Nghiên cứu thiết kế và chế tạo phần cơ khí cho giàn phơi quần áo thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIÊP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ CHO GIÀN PHƠI QUẦN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIÊP VIỆT NAM

KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ

CHO GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH

NGÀNH CƠ ĐIỆN T NGÀNH

Giảng viên hướng dẫn : ThS Đinh Hải nh

ThS Ngu n Th nh Trung Sinh viên thực hiện V Kiên Qu ết

Mã sinh viên : 1551080777

Khóa h c : 2015 - 2019

Hà Nội - năm 9

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh xã hội Việt Nam ngày nay, sự bùng nổ về dân số và đời sống người dân ngày càng tăng lên đã tạo nên những thách thức mới trong cuộc sống Việc phát triển các thiết bị thông minh, giúp cải thiện cuộc sống con người là vô cùng cần thiết

Dân số ngày càng tăng lên , các tòa nhà chung cư xuất hiện ngày càng nhiều, giúp cho người dân có thêm nơi cư trú Nhưng cũng chính từ đây mà kéo theo không

ít các vấn đề, đặc biệt là trong sinh hoạt cá nhân Vì không gian sinh hoạt của một căn

hộ chung cư không phải là nhiều, với một gia đình căn bản của Việt Nam gồm 4 thành viên thì phải tận dụng không gian thật hiệu quả mới có thể sinh hoạt một cách tốt được Những hoạt động sinh hoạt cá nhân, đặc biệt là việc phơi quần áo đã trở thành một trong những vấn đề khó khăn đối với nhiều hộ gia đình Không gian sinh hoạt bị chiếm khá lớn cho việc phơi quần áo, tạo ra khung cảnh xấu cho khu đô thị

Trước vấn đề cấp thiết đó và với tiềm năng lớn của nhu cầu thị trường, em đã chọn

cho mình đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo phần cơ khí cho gi n phơi quần

áo thông minh ”

Nội dung khóa luận bao gồm 3 chương:

Chương Cơ sở lý thuyết Chương Thiết kế hệ thống cơ khí Chương Chế tạo và lắp đặt thử nghiệm

Trong quá trình làm khóa luận do trình độ hiểu biết của em còn có hạn và thời gian thực hiện ngắn nên nội dung khóa luận không tránh khỏi những sai xót Vì vậy

em rất mong có được sự chỉ bảo và hướng dẫn của các thầy cô cùng các bạn để đề tài khóa luận của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Lâm Nghiệp nói chung và các thầy cô trong khoa Cơ điện – Công trình nói riêng đã truyền dạy những kinh nghiệm quý báu và giúp đỡ em trong quá trình học tập Đặc biệt, em xin gửi lời

cảm ơn chân thành đến giảng viên ThS Đinh Hải nh và ThS Nguy n Thành Trung, quý Thầy Cô đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2019

Sinh viên thực hiện đề tài

V Kiên Qu ết

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

C C

ANH C H NH ẢNH

ANH C C C ẢNG

PHẦN 1: M C TIÊU, PHƯƠNG PH P, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN 2

Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2

1.1 Các loại giàn phơi hiện nay 2

1.2 Kết cấu của giàn phơi thông minh 6

1.3 Nguyên lý hoạt động của giàn phơi thông minh 6

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 8

2.1 Yêu cầu thiết kế 8

2.2 Lập bản vẽ 8

2.3 Tính chọn cáp 10

2.3.1 Lựa chọn loại cáp 10

2.3.2 Tính toán thông số cáp 10

2.4 Lựa chọn khóa cáp 14

2.5 Tính chọn tang cuốn 15

2.6 Tính chọn động cơ 16

2.6.1 Phân tích lựa chọn động cơ điện 16

2.6.2 Chọn động cơ điện 19

Chương 3: CHẾ TẠO VÀ LẮP ĐẶT THỬ NGHIỆM 22

3.1 Gia công hệ thống cơ khí cho giàn phơi thông minh 22

3.1.1 Chế tạo khung sắt hộp 22

3.1.2 Gia công thanh phơi 23

3.1.3 Gia công bánh xe 25

3.1.4 ỐP tấm Aluminium 26

3.2 Lắp đặt thử nghiệm 29

3.2.1 Lắp đặt 29

3.3 Vận hành thử nghiệm 32

3.3.1 Thí nghiệm 33

3.3.2 Thực nghiệm 33

3.4 Kết quả vận hành thử nghiệm 33

KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO

D NH ỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Giàn phơi quay tay 2

Hình 1.2 Giàn phơi bấm điện 3

Hình 1.3 Giàn phơi điều khiển từ xa 4

Hình 1.4 Giàn phơi truyền thống 5

Hình 1.5 Kết cấu của giàn phơi thông minh 6

Hình 1.6 Giàn phơi thông minh 7

Hình 2.1 Bản vẽ chi tiết 9

Hình 2.2 Bản vẽ kĩ thuật 10

Hình 2.3 Cáp bện bọc nhựa 14

Hình 2.4 bulong kẹp cáp 14

Hình 2.5 Puly 16

Hình 2.6 Mô phỏng động cơ giảm tốc 17

Hình 2.7 Cấu tạo động cơ bước 18

Hình 2.8 Động cơ giảm tốc truyền động kéo cáp 20

Hình 2.9 Kích thước của động cơ giảm tốc 21

Hình 3.1 Sắt hộp mạ kẽm 20x20 22

Hình 3.2 Khung sắt hộp 20x20 thiết kế trên Inventor 22

Hình 3.3 Kích thước thanh ray 23

Hình 3.4 Ray phơi 24

Hình 3.5 ánh lăn kèm móc phơi 24

Hình 3.6 Bản vẽ chi tiết móc phơi có sẵn bánh lăn 25

Hình 3.7 ánh xe đẩy 25

Hình 3.8 Tấm Aluminium 26

Hình 3.9 Tính thiết kế ốp tấm alu trên Inventor 27

Hình 3.10 Ốp Alu hoàn chỉnh 28

Hình 3.11 Sơ đồ quy trình lắp đặt giàn phơi thông minh 31

Hình 3.12 Sản phẩm sử dụng thực tế 32

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật 8

Bảng 2.2 Bảng hệ số kinh nghiệm đối với lực kéo đứt nhỏ nhất 12

Bảng 2.3 Nhóm chế độ làm việc của cơ cấu 13

Bảng 2.4 Hệ số ZP 13

Bảng 2.5 Bảng hệ số đường kính puly 15

Bảng 2.6 Thông số hiệu suất 19

Bảng 2.7 Thông số của động cơ giảm tốc 20

Bảng 3.1 Thống kê các chi tiết cấu thành giàn phơi thông minh 29

PHẦN 1: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1 Mục tiêu của đề tài:

Thiết kế, chế tạo được 01 bộ khung giàn phơi quần áo thông minh

3 Đối tượng nghiên cứu:

Các bộ phận truyền động của giàn phơi

4 Phạm vi nghiên cứu:

Hệ thống cơ khí của giàn phơi quần áo thông minh

PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Các loại gi n phơi hiện nay

Trên thị trường hiện nay có 4 loại giàn phơi chủ yếu: giàn phơi tay quay, giàn phơi bấm điện, giàn phơi điều khiển từ xa và giàn phơi truyền thống Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu 4 loại giàn phơi này, và tìm hiểu ưu nhược điểm của mỗi loại

 Giàn phơi tay quay

Hình 1.1 Gi n phơi tay quay

+ Kết cấu đơn giản

+ Dễ chế tạo nhất trong các loại giàn phơi

+ Dễ bị dao động khi bị gió thổi vì thanh phơi chỉ được giữ bởi hai sợi dây cáp + Lắp đặt khá tốn thời gian

