Chương II: Nghiên cứu hệ thống rửa xe tự động
2.3.2. Công nghệ rửa xe tự động
Dựa trên các giai đoạn rửa xe có thể chia hệ thống rửa xe thành 4 phần nhỏ:
- Hệ thống nước(phun nước, chất tẩy, có thể là xử lý nước).
- Hệ thống chổi lau.
- Hệ thống sấy khô.
- Hệ thống băng tải di chuyển xe.
2.3.2.1. Thiết kế kích thước nhà xưởng.
Dựa vào kích thước của xe5 chỗ ta có thể thiết kế nhà xưởng như hình vẽ:
Hình 2.3. Kích thước nhà xưởng 2.3.2.2. Hệ thống phun nước.
- Cảm biến quang được đặt cách mặt đất: 20 cm
- Bơm cao áp và bơm nước thường được đặt trong tủ điện 2 bên
- 8 Béc phun nước hai bên được đặt cách mặt đất 0,8m. Béc phun nước dưới gầm xe được đặt sát với mặt đất. Ngoài ra còn 4 béc phía trên nóc xe được gắn sát với trần của xưởng.
Nguyên lý hoạt động:Khi 2 cảm biến đã bắt báo xe vào xưởng bơm nước thì 4 bơm bắt đầu bơm nước rửa xe. Ba bơm cao áp sẽ có tác dụng rửa sạch phần phía dưới và 2 bên xe(phần bám nhiều bẩn nhất). Sau một khoảng thời gian thì ta sẽ dùng van điện từ để khóa bể nước và chuyển sang chế độ phun chất tẩy rửa. Sau đó một khoảng thời gian thì xe chuyển sang giai đoạn khác.
Hình 2.5.Sơ đồ bơm nước
➢ Tính chọn các thiết bị cho hệ thống bơm nước.
Tính toán đường kính đường ống nhỏ từ điểm cút tới 3 đầu phun.
Dựa vào công thức:
D = V
Q 14 , 3
4
Trong đó:
• D: Đường kính ống (m)
• Q: Lưu lượng trong ống (l/s)
• V: Vận tốc nước m/s
Ở đây ta chọn theo tiêu chuẩn nước dùng cho mọi nhu cầu sinh hoạt với V=1,2 m/s Theo khảo sát thực tế thì áp suất thực tế tại đầu phun Pa=130 bar, lưu lượng nước là Q=15 (l/p) = 0,25 l/s.
Do đó ta có đường kính ống nước là:
D = V
Q 14 , 3
4 =
12 . 14 , 3
25 , 0 .
4 =0,16(dm)
Ta chọn ống DN16
➢ Tính toán đường kính đường ống chính từ bể chứa tới cút nối.
Ta có Q= 45 l/p = 0,75 l/s Pa= 130 bar
Theo công thức ở phần 1 ta có đường kính của ống là
D = V
Q 14 , 3
4 =
12 . 14 , 3
75 , 0 .
4 =0,28(dm)
Do đó chọn ống DN28.
➢ Tính chọn công suất động cơ bơm nước.
Công suất điện của động cơ :
Pbơm=
Q Pa.10−3.
Trong đó:
- Pbơm: Công suất điện của động cơ.(W) - Pa: Áp suất đường ống.(Pa)
- Q: Lưu lượng nước đường ống.(l/s)
- η: Hiệu suất sử dụng của động cơ (η= 0,65÷0,9) Đổi Pa=130 bar=130.105 (Pa)
→ Pbơm =130.105.10-3. =
9 , 0
25 ,
0 3611(W) = 3,6 (kW) Để chọn động cơ thực tế ta nhân với hệ số dự trữ 1,4.
Do đó công suất của động cơ bơm nước là: Pbom tt =3,6.1,4≈ 5kW 2.3.2.3. Hệ thống chổi lau.
Hệ thống chổi lau thực hiện chức năng tẩy sạch các vết bẩn trên thân xe như bánh, cửa kính, mui xe và phía sau xe. Để thực hiện được chức năng này ta cần bố trí các chổi lau như sơ đồ bên dưới.
Bao gồm:
- Hai chổi lau phía trước C1,C2 xe làm bằng loại mút không thấm nước.
