Nghiên cứu, thiết kế bãi đậu xe tự động và chế tạo mô hình mô phỏng

Yêu cầu thực tế

Tình trạng thiếu bãi đỗ xe cho phương tiện giao thông đang ngày càng nghiêm trọng, buộc các phương tiện phải đậu trên lòng và lề đường, dẫn đến ùn tắc giao thông, tai nạn và ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị Sự gia tăng không ngừng của số lượng phương tiện càng làm trầm trọng thêm vấn đề này.

Hình 1.1 Thực trạng giao thông ở thành phố Đà nẵng hiện nay

Tại Đà Nẵng, ngành du lịch là mũi nhọn kinh tế, nhưng hiện có hơn 70.000 ô tô cá nhân và 800.000 xe máy mà chưa có bãi đỗ xe quy mô nào hoạt động, trong khi thành phố dự kiến xây dựng gần 200 bãi đỗ Hệ quả là tình trạng xe cộ đỗ tràn lan trên đường, gây ùn tắc giao thông và tiềm ẩn nguy hiểm cho người đi bộ.

Giờ tan tầm tại đường Võ Nguyên Giáp, Quận Sơn Trà, mật độ giao thông rất đông đúc với ô tô đỗ dày đặc hai bên đường, tràn lên vỉa hè Chỉ còn lại một khoảng trống nhỏ cho các phương tiện lưu thông, phản ánh thực trạng chung của nhiều khu vực tại thành phố Đà Nẵng Theo các lái xe, việc thiếu bãi đỗ xe khiến việc trả và đón khách tại các khách sạn và tòa nhà cao tầng vào giờ cao điểm trở nên rất khó khăn.

Đặt vấn đề

Trạm đỗ xe nhiều tầng đang trở thành giải pháp hiệu quả cho các thành phố lớn như Đà Nẵng, Hà Nội và TP Hồ Chí Minh trong việc giải quyết vấn đề giao thông tĩnh Mỗi trạm có khả năng chứa từ 6 xe, giúp giảm thiểu tình trạng ùn tắc và tối ưu hóa không gian đô thị.

Trạm đỗ xe nhiều tầng dạng quay vòng có thể được thiết kế nổi trên mặt đất hoặc nửa chìm, nhằm tối ưu hóa diện tích dưới 35 mét vuông và giảm thời gian đưa xe vào ra Các trạm này thường sử dụng nguồn điện lưới hoặc năng lượng mặt trời để vận hành hiệu quả.

Chiều cao của mỗi trạm đỗ xe nhiều tầng quyết định số lượng cabin nâng xe phù hợp, với cabin nâng xe là bộ phận chuyển động chính cần có khả năng nâng ô tô và di chuyển nhanh chóng Cabin cũng phải chịu được các tác động như gió ngang và lực quán tính, trong khi khối lượng của cabin cần phải nhỏ để giảm tải cho toàn trạm Do đó, việc tính toán kích thước cabin sao cho đảm bảo khả năng chịu lực, giảm trọng lượng và diện tích là một thách thức, và các thông số này cần được kiểm nghiệm thực tế.

Sự phát triển bãi đỗ xe của các nước trên thế giới

Theo tổ chức International Parking Institute, dịch vụ bãi đỗ xe tại Mỹ mang lại doanh thu hàng năm lên tới 26 tỷ USD, với khoảng 40,000 gara và 105 triệu chỗ đỗ Tuy nhiên, nguồn cung này vẫn không đủ để đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng.

Có 10 hệ thống giữ xe tại trung tâm, tất cả được kết nối qua máy tính chủ Thông tin về tình trạng chỗ đậu xe, bao gồm số lượng chỗ trống hay đã đầy, được hiển thị trên bảng điện, giúp tài xế dễ dàng tìm kiếm chỗ đậu xe nhanh chóng.

Tình trạng thiếu bãi đậu xe đang trở thành vấn đề nhức nhối tại các thành phố lớn trên thế giới, đặc biệt là ở Matxcova, Nga Để giải quyết vấn đề này, nhiều tòa nhà cao tầng dành cho xe tự động đã được xây dựng, với hệ thống đỗ xe hoàn toàn tự động và bảng điện tử hiển thị thông tin về tình trạng bãi đỗ Không chỉ riêng Matxcova, các thành phố lớn tại Anh, Pháp, Đức cũng đang tích cực phát triển nhiều bãi đỗ xe nhằm đối phó với sự gia tăng số lượng ô tô trong khi diện tích bãi đỗ ngày càng hạn chế.

Hệ thống e-Parking là giải pháp quản lý đậu xe qua điện thoại, giúp người lái xe nhanh chóng và dễ dàng đặt chỗ giữ xe tại cao ốc trong khoảng thời gian mong muốn Với nhiều ưu điểm, hệ thống này cho phép quản lý vị trí đỗ xe hiệu quả và cung cấp thông tin chính xác về khả năng có chỗ trống tại một địa điểm cụ thể vào thời điểm nhất định.

Nhật Bản và Hàn Quốc là hai quốc gia tiên phong trong việc cơ giới hóa bãi đỗ xe tại Châu Á, với Nhật Bản đặc biệt nổi bật nhờ mật độ dân cư cao ở các thành phố lớn như Tokyo Nhật Bản dẫn đầu thế giới về cả số lượng và chất lượng bãi giữ xe tự động.

SVTH: Trần Quốc Trung_Lớp 15C1B GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải Nguyễn Gia Thịnh_Lớp 15C1C 7

Ưu nhược điểm của bãi đỗ xe tự động

Giải quyết vấn đề thiếu chỗ đỗ xe cho ô tô là một trong những giải pháp quan trọng nhằm giảm thiểu ùn tắc giao thông tại các thành phố lớn ở Việt Nam và trên toàn thế giới.

Tiết kiệm diện tích là một giải pháp hiệu quả, cho phép để nhiều xe hơn trên cùng một diện tích đất bằng cách xây dựng tầng hầm hoặc xây cao tầng Việc tạo ra các ô tiêu chuẩn giúp tối ưu hóa không gian, đồng thời quy trình đưa xe vào hệ thống hoàn toàn tự động, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả.

Hệ thống tự động hóa hoàn toàn quá trình đưa xe vào, nâng xe lên và lấy xe ra, giúp loại bỏ sự cần thiết của người phụ vụ Nhờ đó, chi phí thuê nhân viên được giảm thiểu đáng kể.

Trong nhà xe, không cần thiết phải lắp đặt hệ thống chiếu sáng và thông gió do không có sự hiện diện của con người, chỉ có xe cộ Người sử dụng chỉ cần đứng trước cửa nhà xe mà không cần nhân viên phục vụ bên trong, từ đó giúp tiết kiệm chi phí cho việc chiếu sáng và thông gió.

Bãi đỗ xe tự động đảm bảo an toàn cho người và phương tiện, cho phép người dùng lấy và gửi xe mà không cần vào trong nhà xe, giảm thiểu nguy cơ tai nạn Với công nghệ va chạm mềm và bộ phận giảm chấn, xe được bảo vệ khỏi trầy xước và hư hại Hệ thống camera và báo động giúp ngăn chặn các hành vi phá hoại như trộm cắp xe và đồ đạc trong xe, tạo ra một môi trường an toàn cho người sử dụng.