+ Không tự động bảo vệ quần áo trành được mưa

Đây là sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường vì nó đáp ứng được những yêu cầu cơ bản nhất của người sử dụng đồng thời giá thành rẻ là yếu tố ảnh hưởng nhất đến việc nhiều người sử dụng sản phẩm này

 Giàn phơi bấm điện

+ Kết cấu tương đối đơn giản

+ Vận hành dễ dàng, nhanh tróng nhờ sử dụng động cơ điện Có thể nâng thanh phơi lên, xuống hoặc dừng giữa trừng

+ Có thể đồng thời nâng hạ hai thanh phơi

- Nhược điểm:

+ Dễ giao động khi bị gió tác động do thanh phơi chỉ được giữ bởi hai sợi cáp

+ Không có khả năng bảo vệ quần áo chống lại mưa

Kết cấu khá đơn giản, vận hành dễ dàng nên giàn phơi bấm điện cũng tương đối phổ biến trên thị trường nhưng vẫn không bằng giàn phơi quay tay

 Giàn phơi điều khiển từ xa

Hình 1.3 Gi n phơi điều khiển từ xa

+ Có hệ thống đèn để sử dụng vào ban đêm

+ Có hệ thống quạt để làm khô quần áo khi cần thiết

+ Sử dụng nhiều thanh phơi cỏ thể dùng để phơi quần áo và phơi chăn màn

- Nhược điểm:

+ Chưa có khả năng tự động bảo vệ quần áo khi trời mưa

+ Sử dụng động cơ điện không có encoder, nên tạo cữ cho thanh phơi phải sử

dụng kết cấu cơ khí phức tạp

Loại giàn phơi này được xem là loại giàn phơi cao cấp nhất trên thị trường hiện nay Nó đem lại rất nhiều tính năng hữu ích cho người sử dụng Tuy nhiên, vẫn chưa được nhiều người sử dụng

 Giàn phơi truyền thống (dây phơi)

+ Cố định, không có đặc điểm nổi trội

+ Han rỉ ảnh hưởng tới quần áo

+ Cách phơi truyền thống bừa bộn, không khoa học

Hình 4 Gi n phơi tru ền thống

Đây là loại giàn phơi thủ công nhất, được xem là loại giàn phơi thông dụng và phổ biến nhất hiện nay Tuy nhiên không thích hợp với các hộ gia đình thành phố, do

diện tích yêu cầu cao và không khắc phục được các tác nhân bất ngờ như mưa gió

Dựa trên những tìm hiểu về các hệ thống giàn phơi hiện có trên thị trường, em đưa ra ý tưởng để cái tiến giàn phơi thông minh Với tiêu chí, tận dụng tối đa các

Module có sẵn trên thị trường để giúp giảm giá thành sản phẩm, tận dụng các ưu điểm

và khắc phục các nhược điểm của các loại giàn phơi truyền thống

1.2 Kết cấu của gi n phơi thông minh

- Cấu tạo:

+ Bộ phận điều khiển

+ Khung giàn phơi

+ Bộ phận truyền động (động cơ C, cáp, puly)

+ Thanh ray phơi (ray trượt, con trượt và móc phơi)

+ Khoang chứa

+ Bánh xe

Hình 1.5 Kết cấu của gi n phơi thông minh

Với thiết kế đơn giản nhưng tích hợp cùng với tính năng hiện đại, giàn phơi thông minh đã đem lại nhiều ưu điểm như:

+ Nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt và di chuyển

+ Kết cấu vững chắc và độ bền cao

+ Dễ sử dụng với tất cả các thành viên trong gia đình

+ Sử dụng sẵn các linh kiện và vật liệu có trên thị trường

1.3 Nguyên lý hoạt động của gi n phơi thông minh

Hệ thống ray phơi mang móc phơi được di chuyển trượt nhờ hệ thống dây cáp được cuốn trên tang và được dẫn động bởi một động cơ C Thông qua mạch điều khiển động cơ ta có thể cài đặt hoạt động cho thanh phơi