- Hai chổi lau lốp L1,L2 hai bên được làm bằng sợi nhựa cứng.
- Một chổi lau phía trên T1 được làm bằng loại mút không thấm nước như 2 chổi lau C1 và C2.
- Hai chổi lau phía trước C1,C2 xe làm bằng loại mút không thấm nước.
Hình 2.6.Kích thước 2 chổi lau phía trên
➢ Hai chổi lau sẽ được điểu khiển vào ra bởi 2 động cơ di chuyển từ vị trí 1 vào vị trí 2 gặp biến thì sẽ quay trở về vị trí 1.
Hình 2.7. Sơ đồ cảm biến điều khiển hành trình chổi lau C1,C2
➢ Cảm biến sẽ sử dụng để điểu khiển chổi lau là cảm biến tiệm cận điện cảm.
Hình2.8 . Cảm biến tiệm cận điện cảm
➢ Hai chổi lau lốp L1,L2 hai bên được làm bằng sợi nhựa cứng
Hình2.9. Kích thước chổi lau lốp
➢ Để điều khiển chổi lai lốp chúng ta sẽ sử dụng hệ thống cảm biến quang Q1, Q2, Q3(cảm biến bắt lốp) .
Hình 2.10.Sơ đồ bố trí cảm biến quang Q1,Q2,Q3
➢ Cảm biến Q1 được đặt cao nhất sẽ bắt được phần lốp phía trên.Hai cảm biến Q2,Q3 đặt ở phía dưới thấp hơn gầm xe, chỉ có thể bắt chúng lốp mà không bắt phân thân
xe. Ba cảm biến sẽ xác định đúng vị trí lốp.Khi xe cảm biến bắt được lốp thì 2 động cơ sẽ đẩy chổi lau lốp ra và thực hiện quá trình rửa lốp xe.
Hình 2.11. Kích thước chổi lau phía trên T1
➢ Chổi lau T1 được đặt phía trên cao, khi xe đi vào nó sẽ được hạ xuống và lau phần mui xe, nóc xe, mui sau xe. Để tránh cho chổi lau hạ xuống không bị va đập vào xe ta sẽ dùng một cảm biến quang để xác định vị trí của chổi lau so với thân xe. Ta sử dụng một động cơ để nâng hạ chổi lau.
➢ Ban đầu xe di chuyển vào chổi lau xe. Nếu cảm biến quang gặp phần thân xethì động cơ sẽ nâng chổi lau lên đến khi không gặp nữa thì dừng lại. Hành trình cứ tiếp tục cho đến khi cảm biến lốp bắt được lốp sau của xe thì thay đổi như sau: Nếu cảm biến không gặp thân xe thì động cơ sẽ hạ xuống cho đến khi gặp thì dừng lại.
Ngoài ra hệ thống còn sử dụng
- 3 cảm biến tiệm cận A1, A2, A3 - 3 cảm biến quang Q1, Q2, Q3 - 2 động cơ điều khiển chổi lau lốp - 1 động cơ điều khiển chổi lau T1 - 2 động cơ chổi lau C1, C2
- 2 động cơ chổi lau lốp L1,L2 - 1 động cơ điều khiển chổi lau T1
- 1 động cơ điều khiển hành trình của 2 chổi lau C1, C2
- 3 động cơ bơm nước từ phía trên xuống và 2 bên trong quá trình lau.
Thuyết minh hoạt động của hệ thống.
Quá trình hoạt động của hệ thống lau xe sẽ chia làm 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Xe tiến vào vị trí cảm biến quang Q1 bắt. 2 chổi lau C1, C2 vừa quay quanh trục vừa di chuyển vào giữa tiến gần đến cảm biến tiệm cận A1 thực hiện quá trình lau phía trước xe. Đồng thời 2 động cơ đẩy ra 2 chổi lau L1, L2 quay thực hiện quá trình lau 2 lốp phía trước. Lúc đó chổi lau T1 quay và được động cơ hạ xuống lau phần mui xe.
- Giai đoạn 2: Hai chổi lau C1, C2 di chuyển vào giữa gặp cảm biến A1 thì di chuyển ngược trở lại và gặp cảm biến tiệm cận A2 thì dừng lại và quay tại chỗ. Lúc này thì 2 động cơ điều khiển chổi lau lốp L1, L2 thu lại, động cơ điều khiển chổi lau phía trên T1 cũng thu lại nâng chổi lau T1 lên.