Tốn năng lượng vì nhiều hệ thống chỉ cần lấy ra hay đưa vào 1 xe mà cả hệ thống phải hoạt động

Nhiều kết cấu truyền động như cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển ngang và cơ cấu bàn xoay gây khó khăn trong việc bảo trì và sửa chữa.

Phương án 1: Đỗ xe tự động dùng thang máy (Car Lift)

Hình 2.1: Đỗ xe dạng thang máy

Hệ thống đỗ xe tự động sử dụng thang máy cho phép lái xe đưa xe vào buồng thang, sau đó thang sẽ nâng xe lên tầng đỗ Khi xe đến tầng đỗ, lái xe chỉ cần lấy xe ra khỏi thang máy và di chuyển vào vị trí đỗ Các đặc điểm nổi bật của hệ thống này bao gồm sự tiện lợi, tiết kiệm không gian và giảm thiểu thời gian đỗ xe.

Tiết kiệm diện tích di chuyển nội bộ của xe giữa các tầng trong bãi đỗ xe, nhưng vẫn cần không gian cho xe di chuyển trong từng tầng.

- Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và người với hệ thống 1 thang máy thì thời gian lấy xe ra vào rất lâu

- Hiện nay đỗ xe tự động này ít phổ biến

Phương án 2: Đỗ xe tự động dạng xếp hình

Hình 2.2: Đỗ xe dạng xếp hình

Hệ thống đỗ xe tự động dạng xếp hình là giải pháp kỹ thuật hiện đại, sử dụng các bản nâng chuyển (pallet) để di chuyển và sắp xếp xe Các pallet này có khả năng nâng hạ và di chuyển ngang, giúp đưa xe vào hoặc ra một cách nhanh chóng Hệ thống được lập trình thông minh, tối ưu hóa quy trình lấy xe, đặc biệt hiệu quả cho các không gian nhỏ và trung bình, cả trên mặt đất và dưới lòng đất, với khả năng lắp đặt lên đến 5 tầng.

Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:

- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột để xếp hình ( ngoại trừ vị trí cao nhất )

- Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất

Tùy thuộc vào mặt bằng, có thể lắp đặt tối đa số tầng để tối ưu hóa diện tích đỗ xe Việc lắp đặt có thể thực hiện theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài, phù hợp với diện tích thực tế cho phép.

Nguyên lý xếp hình có thể áp dụng để lắp đặt hệ thống đỗ xe cho các biệt thự và gia đình có từ 5-8 xe, bằng cách tận dụng thêm một tầng ngầm.

Phương án 3: Đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking

Hình 2.3: Đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking

Hệ thống đỗ xe tự động lắp ngầm dưới mặt đất là giải pháp lý tưởng cho những không gian hạn chế, với tốc độ thang nâng từ 20-40m/phút và tốc độ di chuyển ngang từ 20-30m/phút Hệ thống có khả năng chứa từ 6 đến 38 xe, đi kèm với giao diện điều khiển đơn giản thông qua màn hình cảm ứng.

Hệ thống đỗ xe tự động là giải pháp lý tưởng cho các tòa nhà có quy mô đỗ xe nhỏ, đặc biệt khi khu đất có hình dạng chữ nhật với một cạnh ngắn và một cạnh dài.

Phương án 4: Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang

Hình 2.4: Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang

Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng ngang là giải pháp lý tưởng cho các tòa nhà có quy mô đỗ xe nhỏ, đặc biệt khi khu đất có hình dạng gần vuông với hai cạnh tương đương.

Phương án 5: Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System)

Hình 2.5: Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System)

Hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp nhiều tầng có thể hoạt động độc lập hoặc bên trong tòa nhà Với diện tích chỉ 46,7 m², hệ thống này có khả năng chứa 70 xe và chiều cao lên đến 75m với 35 tầng Ngoài ra, có thể thiết kế theo chiều dọc với kích thước 3,6 m x 17 m, chiếm diện tích 61,2 m².

Tốc độ tiêu chuẩn 90m/ph, tối đa có thể đạt 140m/ph, vận hành êm và an toàn Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)

Hệ thống đỗ xe tự động Sky Parking truyền thống bao gồm 2 cột xe đối xứng, nhưng có thể mở rộng lên 3-5-6 cột tùy theo diện tích đất để tăng số lượng xe Tuy nhiên, thời gian lấy xe sẽ tăng lên tương ứng với số lượng xe Số lượng xe tối ưu cho hệ thống là 70 xe.

Phương án 6: Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển

Hình 2.6: Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển:

- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)

- Hệ thống lắp ngầm hoặc nối

Hệ thống cơ khí tích hợp chức năng nâng hạ và di chuyển thường gặp vấn đề hỏng hóc nhanh chóng, đòi hỏi chi phí bảo trì và thay thế thường xuyên Thời gian lấy xe ra cũng kéo dài do cần xử lý từng lệnh ra vào một cách riêng biệt.

- Hệ thống đỗ xe tự động này thích hợp với bãi xe từ 100-500 xe

Hệ thống sàn be tông dùng robot:

- Robot phải luôn luôn hoạt động nên rất nhanh hỏng

- Sử dụng robot để lấy xe ra vào vị trí, robot nâng 2 bánh nên không phù hợp vơi loại xe số tự động

- Sàn đỗ xe là sàn bê tông với yêu cầu cao về độ chính xác của mặt phẳng nên rất khó thi công

- Loại robot nâng 4 bánh vừa được nghiên cứu tại Korean nhưng hiện nay mới trong giai đoạn thử nghiệm nên chưa được sử dụng phổ biến ở Korean

Hệ thống sàn kết cấu thép dùng pallet:

- Vận hành pallet đơn giản hơn và giảm bớt 1 thao tác đưa Robot vào vị trí nên giảm thời gian nhận và trả xe

- Có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng so với sàn bê tông

- Phải bảo dưỡng kết cấu thép định kỳ.

Phương án 7: Đỗ xe tự động hệ thống tầng di chuyển (Plane-shutle, Super parking, Flat- bi)

Hình 2.7: Đỗ xe tự động hệ thống tầng di chuyển

- Sử dụng pallet hoặc robot

- Bảo dưỡng dễ dang hơn (do mỗi tầng có 1 trolley hoạt động riêng biệt)

- Do mỗi tầng có 1 bộ trolley nên giảm thiểu thời gian nhận và trả xe

- Thời gian nhận và trả xe có thể giảm tùy theo số lượng thang nâng được lắp đặt Giá thành cao hơn loại thang nâng di chuyển.

Phương án 8: Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng

Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng đứng là giải pháp lý tưởng cho các khu trung tâm đô thị lớn tại Việt Nam, nơi quỹ đất hạn chế Với khả năng tiết kiệm diện tích, từ một vị trí chỉ đỗ được 2 xe, hệ thống này có thể tối ưu hóa không gian để đỗ từ 10-14 xe, tùy thuộc vào loại bãi đỗ Đặc biệt, hệ thống này có thể lắp đặt tại những khu vực có không gian nhỏ khoảng 30m, phù hợp với các công sở, bãi đỗ xe truyền thống và các công ty khai thác điểm đỗ.