-Trong trường hợp trời sáng

+ Khi trời mưa, cảm biến mưa trên giàn phơi sẽ nhận tín hiệu, điều khiển động

cơ quay quấn cáp, thu kéo quần áo lại, che chắn cho quần áo tránh khỏi nước mưa hắt vào làm ướt quần áo

+ Khi hết mưa, bề mặt cảm biến mưa khô, móc phơi sẽ được điều khiển để tự động kéo ra thanh phơi, quần áo tiếp tục được phơi

- Khi trời tối, dựa trên cài đặt và nguyên lý hoạt động của cảm biến ánh sáng,

mà quần áo sẽ được thu vào, đảm bảo cho quần áo khô ráo

Trong trường hợp trời tối, cho dù là mưa hay không mưa thì quần áo cũng được thu về trong khoang chứa

Hình 1.6 Gi n phơi thông minh

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Yêu cầu thiết kế

Từ ý tưởng thiết kế đã được đề ra và việc khảo sát thực tế các loại giàn phơi có mặt trên thị trường, ta đề ra yêu cầu thiết kế, chế tạo cho giàn phơi thông minh Với tiêu chí tính toàn cho trường hợp lớn nhất có thể, để có thể sử dụng thiết kế đó cho các không gian lắp đặt và yêu cầu sử dụng khác nhau, ta đề ra yêu cầu thiết kế, chế tạo giàn phơi thông minh như sau:

Bảng 2.1 Thông số k thuật Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú

Chiều dài thanh ray m 2

2.2 Lập bản vẽ

Trong sản xuất và chế tạo cơ khí việc quan trọng đầu tiên chúng ta cần làm là đưa ra bản vẽ kĩ thuật Từ đó sẽ tính được khối lượng vật liệu cần khi sản xuất, giúp quá trình sản xuất thêm chính xác và chuyên nghiệp hơn

Hình 2.2 Bản vẽ k thuật 2.3 Tính ch n cáp

2.3.1 Lựa ch n loại cáp

Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu và mục đích sử dụng mà có rất nhiều loại cáp như: cáp bện đơn, cáp bện kép, cáp tiếp xúc điểm, cáp tiếp xúc đường, cáp bện xuôi hay cáp bện ngược

Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu thiết kế và thích hợp với mục đích sử dụng của giàn phơi thông minh, thì em quyết định sử dụng loại cáp bện kép 6 x 7 với lõi thép được sử dụng nhiều

2.3.2 Tính toán thông số cáp

Trong quá trình làm việc, các sợi thép trong cáp chịu lực phức tạp gồm kéo, uốn, xoắn, dập…trong đó kéo là chủ yếu Để tính chọn cáp sử dụng công thức kinh nghiệm sau:

Trong đó:

+ là lực căng lớn nhất

+ là hệ số an toàn được chọn theo chế độ làm việc

+ là lực kéo đứt cho phép, thường được xác định bằng thực nghiệm

Tuy nhiên, do cơ cấu tương đối nhẹ, cáp được chọn có kích thước nhỏ nên không thể tính chọn cáp qua lực kéo đứt cho phép, nên chúng ta sẽ tính chọn cáp qua đường kính cáp nhỏ nhất

Tham khảo tài liệu [2], ta có:

Đường kính cáp nhỏ nhất được xác định theo công thức sau:

= C√ (2.2) Trong đó:

Tham khảo tài liệu [3], ta có Bảng hệ số như sau:

Bảng 2.2 Bảng hệ số kinh nghiệm đối với lực kéo đứt nhỏ nhất

6 x 7 với lõi sợi chỉ

6 x 7 với lõi sợi thép

6 x 24 FC với lõi sợi chỉ

6 x 37 M với lõi sợi chỉ

Đối với loại cáp, 6 x 7 với lõi sợi thép, ta có hệ số = 0,359

là giới hạn bền kéo nhỏ nhất của sợi dùng bện cáp, Mpa Giới hạn bền kéo nhỏ nhất của sợi dùng bện cáp do nhà sản xuất quy định