- Giai đoạn 3: Khi chổi lau T1 được nâng lên gặp cảm biến tiệm cận A3 thì lúc này xe mới tiếp tục di chuyển. Trong khi xe di chuyển thì 2 chổi lau 2 bên quay và làm sạch phần 2 bên hông xe, Chổi lau T1 quay làm sạch phần nóc xe. Xe di chuyển gặp cảm biến quang Q2 thì xe dừng lại. Lúc này chổi lau lốp L1, L2 lại được đưa ra và lau 2
lốp phía sau. Chổi lau phía trên T1 được hạ xuống và làm sạch phần phía đuôi sau xe.
- Giai đoạn 4: Sau một khoảng thời gian thì chổi lau lốp L1, L2 trở về vị trí, chổi lau T1 được nâng lên chạm cảm biến tiệm cận A3 thì xe tiếp tục đi. Các chổi lau L1, L2, T1 ngừng hoạt động. Khi xe gặp cảm biến quang Q3 thì dừng lại 2 chổi lau C1, C2 di chuyển vào giữa và thực hiện quá trình lau phần phía sau xe đến khi gặp cảm biến tiệm cận A1 thì di chuyển ngược lại và gặp A1 thì dừng lại. Ngắt tất cả các thiết bị trong quá trình lau. Xe tiếp tục di chuyển.
Trong quá trình lau luôn có hai bơm cung cấp nước cho quá trình lau
Thiết bị Số lượng
Động cơ chổi C1, C2, L1, L2, T1 5
Động cơ điều khiển chổi C1, C2 1
Cảm biến tiệm cận 3
Cảm biến quang 3
Xi lanh 3
Động cơ bơm nước 3
Bảng2.1 . Bảng thống kê thiết bị hệ thống lau xe
➢ Tính toán công suất các động cơ - Động cơ quay chổi lau 2 bên.
Khối lượng của chổi lau 2 bên: m=10 kg;
Ta có mômen xoắn trục động cơ là: M=
P; Trong đó:
P: Công suất của động cơ.
ω: tốc độ quay định mức của động cơ.
Bán kính chổi lau là 0,3m; tốc độ của động cơ v=955 vòng/phút.
M=F.d=P.d=mg.d=10.10.0.3=30(N.m) Vậy công suất của động cơ là:
P=M. ω=30.
55 , 9
955 =3(kW)
- Động cơ quay chổi lau trên.
Thông số của chổi lau trên: bán kính R=0.4m; chiều dài l=1,6m; khối lượng m=10 kg Ta có mômen xoắn trục động cơ là: M=
P; Trong đó:
P: Công suất của động cơ.
ω: tốc độ quay định mức của động cơ.
Tốc độ của động cơ v=955 vòng/phút.
Để chổi quay được thì M > Mc (do trọng lực) Do đó ta có mômen xoắn trục động cơ
M=F.d=P.d=mg.d=10.10.0.4=40(N.m) Vậy công suất của động cơ là: P=M. ω=30.
55 , 9
955 =4(kW)
- Động cơ lau lốp.
Thông số của chổi lau trên: bán kính R=0,225m; chiều dài l=0,3m; khối lượng m=5 kg.
Ta có mômen xoắn trục động cơ là: M=
P
Trong đó:
P: Công suất của động cơ.
ω: tốc độ quay định mức của động cơ.
Tốc độ của động cơ v=955 vòng/phút.
Để chổi quay được thì M > Mc (do trọng lực)
Do đó ta có mômen xoắn trục động cơ
M=F.d=P.d=mg.d=5.10.0.225=11,25(N.m) Vậy công suất của động cơ là
P=M. ω=11,25.
55 , 9
955=1,125(kW)
- Động cơ di chuyển chổi lau trên lên xuống.
Ở đây do xe cao khoảng 1,7m, ta đặt chổi lau ở vi trí ban đầu cao 0.7m; động cơ sẽ phải kéo tải 1 đoạn dài nhất khoảng 1m.
Khi đó công toàn phần của động cơ được tính theo công thức:
P =mgh=10.10.1=100(J) Xác định thời gian kéo theo yêu cầu 10s
P= 10
10 100 = t =
P (W)
Công suất của động cơ điện như sau:
Pdc= P W
7 . 85 14 , 0 . 8 , 0
10 85
, 0 . 8 ,
0 = =
- Động cơ di chuyển chổi lau hai bên.
Động cơ lau 2 bên sẽ di chuyển chổi 1 đoạn 0,2m.
Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
F1 = L.σ.k1.g.cosβ = L’. σ.k1.g Với β = 0(băng tải nằm ngang).
F = 0,2 . 50 .10 . 0,05 = 5 (N) Với L = 15.2 (m); . σ = 50 (g) ; g =10
Vì thành phần pháp tuyến Fn tạo ra lực cản ma sát trong các ổ đỡ và ma sát giữa băng tải và con lăn.
σ là khối lượng vật liệu trên 1m chiều dài
K1 là hệ số tính đến khi dịch chuyển vật liệu k1 = 0,05 Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
P1 = F1.v = L’. σ.k1.g.v=5.1 = 5(W)
Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải:
F2 = 2.L.σb.k2.g.cosβ = 2.0,2.50.10.0,005 = 1 (W) Trong đó:
k2 là hệ số tính đến lực cản khi không tải, k2 = 0,005 σb là khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát:
P2 = F2.v = 2.L’. σb.k2.g = 1 (W) Lực cần thiết để nâng vật:F3 = ± L.σ.g.sinβ
Trong đó dấu(+) là khi băng tải đi lên, (-) là khi băng tải đi xuống Công suất nâng: P3 = F3.v= ±σ.H.v.g
Công suất tĩnh của băng tải
P = P1 + P2 + P3 = 5+1 + 0 = 5(W) = 0.005 (kW)
Vậy công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau:
Pđc = k3.𝑃
𝑛 = 1,2.
9 , 0
5 = 6.6(W)
Trong đó k3 là hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25) N là hiệu suất truyền động.
2.3.2.4.Hệ thống sấy khô.
Các phương pháp sấy khô.
Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt người ta chia thiết bị sấy làm ba loại:
- Sấy đối lưu.
- Sấy tiếp xúc.
- Sấy bức xạ.
Tuy nhiên trong công nghiệp phương thức sấy đối lưu được sử dụng phổ biến nhất.
Các thiết bị sấy đối lưu:
➢ Thiết bị sấy buồng: Thiết bị làm việc theo chu kỳ.Độ ẩm và nhiệt đọ thay đổi theo thời gian sấy. Chế độ nhiệt là không ổn định.Trong thiết bị sấy buồng, mỗi chất sấy có thể chuyển động tự nhiên hay cưỡng bức nhờ quạt gió. Vật liệu được để trên khay, treo trên giá hoặc để trên băng tải.
• Ưu điểm:
- Đơn giản,dễ vận hành.
- Vốn đầu tư ít.
-Dễ thao tác.
• Nhược điểm:
- Làm việc gián đoạn.
- Phù hợp với sấy vật liệu dạng đơn chiếc.
- Do lớp vật liệu nằm bất động nên tốc độ tách ẩm chậm.
➢ Thiết bị sấy hầm: làm việc liên tục. Vật liệu được chất trên khay để tren xe hoặc để trên băng tải và được đưa vào ở một đầu hầm và lấy ra ở cuối đầu kia.
• Ưu điểm:
- Đơn giản.
- Năng suất khá lớn.
- Ít xáo trộn vật liệu.
- Vật liệu sấy ít gãy nát.
• Nhược điểm:
- Cường độ sấy chưa cao.
- Sấy không đều do có sự phân lớp nóng và lạnh theo chiều cao hầm sấy.
- Phù hợp với vật liệu đơn chiếc.
• Ưu điểm:
- Vậy liệu được xáo trộn nên tốc độ sấy nhanh.
- Thiết bị làm việc liên tục nên chiều dày lớp vật liệu trên bẳng tải phải được ổn định.
• Nhược điểm:
- Có khả năng làm gãy nát vật liệu
- Kích thước thiết bị khá cồng kềnh,sự truyền động khá phức tạp do phải truyền động cho nhiều băng tải.
➢ Thiết bị sấy thùng quay.
➢ Thiết bị sấy tháp.