Kết luận: Ta chọn phương án 8 để thiết kế Ưu điểm của bãi đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng

Chỉ yêu cầu một không gian chật hẹp với 2 bãi đỗ xe

 Có thể mở rộng tới 8 lần công suất đỗ xe

Tối đa 16 chiếc xe có thể đậu trong một không gian cho 2 chiếc xe

Bằng cách nhấn vào màn hình cảm ứng hoặc bằng cách liên hệ với thẻ RFID

Các cảm biến ở phía trước, phía sau và cả hai bên Đèn cảnh báo, nút chặn tràn và phòng chống thiết bị theo cơ chế hướng dẫn kép

Có sẵn nhiều cấu hình và kích cỡ để chứa từ 4 đến 16 xe

Hơn 15 năm tuổi thọ và hoạt động ở nhiệt độ từ -40 0 C đến +40 0 C

 Tiếng ồn thấp và độ rung rất thấp Độ ồn thấp (65-75 dB) Chạy êm và trơn tru hơn bắt kì loại thiết bị đỗ xe nào khác

 Chi phí vận hành thấp

Bãi đỗ xe xoay với thiết kế thẳng và chuyển động quay hiếm khi gặp sự cố, đồng thời quy trình bảo trì định kỳ cũng rất đơn giản Hơn nữa, hệ thống này tiêu thụ điện năng thấp, mang lại hiệu quả kinh tế.

 Cài đặt nhanh như kiểu đóng gói

Thông thường, việc ngừng hoạt động của bãi đỗ xe xoay hoàn thành chỉ sau

 Không cần hố ngầm để cài đặt

 Không cần có người trực tiếp điều hành

Bằng điều khiển trực quan, không cần người phục vụ như trong hình 1.7

Do hệ thống đóng gói, bãi đậu xe có thể được cài đặt lại trong một vị trí mới dễ dàng

Thiết kế và phân tích hệ thống đỗ xe quay

1.Con lăn, 2.Gối đỡ, 3.Khớp nối, 4.xích truyền động, 5.Bánh răng, 6.Hộp giảm tốc, 7.Động cơ

Trong thiết kế đã sử dụng các thông số như sau:

Hình 3.2 nguyên lý hoạt động

 Kích thước của những xe có sẵn được thể hiện như trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Loại và kích thước xe

Loại và thông số kỹ thuật

Trọng lượng 1800kg 1100kg 3000kg

 Tốc độ quay chuỗi: 6m/ph=0,1m/s

 Công nghệ quay – xoay theo chuỗi

 Đường kính bánh xích dẫn hướng: D00mm

Tính toán các thông số cần thiết để nghiên cứu Các thông số bao gồm:

 Bánh xích điều khiển tốc độ quay:

 Momen xoắn cần thiết để quay:

 Công suất động cơ cần thiết :

Chọn các cơ cấu truyền động sử dụng trong hệ thống:

Hộp giảm tốc

Hộp bánh răng trụ răng nghiêng 2 cấp

 Vật liệu thép hợp kim cho bánh răng lớn và bánh răng nhỏ

 Góc nghiêng của bánh răng 14 o Số lượng răng tối thiểu là 16 Bánh răng lớn và bánh răng nhỏ có số răng như sau:

Z1 và Z2Q: Bộ truyền cấp nhanh,

16 = 3.1875) Z3 và Z4X: Bộ truyền cấp chậm

Hình 3.4: Bánh răng trong hộp giảm tốc

Bảng 3.2 : Thông số bộ truyền cấp nhanh

Thông số Giá trị Bánh răng 1 Bánh răng 2 m Module 3 3 b Bề rộng 40 32

Bảng 3.3 : Thông số bộ truyền cấp chậm:

Thông số Giá trị Bánh răng 3 Bánh răng 4 m Module 4 4 b Bề rộng 52 40

Bộ truyền ngoài

- Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Tỉ số truyền bộ truyền ngoài:

Hình 3.5: Bộ truyền bánh răng

Hình 3.6: Hệ thống đỗ xe tự động

3.3.1 Phân tích tải trọng bánh răng

Phân tích tải trọng bánh răng là yếu tố quan trọng trong thiết kế thiết bị, giúp đảm bảo độ bền và độ tin cậy của bánh răng trong quá trình sử dụng, từ đó giảm thiểu nguy cơ hư hỏng.

Hình 3.7: Tải trọng bánh răng

𝐶 𝑠 : Hệ số Giá trị của 𝐶 𝑠 cho các loại tải nhất định được xác định trong bảng 3.4

Bảng 3.4 : Giá trị Cs Đặc tính tải trọng

Sử dụng liên tục trong 24h Ổn định 0.8 Ổn định 0.8

Va đập nhẹ 1.00 Va đập nhẹ 1.00

Va đập trung bình 1.25 Va đập trung bình 1.25

Va đập nặng 1.54 Va đập nặng 1.54

Sau khi tính được giá trị WT , ta tiếp tục tính giá trị tải bình thường (WN) và tải trọng hướng tâm (WR)

WR= WN Sin𝜃 Trong đó:

WR : Tải trọng hướng tâm, N 𝜃: Góc , o

Công thức tính toán tải trọng bánh răng cuối cùng được AGMA đưa ra dựa trên sự sửa đổi của phương trình Lewis Để phù hợp với các điều kiện hiện tại, phương trình này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị yếu tố, khi các thông số cơ bản của thiết bị đã được xác định.

𝜎 𝑡 : ứng suất ở chân răng, psi

𝐾 0 : Hệ số hiệu chỉnh quá tải

D : đường kính của bánh răng, m

𝐾 𝑠 : Hệ số điều chỉnh kích thước

𝐾 𝑚 : hiệu chỉnh phân phối tải

𝐾 𝑣 : Hệ số động J: Hệ số hình học

Hệ số hiệu chỉnh quá tải 𝐾 0 được xác định ở bảng 3.5:

Bảng 3.5: Giá trị của Ko

Tải ổn định Tải trung bình Tải nặng

Giá trị Ks được xác định trong hình 3.8

Giá trị Ks được xác định dựa trên tải phân phối hiệu chỉnh Km, ảnh hưởng bởi các yếu tố như lỗi gia công, phân chia tải trọng, lệch trục đàn hồi và vòng bi Để có giá trị Km chính xác, người dùng có thể tham khảo trong bảng 3.6.

Bảng 3.6 : Giá trị Km cho bánh răng thẳng Điều kiện hỗ trợ

Bộ truyền chính xác vừa, ổ thấp, độ đàn hồi tối thiểu, bánh răng chính xác

Bộ truyền thông thường, bánh răng ít chính xác hơn, tiếp xúc trên toàn bộ bề mặt

1.6 1.5 1.7 1.6 1.8 1.7 2 2 Độ chính xác và lắp ghép sao cho tồn tại ít hơn tiếp xúc toàn mặt

Hệ số động Kv chịu ảnh hưởng bởi khoảng cách răng, vận tốc, quán tính và độ cứng của các yếu tố chuyển động Hình 3.9 cung cấp cách xác định hệ số Kv một cách chính xác.