Nó có bốn giá trị thường được sử dụng là 1570, 1770, 1960 và 2160 Với loại cáp đã chọn ta có:

= 1770 MPa

ZP là hệ số an toàn thực tế nhỏ nhất

Hệ số Zp được chọn qua nhóm chế độ làm việc của cơ cấu được cho trong Bảng 2.2 và Bảng 2.3

Bảng 2.3 Nhóm chế độ làm việc của cơ cấu TCVN 4244: 1986 Quay tay Nhẹ Trung bình Nặng Rất nặng

ta có:

= 3,55 Suy ra:

o đó:

Đường kính danh nghĩa d của cáp được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

Suy ra:

Vậy chọn loại cáp 6 x 7 với lõi sợi thép (cáp gồm 6 tao, mỗi tao gồm 7 sợi cáp nhỏ)

Đường kính cáp: d = 1,5mm

Hình 2.3 Cáp bện b c nhựa 2.4 Lựa ch n khóa cáp

Khóa cáp (còn gọi là cóc kẹp cáp) được dùng để kẹp vành đai của cáp, giáp mối khi không thể bện cáp, nối cáp vào với nhau được hay khi cần những điểm kết nối tạm thời

Khóa cáp được rèn có bề mặt chịu lực tốt hơn và bền hơn so với khóa cáp làm

từ gang

Hình 2.4 bulong kẹp cáp

Khóa cáp có cấu tạo gồm: phần thân có hình dạng chữ U có đường ren ngoài đều nhau theo vòng xoắn ốc, 1 đầu khóa và 2 bulong (hay còn được gọi là ê cu) Kích thước của phần thân và 2 bulong phải trùng nhau, chúng ăn khớp với nhau, do đó dễ dàng tháo, lắp, sử dụng khá linh hoạt

2.5 Tính ch n tang cuốn

Tang cuốn là bộ phận cuốn dây trong cơ cấu nâng hạ, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nâng/hạ vât Tuy nhiên, do yêu cầu thiết kế cũng như sáng kiến cá nhân, em đã thay đổi kết cấu Để giúp giàn phơi vận hành tự động thu hay phơi quần áo thì cần dây cáp chuyển động tịnh tiến ra vào, do đó thay bằng bằng việc sử dụng tang cuốn và puly thì em sử dụng 1 cặp puly, một puly sẵn gắn trực tiếp vào trục động cơ và một puly gá đầu còn lại, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ra/vào

Để chọn được tang cuốn thích hợp cần xác định đường kính danh nghĩa

Đường kính danh nghĩa của puly được xác định theo đường kính cáp và

hệ số đường kính puly:

D h.d Trong đó:

+ D là đường kính danh nghĩa nhỏ nhất của puly

+ h là hệ số đường kính tang

Tham khảo tài liệu [2], ta có Bảng hệ số đường kính puly như sau:

Bảng 2.5 Bảng hệ số đường kính puly Nhóm chế độ làm việc của cơ cấu

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

12,5 14,0 16,0 18,0 20,0 22,4 25,0 28,0

Với chế độ làm việc M3 đã được chọn từ phần 2.2.4.4 – Tính toán thông số cáp, ta

có:

h = 16,0 + h là đường kính cáp

2.6.1 Phân tích lựa ch n động cơ điện

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn vô cùng quan trọng trong quá trình tính toán, thiết kế hệ dẫn động Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động cơ biệt lâp, việc chọn đúng loại động cơ có ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn hộp giảm tốc cũng như các bộ truyền ngoài hộp Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi sử dụng của từng loại, đồng thời cần chú ý đến yêu cầu làm việc cụ thể của thiết bị cần được dẫn động

Hiện nay, các loại động cơ điện được dùng phổ biến là: