khiển từ xa tia hồng ngoại

Nguyên lý cơ bản của loại điều khiển từ xa này là sử dụng ánh sáng hồngngoại của quang phổ điện từ mà mắt thường không thấy được để chuyển tín hiệuđến thiết bị cần điều khiển Nó đóng vai trò như một bộ phát tín hiệu, sẽ phát racác xung ánh sáng hồng ngoại mang một mã số nhị phân cụ thể Khi ta ấn mộtnút phía bên ngoài thì sẽ vận hành một chuỗi các hoạt động khiến các thiết bịcần điều khiển sẽ thực hiện lệnh của nút bấm đó

Về phía bộ phận cần điều khiển, nó sẽ gồm một bộ thu tín hiệu hồngngoại nằm ở mặt trước để có thể dễ dàng nhận được tín hiệu từ điều khiển từ xa.Sau khi đã xác minh mã địa chỉ này xuất phát đúng từ chiếc điều khiển củamình, chúng sẽ giải mã các xung ánh sáng thành các dữ liệu nhị phân để bộ vi

xử lý của thiết bị có thể hiểu được và thực hiện các lệnh tương ứng

Hiện nay, ta sử dụng thiết bị điều khiển IR cho hầu hết các vật dụng trongnhà như tivi, máy stereo, điều hòa nhiệt độ… Chúng rất bền, tuy nhiên lại cóhạn chế liên quan đến bản chất chỉ truyền theo đường thẳng của ánh sáng Do

đó, loại điều khiển IR có tầm hoạt động chỉ có khoảng 10 mét và cũng không thểtruyền qua các bức tường hoặc vòng qua các góc Chúng chỉ hoạt động tốt khi tatrỏ thẳng hay gần vị trí bộ thu của vật dụng cần điều khiển.Ngoài ra, nguồn ánhsáng hồng ngoại có ở khắp nơi như ánh sáng mặt trời, bóng đèn huỳnh quang, từ

cơ thể con người… nên có thể làm cho điều khiển IR bị nhiễu sóng Để tránhhiện tượng này, người ta phải cài đặt cho bộ lọc của các bộ phận thu chỉ thunhận những bước sóng đặc biệt hoặc tần số riêng biệt của ánh sáng hồng ngoạiphù hợp với nó và chặn ánh sáng ở bước sóng khác để hạn chế sự nhiễu sóngmột cách tối đa

- Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF)

Là loại điều khiển từ xa xuất hiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai tròquan trọng và phổ biến trong đời sống Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thìđiều khiển RF lại dùng cho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị mở cửa

gara xe, hệ thống báo hiệu cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểmsoát vệ tinh và các hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh…

Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điềukhiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lạitruyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân Bộ phận thu sóng vôtuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó So với loại điềukhiển IR, lợi thế lớn nhất của nó chính là phạm vi truyền tải rộng, có thể sử dụngcách thiết bị cần điều khiển đến hơn 30 mét đồng thời có thể điều khiển xuyêntường, kính… Tuy nhiên, nó cũng có hạn chế đó là tín hiệu vô tuyến cũng cómặt khắp nơi trong không gian do hàng trăm loại máy móc thiết bị dùng các tínhiệu vô tuyến tại các tần số khác nhau Do đó, người ta tránh nhiễu sóng bằngcách truyền ở các tần số đặc biệt và nhúng mã kỹ thuật số địa chỉ của thiết bịnhận trong các tín hiệu vô tuyến Điều này giúp bộ thu vô tuyến trên thiết bị hồiđáp tín hiệu tương ứng một cách chính xác

Như vậy để đáp ứng được yêu cầu người điều khiển có thể ẩn nấp, phụckích ở những những chỗ kín nhưng vẫn đảm bảo được khả năng điều khiển, tầmhoạt động của thiết bị thì ta chọn mạch điều khiển bằng sóng vô tuyến RF.Ngoài ra, thiết bị chặn xe hoạt động thông qua điều khiển van phân phối đóng

mở nên mạch điều khiển chỉ cần 1 kênh là có thể sử dụng được

Tham khảo các dòng mạch điều khiển phổ biến trên thị trường ta thấymạch điều khiển RF 1 kênh 433 Mhz phù hợp, đảm bảo yêu cầu đặt ra

Hình 2.7 Mạch điều khiển RF 1 kênh 433 Mhz

b, Chọn mạch bảo vệ, sạc pin

Thiết bị sử dụng pin Lithium, loại pin này có tuổi thọ cao, khả năng sạcnhanh Tuy nhiên để đảm bảo hiệu suất sử dụng cũng như tính an toàn trong quátrình sử dụng được tốt nhất, cần trang bị mạch quản lý sạc cho pin

Nguyên lý cơ bản của mạch bảo vệ pin là sử dụng rơ le để tắt, bật quátrình sạc Điện áp đóng và mở (điện áp trên, điện áp dưới) của rơ le có thể điềuchỉnh thông qua các biến trở Khi điện áp của pin nhỏ hơn điện áp dưới thì rơ le

sẽ đóng, cung cấp nguồn điện để sạc pin, khi điện áp pin lớn hơn điện áp trên thì

rơ le mở, ngắt điện cho bộ sạc, đảm bảo pin không bị chai, over- charging dễgây chập cháy, mất an toàn

Hình 2.8 Mạch bảo vệ pin, sạc tự ngắt XH-601

Hình 2.9 Sơ đồ mạch điện

Sơ đồ đấu nối mạch điện thiết bị chặn xe gồm ba nhánh chính:

Nhánh điều khiển xy lanh: Mạch thu điều khiển RF được đấu nối trực

tiếp với nguồn điện thông qua khóa K (khóa tổng), trực tiếp điều khiển van điện

từ solenoid 5/2, qua đó điều khiển được xy lanh khí nén duỗi ra thu vào kéotheo bàn chông hoạt động Ăng ten mở rộng được đấu với dây thu của mạch RFcho phép mở rộng tầm điều khiển của thiết bị

Nhánh điều khiển máy nén: Máy nén khí được đấu với nguồn điện thông

qua khóa K, cầu chì, rơ le áp suất tạo thành một vòng khép kín Rơ le áp suất cótác dụng bật tắt máy nén tự hoạt động dưới định mức áp suất cho trước Nếu ápsuất trong bình giảm xuống dưới ngưỡng thấp của rơ le thì máy nén hoạt động

và ngược lại Cầu chì bảo vệ máy nén khỏi quá tải, chập cháy trong trường hợp

rơ le hoạt động không ổn định dẫn tới việc nén khí quá mức vượt qua giới hạnnén của máy

Nhánh mạch sạc: Mạch sạc XH-M601 được đấu trực tiếp với hai đầu

nguồn của pin, ngoài đồng hồ điện áp với jack sạc cũng được đấu nối thông quacác port trên mạch

2.4.1 Thiết kế thân vỏ.

- Chức năng:

Xác định vị trí làm việc của các thiết bị cấu thành máy như xy lanh, bộđiều khiển…Đảm bảo các thiết bị hoạt động bình thường, không bị hư hại bởicác yếu tố bên ngoài

- Yêu cầu:

+ Đảm bảo độ cứng vững trong quá trình hoạt động, không bị biến dạng

dưới tác dụng của lực bắn cũng như ngoại lực tác dụng vào thiết bị khi mangxách, di chuyển

+ Kết cấu hợp lý, dễ dàng chế tạo và lắp ráp, bảo dưỡng

+ Kích thước đảm bảo tính gọn nhẹ, linh hoạt trong quá trình sử dụng

- Phương án thiết kế:

Để đảm bảo không gian làm việc cho các chi tiết cấu thành cũng như đápứng được tiêu chí nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển, ta chọn sơ bộ kích thước của vỏmáy như sau:

+Chiều dài: 860 mm

+Chiều rộng: 460 mm

+Chiều cao: 100 mm

Kết cấu thân vỏ được cấu thành từ các tấm và được hàn chập lại với nhau:

Tấm chắn sau: là nơi cố định xy lanh, ngoài ra còn là nơi lắp các thiết bị

như van khóa khí, công tắc điện, ăng ten, đồng hồ áp suất, van nạp

Hình 2.10 Tấm chắn sau

Tấm giữa: có tác dụng đỡ xy lanh, là nơi lắp ráp cụm di động, máy nén

khí

Hình 2.11 Tấm chắn giữa

Thân chính: là chi tiết cơ bản, là nơi cố định và liên kết các chi tiết khác.

Hình 2.12 Thân chính

Nắp trước: Ngăn cho bàn chông không bị xô ra khi di chuyển, có lỗ lắp

chốt an toàn phòng trường hợp trong quá trình di chuyển bàn chông bị kích hoạtbắn ra gây nguy hiểm