Ngoài ra, khi thiết kế bánh răng,ta cần tính 2 loại ứng suất cơ bản, đó là ứng suất uốn và ứng suất tiếp xúc

Tính ứng suất tiếp xúc sinh ra trên mặt răng được xác định theo công thức Héc:

𝑍 𝑚 : hệ số kể đến cơ tính của vật liệu chế tạo các bánh răng 𝑀𝑃𝑎 1/2

E1, E2: modun đàn hồi của vật liệu bánh răng 1 và 2;

𝜇 1 , 𝜇 2 : hệ số Poisson của vật liệu bánh răng 1 và 2; qn: cường độ tải trọng trên đường tiếp xúc của răng, N/mm

KHv: hệ số tải trọng động dùng để tính ứng suất tiếp xúc;

𝐾 𝐻𝛽 : hệ số phân bố tải không đều trên chiều dài răng, dùng tính ứng suất tiếp xúc; lH: chiều dài tiếp xúc của các đôi răng Lấy gần đúng 𝑙 𝐻 = 𝐵;

Hệ số kể đến nhiều đôi răng ăn khớp 𝑍 𝜀 được tính theo công thức kinh nghiệm:

𝜌: bán kính cong tương đương của hai bề mặt tại điểm tiếp xúc;

𝜌 1 : bán kính cong của điểm giữa răng bánh dẫn, gần đúng:

𝜌 2 : bán kính cong của điểm giữa răng bánh bị dẫn, có:

Sự khác biệt giữa mặt thân khai và mặt trụ được thể hiện qua hệ số điều chỉnh ZH, trong đó hệ số này phản ánh biên dạng mặt răng và được tính toán theo công thức kinh nghiệm.

Thay 𝐹 𝑛 = 𝐹 𝑡 /𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑤 , cùng các thông số khác vào công thức héc, ta có công thức tính ứng suất tiếp xúc:

Ứng suất tiếp xúc cho phép [𝜎 𝐻] được xác định qua thực nghiệm và phụ thuộc vào vật liệu chế tạo bánh răng, phương pháp nhiệt luyện mặt răng, cũng như tầm quan trọng của bộ truyền và số chu kỳ ứng suất trong thời gian sử dụng Thông tin này có thể được tra cứu từ các bảng có sẵn hoặc tính toán theo công thức kinh nghiệm.

Tính ứng suất uốn tại tiết diện chân răng

Trường hợp nguy hiểm nhất liên quan đến hỏng gãy răng xảy ra khi toàn bộ lực tác dụng lên một đôi răng tại đỉnh của chúng Lực này được chia thành hai thành phần chính: lực nén răng và lực uốn răng.

𝛼 𝑎 : góc áp lực trên vòng tròn đỉnh răng

Lực Fnn gây ứng suất nén 𝜎 𝑛 trên tiết diện chân răng, còn Fnu tạo nên momen uốn Mu=Fnu.l gây ứng suất uốn 𝜎 𝑛 trên tiết diện chân răng

𝐵 𝑆 𝑓 2 Vết nứt chân răng thường xuất hiện ở phía chịu kéo của chân răng, nên giá trị của ứng suất tổng 𝜎 𝐹 được tính theo công thức:

𝜎 𝐹 = 𝜎 𝑢 − 𝜎 𝑛 Đặt l=e.m và Sf=g.m Trong đó e và g là hằng số tính toán, m là modun răng

𝐾 𝐹𝑣 : hệ số kể đến tải trọng động, tính cho sức bền uốn;

𝐾 𝐹𝛽 : hệ số kể đến sự phân bố tải không đều dọc theo chiều dài răng

Thay giá trị các thông số vào công thức tính ứng suất 𝜎 𝐹 , ta có:

Giá trị Yf không bị ảnh hưởng bởi mô đun m, mà chỉ phụ thuộc vào các thông số xác định hình dạng của răng, được gọi là hệ số dạng răng Giá trị Yf có thể được tra cứu trong bảng theo số răng z và hệ số dịch dao x của bánh răng.

Bảng 3.7: Hệ số dạng răng YF.

Hệ số dạng răng YF

Sau khi thực hiện các phép tính, tải trọng trên mỗi bánh răng đã được xác định và hiển thị trong bảng Dựa vào dữ liệu tải trọng này, chúng ta tiến hành tính toán ứng suất cho từng bánh răng Vật liệu được sử dụng trong quá trình này là Thép 450.

Bảng 3.8: Tải trọng trên các bánh răng

Bánh răng Tải trọng tiếp tuyến

Tải trọng thường Tải trọng hướng tâm kN kN kN

Bảng 3.9: Giá trị ứng suất

Bánh răng ứng suất xảy ra Ứng suất cho phép

Trục bánh răng

Để thiết kế trục bánh răng hiệu quả, cần nắm rõ các thông số quan trọng như tải tiếp tuyến, tải bình thường, tải thường, tải hướng tâm, và trọng lượng của bánh răng hoặc các bộ phận mà nó hỗ trợ.

Sơ đồ monen và sơ đồ lực cắt là công cụ quan trọng để xác định điểm tới hạn của trục và tính toán đường kính trục dựa trên điểm này Trong quá trình này, có hai loại tải trọng chính tác động lên trục: tải trọng uốn và tải trọng momen xoắn Đầu tiên, chúng ta cần tính toán giá trị momen xoắn; sau khi xác định được giá trị này, bước tiếp theo là tính toán đường kính của trục.

𝐾 𝑚 : Hệ số mỏi momen uốn

𝑀 𝑚𝑎𝑥 : momen uốn tối ta tại trục, N.mm

𝐾 𝑡 : Hệ số mỏi momen xoắn

𝑇 𝑚𝑎𝑥 : momen xoắn tối đa của bánh răng, N.mm Giá trị 𝐾 𝑚 , 𝐾 𝑡 được xác định tại bảng 3.10

Tải đều hoặc tải ổn định

Tải đột ngột với va đập nhẹ

Tải đột ngột với va đập mạnh

𝜏: Ứng suất cắt cho phép, Mpa d: Đường kính, mm

Xác định ứng suất cắt cho phép:

𝜏: Ứng suất cắt cho phép, Mpa

𝑆 𝑢 : Mpa FS: Yếu tố an toàn Yếu tố an toàn FS được xác định qua bảng 3.11

Bảng 3.11 : Yếu tố an toàn FS

Vật liệu Tải ổn định Tải thay đổi Tải đột ngột

Vật liệu mềm và hợp kim

Dựa vào bảng 3.8, các thông số tải trọng được xác định, trong khi khối lượng của các bánh răng có thể được tính toán bằng phần mềm Solidworks Chất liệu của trục tương tự như bánh răng, và các thông số kỹ thuật chi tiết được trình bày trong bảng 3.12.

Bảng 3.12: Trọng lượng bánh răng và tính toán momen xoắn

Bánh răng Khối lượng Lực tác dụng Momen xoắn

Hình 3.13: Biểu đồ lực cắt và lực uốn

Pallet

Nguyên tắc chung tính bền pallet dựa vào ứng suất cho phép:

𝑛 Trong đó: σmax: ứng suất lớn nhất tác dụng lên chi tiết;

[σn] là ứng suất nguy hiểm của vật liệu, được xác định dựa trên giới hạn bền, giới hạn mỏi hoặc giới hạn chảy tùy thuộc vào từng trường hợp tính toán Hệ số n là hệ số an toàn tối thiểu cho phép.

Trường hợp 1, khi có tải trọng danh nghĩa tác dụng, tải trọng động khi pallet làm việc là:

Qt = Q.kđ ; Gt = Gb Kđ Trong đó:

Q là tải trọng định mức, Q = 2500kg $525N;

Khối lượng cabin được ký hiệu là Gb, với giá trị Gb = 999kg tương đương với 9800N Gia tốc chuyển động của cabin được ký hiệu là a, với giá trị a = 1,5m/s² Gia tốc trọng trường được ký hiệu là g, với giá trị g = 9,81m/s² Hệ số động kđ được xác định thông qua một công thức cụ thể.

Trường hợp 2, khi sàn đỡ chịu tải trọng lúc khám nghiệm thang nâng để xin cấp phép sử dụng

Qt = Q.kqt; Gt= Gb.kqt Trong đó: kqt là hệ số quá tải, đối với thang máy dùng xích làm dây kéo lấy kqt = 1,5

Kiểm tra độ bền sàn cabin ô tô là cần thiết vì mặt sàn chịu toàn bộ trọng lượng xe khi đỗ Sàn cabin được sản xuất từ thép tấm CT3, tuân thủ tiêu chuẩn TOCT 380-89, với độ bền σb 460N/mm2 và σch 225N/mm2, kích thước 4000x1845x10mm.

Hình 3.14: kết cấu pallet cabin nâng xe

Chọn mặt phẳng đáy là mặt phẳng chuẩn để tính toán của tấm thép

Xét thấy, mặt cắt ngang có thể chia làm 7 thành phần với các thông số hình học được tính toán như bảng 3.13

TT b x h (cm) F (cm 2 ) Wx (cm 3 ) Jx (cm 4 ) yc (cm)

Momen tĩnh mặt cắt ngang đối với trục tọa độ x tính theo công thức:

Fi là diện tích mặt phẳng nhỏ thứ i, [cm 2]; yci là tọa độ trọng tâm ci của diện tích Fi, [cm]; Ta có:

Vị trí trục quán tính chính trung tâm x-x:

362,5 = 4,163 𝑐𝑚 Momen quán tính của mặt cắt ngang:

Momen chống uốn của mặt cắt ngang pallet:

Xe đứng yên trên mặt sàn với trọng tâm tại điểm O, khoảng cách giữa hai cầu là L0 = 2550 mm, b = 1530 mm, và a = 20 mm Khoảng cách giữa hai gối l = 3452 mm là khoảng cách lắp tay treo cabin với sàn Tải trọng của xe khi đỗ trên cabin là G = 2500 kg, với khối lượng phân bố không đều lên các cầu xe Do động cơ thường được đặt ở phía trước, tải trọng phân bổ lên cầu trước và cầu sau lần lượt là 60% và 40%, tức là G1 = 1500 kg và G2 = 1000 kg Sơ đồ phân bố trọng lượng xe trên pallet cabin được mô tả trong hình Giải hệ phương trình để tìm phản lực.

𝑉 𝐵 = 10653 𝑁 Lần lượt đi xét các mặt cắt để tính mô men uốn do tải trọng gây ra:

- Xét mặt cắt (1-1), với 0 ≤ z < 451mm:

- Xét mặt cắt (2-2), với 451  z  3001 mm:

- Xét mặt cắt (3-3), với 3001  z  3452 mm:

Nhận thấy tại vị trí cầu trước có mô men uốn lớn nhất là:

𝑀 𝑋 = 6256272 𝑁 𝑚𝑚 Tiến hành kiểm tra bền cho sàn cabin tại vị trí này Ứng suất lớn nhất do mô men uốn gây ra là:

Tính chọn xích phi tiêu chuẩn

 Chọn số răng của bánh răng dẫn, Z=8

 Đường kính vòng chia của bánh xích, Dc00mm

 Dựa vào số răng và đường kính vòng chia của bánh xích, ta có được polygon 8 cạnh (Z= 8) ngoại tiếp đường chia bánh xích, vì vậy:

Thiết kế hệ thống truyền động đã được tính toán kỹ lưỡng, đảm bảo an toàn và khả năng hoạt động hoàn toàn tự động khi kết nối với bảng điều khiển.

Mô phỏng bền trên phần mềm

Sau khi xác định tải trọng, bước tiếp theo là lựa chọn vật liệu phù hợp để mô phỏng độ bền, bao gồm ứng suất và momen Việc này được thực hiện trên phần mềm nhằm kiểm tra tác động lên các chi tiết và cụm chi tiết máy.

Hình 3.16: Bộ truyền bánh răng

Hình 3.17: Kết quả mô phỏng trên bánh răng 1

Hình 3.21: Kết quả mô phỏng cabin

Hình 3.22: Kết quả mô phỏng khung

Từ kết quả mô phỏng, ta đưa ra phương án chế tạo tối ưu nhất

Chu trình hoạt động

Hệ thống đỗ xe tự động nhiều tầng kiểu xoay vòng đứng là thiết bị nâng chuyển chuyên dụng, giúp thay đổi vị trí ô tô một cách hiệu quả Hệ thống này chủ yếu phục vụ cho việc vận chuyển ô tô, với chế độ làm việc ngắn hạn và lặp lại, tập trung vào việc nâng hạ ô tô theo phương đứng và di chuyển theo phương ngang Sự phối hợp giữa các cơ cấu nâng và di chuyển mang lại độ chính xác cao trong việc sắp xếp ô tô Hệ thống điều khiển được tích hợp giữa công nghệ điện và cơ khí, sử dụng PLC và cảm biến để đảm bảo tính chính xác và đơn giản trong hoạt động.

Hệ thống đỗ xe xoay vòng đứng được thiết kế cho không gian nhỏ hẹp, với cơ cấu nâng pallet tương tự thang cuốn loại xích tải, cho phép nâng hạ pallet liên tục theo vòng tròn đứng Di chuyển giữa các tầng được thực hiện nhờ cơ cấu nâng hạ chuỗi pallet, mỗi bước dịch chuyển tương ứng với chiều rộng của pallet và dừng lại khi thẳng hàng với pallet trên cơ cấu nâng Hệ thống sử dụng cơ cấu tháo khớp để truyền lực giữa các tấm pallet khi di chuyển, với đường lưu chuyển khép kín giữa các tầng Bãi đỗ xe có thể bao gồm từ 4 đến 10 tầng, tối đa chứa khoảng 40 xe, với mỗi trạm có thể chứa 10 xe, tạo thành cấu trúc 5 tầng và 2 vị trí để xe mỗi tầng Hệ thống được điều khiển tự động bằng PLC hoặc phần mềm khác, với khung chịu lực bằng thép hoặc bê tông, cho phép khách hàng tự đưa xe vào và lấy xe ra.

Mỗi trạm thiết kế bao gồm 10 chỗ đỗ xe, tạo thành một hệ thống đỗ xe xoay vòng đứng Hệ thống được vận hành bằng động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc, điều khiển thông qua khởi động mềm với tốc độ di chuyển thấp, không cần điều chỉnh tốc độ Ngoài ra, hệ thống còn trang bị còi báo nguy hiểm, cảm biến nhận diện xe vào và ra, cùng với cảm biến an toàn để đảm bảo hoạt động an toàn cho người sử dụng.

Cửa ra vào của hệ thống đỗ xe ô tô được thiết kế ở giữa, phục vụ 4 tầng với mỗi tầng có 2 chỗ Trạm đỗ xe phù hợp cho các loại xe du lịch 4 chỗ, có trọng lượng tối đa 2500kg và chiều cao không vượt quá 1550mm Tốc độ xoay của hệ thống đạt khoảng 0,5m/s và được điều khiển bằng bộ điều khiển PLC S7-200.

Linh kiện

4.2.1.1 Động cơ DC: Động cơ DC đã được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp trong nhiều năm Động cơ DC điều khiển rất chính xác Động cơ DC có thể được sử dụng với băng tải, thang máy, máy đùn, ứng dụng hàng hải, xử lý vật liệu, giấy, nhựa, cao su, thép, và các ứng dụng dệt may Các thành phần của động cơ DC bao gồm khung, trục, vòng bi, stato, rôto,

 Động cơ DC giảm tốc được sử dụng như thể hiện trong hình (4.2) để có tốc độ phù hợp với mô-men xoắn cao

 Trong hệ thống điều khiển vòng hở, động cơ DC được sử dụng như động cơ bước

 Độ chính xác có thể đạt được cao hơn

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật động cơ DC

Động cơ DC bao gồm hai cuộn dây quan trọng: cuộn dây chính (stator) và cuộn dây phần ứng Việc hiểu rõ các đặc tính của hai cuộn dây này là rất cần thiết để nắm bắt các chức năng của động cơ.

DC Các mối quan hệ của các thành phần của động cơ DC thể hiện dưới hình minh họa

Cuộn dây gắn trên các mảnh cực để tạo thành nam châm điện Trong động cơ DC nhỏ hơn, có thể là một nam châm vĩnh cửu

Tuy nhiên, trong các DC lớn hơn, thường là một nam châm điện Cuộn dây và các mảnh cực được bắt vít vào khung

Phần ứng chèn giữa các cuộn dây Hình 4.2: Cấu trúc động cơ DC.

Có năm loại động cơ DC

2- Động cơ DC kích thích riêng biệt

4- Động cơ nam châm vĩnh cửu

4.2.1.2 Động cơ điện xoay chiều

Theo nguyên tắc chung, năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng cơ học trong phần quay của động cơ điện, với năng lượng điện được cung cấp trực tiếp đến phần ứng Do đó, động cơ xoay chiều có thể được gọi là động cơ dẫn Tuy nhiên, rôto không nhận năng lượng điện qua dẫn mà thông qua cảm ứng, tương tự như cách mà thứ cấp của hai biến áp quanh co nhận sức mạnh Chính vì lý do này, động cơ này được gọi là động cơ cảm ứng.

Động cơ cảm ứng có thể được coi là một máy biến áp quay, với cuộn dây sơ cấp cố định và cuộn dây thứ cấp có khả năng xoay Đặc biệt, động cơ cảm ứng đa pha được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp.

Hình 4.3: Kết cấu động cơ điện xoay chiều

Bảng 4.2: So sánh giữa động cơ AC và DC

Tốc độ truyền đơn Tốc độ truyền đa

Trọng lượng nhẹ Nặng hơn Ít tốn kém Giá cao hơn

Bộ điều khiển đắt Bộ điều khiển đơn giản Động cơ / bộ điều khiển / biến tần đắt hơn Động cơ / bộ điều khiển - chi phí thấp hơn

4.2.2 Bộ nguồn DC Đây là thiết bị chịu trách nhiệm chuyển đổi 220 V AC sang DC với bất kỳ volt yêu cầu như trong hình (4.6)

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật nguồn điện Đầu vào 220 AC Đầu ra 24 DC

Nguồn cung cấp như trong hình (4.7) bao gồm

Máy biến áp là thiết bị tĩnh truyền tải năng lượng điện từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp mà không làm thay đổi tần số Nó có chức năng điều chỉnh mức điện áp xoay chiều, đồng thời cách ly các phần khác của hệ thống điện tử khỏi nguồn điện xoay chiều.

Bộ chỉnh lưu là thiết bị chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành xung DC, với diode là thành phần chính hoạt động theo hướng phía trước Có ba loại mạch chỉnh lưu cơ bản sử dụng diode, bao gồm chỉnh lưu nửa sóng, chỉnh lưu sóng trung tâm toàn sóng và chỉnh lưu sóng toàn cầu.

Bộ lọc nguồn cung cấp giữ cho thành phần gợn sóng không xuất hiện trong đầu ra và chuyển đổi xung DC từ các mạch chỉnh lưu thành mức độ phù hợp Hai loại bộ lọc cơ bản là bộ lọc điện dung (bộ lọc C) và bộ lọc RC Bộ lọc C là loại đơn giản và kinh tế nhất, trong khi bộ lọc RC được sử dụng để giảm số lượng gợn sóng trong tín hiệu.

Bộ lọc tụ điện có chức năng chính là cho phép điện áp gợn qua trong khi loại bỏ hầu hết các thành phần DC, đồng thời làm suy yếu các thành phần AC của tín hiệu.

4- Bộ điều chỉnh điện áp

Bộ điều chỉnh điện áp là thiết bị cung cấp đầu ra DC ổn định, đảm bảo tải hoạt động hiệu quả Điện áp đầu ra được duy trì ổn định bất chấp sự biến đổi của đầu vào Các loại bộ điều chỉnh điện áp phổ biến bao gồm bộ điều chỉnh điện áp loạt và bộ điều chỉnh điện áp shunt.

Hai chữ số cuối của số ID 78XX cho biết điện áp đầu ra được điều chỉnh bởi IC

Bảng 4.4 Các mô hình phổ biến nhất của IC điều chỉnh

Công tắc là thiết bị cơ điện quan trọng trong mạch điện, giúp điều khiển công suất và phát hiện khi hệ thống hoạt động ngoài phạm vi cho phép Chúng có nhiều kiểu dáng và phương thức kích hoạt, bao gồm tay, chân hoặc cảm biến áp lực và đối tượng Công tắc có thể là loại bật tắt đơn giản hoặc có nhiều vị trí, như công tắc điều chỉnh tốc độ quạt Các công tắc có thể có hình dạng và kích thước đa dạng, thường được trang bị nhiều màu sắc Một loại công tắc phổ biến là công tắc tiếp xúc tạm thời, bao gồm hai loại: Thường mở (NO), trong đó trạng thái mặc định là mở và dòng điện chỉ chảy khi bạn nhấn và giữ nút.

Thường đóng (NC): Trong một công tắc thường đóng, trạng thái mặc định của các tiếp điểm đã đóng

Bảng 4.5 Các loại công tắc điện công tắc điện Miêu tả Ảnh

Một công tắc trượt có một núm mà bạn có thể trượt qua lại để mở hoặc đóng

Công tắc bật tắt có một cần gạt mà bạn lật lên hoặc xuống để mở hoặc đóng

Một công tắc xoay có một núm mà bạn chuyển sang mở và đóng

Một công tắc rocker có dạng bập bênh

Bạn nhấn một bên của công tắc xuống để đóng và nhấn phía bên kia xuống để mở

Cầm và chuyển vị trí của dao

Công tắc nút nhấn là thiết bị có núm cho phép người dùng ấn để mở hoặc đóng Một số loại công tắc này yêu cầu người dùng nhấn một lần để bật và nhấn lần nữa để tắt.

Rơ le là thiết bị quan trọng trong việc kiểm soát mạch điện bằng tín hiệu công suất thấp, giúp đảm bảo cách điện giữa mạch điều khiển và mạch điều khiển Ban đầu, rơ le được sử dụng trong các mạch điện báo đường dài để khuếch đại và truyền tín hiệu Chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống điện thoại và máy tính thời kỳ đầu, giúp điều hành mạch logic Đặc biệt, contactor là loại rơ le có khả năng xử lý công suất cao, cho phép kiểm soát trực tiếp động cơ điện và các tải khác.

Rơ le trạng thái rắn kiểm soát mạch điện không có bộ phận chuyển động

4.2.5 Đèn báo Đèn báo là một thiết bị cảnh báo được sử dụng để cảnh báo về các vấn đề tiềm ẩn với thiết bị của họ Các chức năng như áp suất dầu, nhiệt độ nước và điện áp thường được nối vào đèn báo bảng điều khiển như trong hình (4.10)

Khi có một vấn đề tiềm ẩn hoặc nguy hiểm từ động cơ, đèn báo sẽ sáng

Cảm biến là thiết bị chuyển đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu có thể đọc và sử dụng Chúng đo lường các đặc tính cụ thể của đối tượng hoặc thiết bị, như cặp nhiệt điện cảm nhận nhiệt độ và tạo ra điện áp tương ứng Điện áp này có thể được đo bằng vôn kế, với giá trị điện áp tăng theo nhiệt độ Để đảm bảo độ chính xác, tất cả các cảm biến cần được hiệu chỉnh theo các giá trị tham chiếu hoặc thiết bị tiêu chuẩn.

Cảm biến được phân loại theo bản chất của các đại lượng mà chúng đo lường Dưới đây là một số loại cảm biến cùng với ví dụ minh họa.

- Cảm biến âm thanh , ví dụ: Micrô, Hydrophone

- Cảm biến ô tô, ví dụ: Đồng hồ tốc độ, súng Radar, Đồng hồ tốc độ, đồng hồ đo tỷ lệ nhiên liệu

- Cảm biến hóa học, ví dụ: Cảm biến Ph, Cảm biến để phát hiện sự hiện diện của các loại khí khác nhau hoặc chất lỏng

- Cảm biến điện và từ, ví dụ: Galvanometer, cảm biến Hall (đo thông lượng mật độ), Máy dò kim loại

- Cảm biến môi trường, ví dụ: Máy đo mưa, máy đo tuyết, cảm biến độ ẩm

- Cảm biến quang, ví dụ: Diode quang, Transitor ảnh, Cảm biến sóng phía trước

- Cảm biến cơ học, ví dụ: Máy đo biến dạng, Máy đo tiềm năng (đo chuyển vị)

- Cảm biến nhiệt và nhiệt độ ví dụ: Nhiệt lượng kế, cặp nhiệt điện, Nhiệt điện trở, Máy đo vườn

- Cảm biến tiệm cận và hiện diện

Hệ thống điều khiển tự động

4.3.3 PLC (Bộ điều khiển logic lập trình)

PLC là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình, giúp người sử dụng lập trình để thực hiện các trình tự sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi ngõ vào hoặc qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì và các sự kiện đếm PLC thay thế các mạch rơ le truyền thống, hoạt động bằng cách quét trạng thái đầu vào và đầu ra; khi có sự thay đổi ở đầu vào, đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hoặc State Logic, và hiện nay nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric và Omron.

- Đấu nối giữa các thiết bị và tiếp điểm rơle được thực hiện trong chương trình PLC

- Dễ dàng hơn và nhanh hơn để thực hiện thay đổi

- Các thành phần đáng tin cậy làm cho những thiết bị này có khả năng hoạt động trong nhiều năm

- Bộ điều khiển được thiết kế ở dạng mô-đun, các cụm phụ có thể được gỡ bỏ dễ dàng để thay thế hoặc sửa chữa

- Hệ thống được tái sử dụng

- Phương pháp được sử dụng để lập trình bộ điều khiển phải đơn giản, có thể dễ dàng được hiểu bởi nhân viên nhà máy

- Được phát triển để thay thế rơle vào cuối những năm 1960

- Chi phí giảm và trở nên phổ biến vào những năm 1980

- Tập đoàn General Motors chỉ định tiêu chí thiết kế cho PLC đầu tiên trong Năm 1968

4.3.3.3 Mục tiêu chính Để loại bỏ chi phí cao liên quan đến các hệ thống không điều khiển

- Bộ điều khiển phải được thiết kế ở dạng mô-đun, sao cho phụ lắp ráp có thể được gỡ bỏ dễ dàng để thay thế hoặc sửa chữa

- Hệ thống phải được tái sử dụng

- Phương thức được sử dụng để lập trình bộ điều khiển phải đơn giản, sao cho nó nhân viên nhà máy có thể dễ dàng hiểu được

4.3.3.4 Các lĩnh vực ứng dụng

- Bãi đậu xe thông minh

- NHỎ - nó bao gồm các đơn vị có tới 128 I / O và bộ nhớ lên tới 2 Kbyte

- TRUNG BÌNH - có tới 2048 me / O và bộ nhớ lên tới 32 Kbyte

LỚN là đơn vị tinh vi nhất trong dòng sản phẩm PLC, với khả năng hỗ trợ tới 8192 I/O sườn và bộ nhớ lên đến 750 Kbyte, cho phép kiểm soát hiệu quả từng quy trình sản xuất hoặc toàn bộ nhà máy.

Cung cấp điện áp cần thiết để chạy các thành phần PLC chính

Cung cấp chuyển đổi tín hiệu và cách ly giữa các tín hiệu mức logic bên trong bên trong PLC và tín hiệu mức cao trường Field

Cung cấp thông tin tình báo để chỉ huy và chi phối các hoạt động của toàn bộ PLC hệ thống

4 Lập trình Để vào chương trình mong muốn sẽ xác định trình tự hoạt động và điều khiển thiết bị hoặc điều khiển máy

• Phần giao diện I / O của PLC kết nối nó với thiết bị bên ngoài

• Mục đích chính của giao diện I / O là điều hòa các tín hiệu khác nhau nhận được hoặc gửi đến các thiết bị đầu vào và đầu ra

Các mô-đun đầu vào có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các thiết bị đầu vào tương tự hoặc rời rạc sang mức logic mà bộ xử lý PLC có thể chấp nhận.

Hình 4.13 Mạch đầu vào DC cơ bản

Hình 4.14 mạch đầu vào AC cơ bản

Hình 4.15 kết nối đầu vào

Hình 4.16 Kết nối dây đầu ra DC và AC

1 Đầu ra Đầu ra của loại này thường được sử dụng để điều khiển điện từ dòng cao tải như rơle, van và khởi động động cơ Những tải này là cảm ứng cao và thể hiện một dòng xâm nhập lớn Đầu ra có khả năng chịu được dòng điện khởi động gấp 10 lần tải định mức trong một thời gian ngắn

2 Tổng quát Đây thường là điện áp thấp và dòng điện thấp, được sử dụng để biết đèn và tải không quy nạp khác

3 Đầu vào riêng biệt Để cảm nhận trạng thái của các công tắc giới hạn, nút ấn và các cảm biến rời rạc khác

Giảm tiếng ồn, có tầm quan trọng lớn trong việc ngăn chặn dấu hiệu sai của đầu vào bật hoặc tắt vì tiếng ồn

Mạch này có chức năng điều khiển tín hiệu, với đầu vào từ các thiết bị như cặp nhiệt điện, thiết bị đo biến dạng hoặc cảm biến áp suất, cung cấp tín hiệu điện áp hoặc dòng điện.

Tín hiệu đầu vào tiêu chuẩn cho hệ thống là 4-20mA hoặc 0-10V, cho phép điều khiển các thiết bị như vôn kế, đầu ghi X-Y, ổ đĩa động cơ và van thông qua đầu dò.

Tín hiệu đầu ra: 4-20mA; 0-5V; 0-10V

Mạch này được sử dụng để kết nối PLC với các thiết bị như động cơ servo, động cơ bước, vòng lặp PID, đếm xung tốc độ cao, đầu vào bộ giải và bộ giải mã, màn hình ghép và bàn phím.

Mô-đun này cho phép truy cập hạn chế vào bộ đếm thời gian và bộ đếm trước

Hình 4.17 ví dụ đầu vào và đầu ra

Hình 4.18: Ví dụ đầu vào riêng biệt

4.3.3.9 Đầu vào tương tự Đầu vào tương tự là tín hiệu đầu vào có tín hiệu liên tục như trong hình (3.14) đầu vào điển hình có thể thay đổi từ 0 đến 20mA, 4 đến 20mA hoặc 0 đến10V Dưới đây, một máy phát cấp độ theo dõi mức chất lỏng trong bể Tùy ở cấp độ, tín hiệu đến PLC có thể tăng hoặc giảm theo mức tăng hoặc giảm

Hình 4.19: Ví dụ đầu vào tương tự

4.3.3.10 Đầu ra kỹ thuật số

Một đầu ra riêng biệt có thể hoạt động trong điều kiện BẬT hoặc TẮT, như hình (3.15) minh họa Các thiết bị như solenoids, cuộn dây contactors và đèn thường được kết nối với đầu ra riêng biệt hoặc kỹ thuật số Cụ thể, đèn có thể được điều khiển để BẬT hoặc TẮT thông qua PLC mà nó kết nối.

Hình 4.20: Ví dụ về đầu ra kỹ thuật số

4.3.3.11 Đầu ra tương tự Đầu ra tương tự là tín hiệu đầu ra có tín hiệu liên tục Điển hình đầu ra có thể thay đổi từ 0 đến 20mA, 4 đến 20mA hoặc 0 đến10V như trong hình (3.16)

Hình 4.21: Ví dụ về đầu ra tương tự

Mô-đun bộ xử lý chứa bộ vi xử lý PLC, và hệ thống bộ nhớ của nó

Bộ vi xử lý đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích dữ liệu từ các cảm biến thông qua các mô-đun đầu vào, đồng thời đưa ra quyết định dựa trên các điều khiển do người dùng xác định và tín hiệu phản hồi qua các mô-đun đầu ra.

Cảm biến: công tắc, dòng chảy, mức độ, áp suất, nhiệt độ Máy phát, vv Đầu ra : động cơ, van, solenoids, đèn hoặc thiết bị âm thanh

Hệ thống bộ nhớ trong mô-đun bộ xử lý có hai phần: bộ nhớ hệ thống và một bộ nhớ ứng dụng

Điển hình PLC có chức năng cơ bản là đọc tất cả các đầu vào từ thiết bị qua giao diện đầu vào Sau đó, dựa trên kế hoạch kiểm soát được lập trình bởi người dùng, PLC sẽ điều khiển các thiết bị đầu ra bằng cách bật hoặc tắt chúng, hoặc thực hiện các tác vụ cần thiết để kiểm soát quy trình ứng dụng.

Quá trình này tuần tự đọc các đầu vào, thực hiện chương trình trong bộ nhớ và cập nhật các đầu ra được gọi là quét.

Hình 4.22: Hoạt động của PLC

SVTH: Trần Quốc Trung_Lớp 15C1B GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải

Trong khi PLC đang chạy, quá trình quét bao gồm bốn các giai đoạn, được lặp lại liên tục như các chu kỳ hoạt động riêng lẻ:

GIAI ĐOẠN 1 - Quét trạng thái đầu vào

Chu kỳ quét PLC bắt đầu bằng việc CPU đọc trạng thái của các đầu vào

GIAI ĐOẠN 2 Logic Logic Giải quyết / Thực thi Chương trình

Chương trình ứng dụng được thực thi bằng trạng thái của các đầu vào

GIAI ĐOẠN 3 Logic Logic Giải quyết / Thực thi chương trình

Sau khi chương trình được thực thi, CPU sẽ thực hiện chẩn đoán và truyền nhiệm vụ,

GIAI ĐOẠN 4 - Quét trạng thái đầu ra

Sau khi quét trạng thái đầu ra, các giá trị đầu ra được lưu trữ sẽ được gửi đến bộ truyền động và các thiết bị đầu ra khác Chu kỳ này kết thúc bằng việc cập nhật kết quả đầu ra.

Ngay khi Giai đoạn 4 hoàn thành, toàn bộ chu trình bắt đầu lại với Giai đoạn quét đầu vào

Thời gian cần thiết để thực hiện chu trình quét được gọi là SCAN TIME

Thời gian quét bao gồm thời gian cần thiết để thực hiện chương trình điều khiển và cập nhật I/O, bao gồm việc đọc đầu vào và cập nhật đầu ra Thời gian này thường phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ của chương trình điều khiển và loại hướng dẫn được sử dụng Thời gian thực hiện một lần quét có thể dao động từ 1 ms đến 100 ms.

SVTH: Trần Quốc Trung_Lớp 15C1B GVHD: ThS.Trần Ngọc Hải

Chương trình gọi xe hoạt động bằng cách kích hoạt contactor khi người dùng nhấn nút gọi xe (ví dụ: nút bấm của xe1) Khi contactor hoạt động, động cơ sẽ hoạt động cho đến khi cảm biến phát hiện chuyển động, sau đó ngắt kết nối chốt của contactor để dừng động cơ và đưa xe trở về mặt đất Quá trình này được thực hiện cho từng chiếc xe.

Tiêu đề	Nghiên cứu, thiết kế bãi đậu xe tự động và chế tạo mô hình mô phỏng
Tác giả	Trần Quốc Trung, Nguyễn Gia Thịnh
Người hướng dẫn	Th.S Trần Ngọc Hải
Trường học	Đại học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Chế tạo máy
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	3,55 MB