➢ Thiết bị sây phun: Phun vật liệu (chất lỏng ) thành hạt nhỏ và rơi trong hệ thống.
➢ Thiêt bị sấy tầng sôi: Vật liệu sấy ở thể sôi, trao đổi ẩm với dòng tác nhân.
• Ưu điểm:
- Máy chiếm ít mặt bằng.
- Hạt chuyển động qua buồng sấy dễ dàng.
- Độ ẩm hạt sau khi sấy đồng đều.
➢ Thiết bị sấy thổi khí:
• Ưu điểm: Thiết bị có kết cấu đơn giản, gọn, vốn đầu tư ít, sấy vât liệu khô đều, năng suất cao.
• Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều năng lượng. Chỉ dùng để tách ẩm bề mặt ( ẩm tự do ) và dùng để sấy các vật liệu có trở lực truyền ẩm bé.
Hình 2.13.Sơ đồ hệ thống sấy Sử dụng phương pháp thổi khí.
Thuyết minh hệ thống: Khi xe gặp cảm biến quang thì các bơm sấy hoạt động thổi khô xe;xe từ từ đi qua hệ thống sấy. Sau khi gặp cảm biến thứ 2 thì băng tải và hệ thống sấy ngừng hoạt động.
Thiết bị Số lượng Vị trí
Cảm biến quang 2
Động cơ sấy khô nước 4 2 Phía trên, 2 bên xe
Bảng 2.2. Bảng thống kê các thiết bị sử dụng trong hệ thống sấy khô
2.3.2.5. Hệ thống di chuyển xe.
Hệ thống di chuyển xe được sử dụng ở đây đó là hệ thống băng tải dùng động cơ kéo.
Hình 2.14a Hình 2.14b Hình 2.14.Băng tải di chuyển xe
Ở đây chúng em sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha để kéo băng tải vì một số ưu điểm sau:
- Cấu tạo đơn giản , làm việc chắc chắn, dễ bảo quản, giá thành hạ.
- Dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha mà không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo.
Tuy nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh và khống chế tốc độkhá khó khăn nhưng ngày nay người ta đã sử dụng kết hợp với các thiết bị như biến tần để điều khiển dễ dàng hơn.
Hệ truyền động băng tải có momen khởi động rất lớn. Momen khởi động lớn dẫn đến làm hỏng các thiết bị cơ khí và quá tải nguồn cấp điện. Đặc biệt trên những băng tải dài, tải khởi động càng cao vì có nhiều vật liệu trên băng tải hơn. Khi đó quá trình khởi động đòi hỏi momen khởi động và dòng điện khởi động cao hơn.Bộ khởi động mềm có thể được sử dụng để giảm dòng khởi động, nhưng cũng làm giảm momen khởi động. Nếu momen khởi động không đủ lớn để thắng quán tính của băng tải thì băng tải sẽ không khởi động được.
Biến tần có thể tạo momen khởi động cao nhưng vẫn đảm bảo dòng điện trong giới hạn cho phép của lưới, dòng điện khởi động không bị tăng quá cao và điện áp lưới cũng không bị sụt giảm trong quá trình khởi động. Ngoài ra, biến tần có thể điều chỉnh hệ số công suất luôn ở một giá trị ổn định do đó góp phần giữ ổn định lưới điện.
Với lưới điện ổn định hơn, tất cả các thiết bị điện trong nhà máy vận hành tin cậy hơn, nâng cao năng suất và làm giảm hỏng hóc. Băng tải khởi động trơn với momen được điều khiển phù hợp cũng làm giảm bớt sự cố căng trượt của băng tải.
Bên cạnh việc giảm thiểu sự cố vận hành của băng tải, biến tần mang lạ vận hành hiệu quả bằng cách điều khiển trơn và chính xác tốc độ động cơ băng tải, cho phép điều chỉnh tốc độ băng tải phù hợp với yêu cầu quy trình sản xuất. Biến tần cũng có thể kết nối với hệ thống tự động của nhà máy, để giảm sát lượng tải, vận tốc từ đó tính toán tổng lượng hàng hóa.
Nếu các điều kiện cơ khí cho phép thì biến tần có thể giúp tăng tốc động cơ theo yêu cầu. Với các ứng dụng khác đòi hỏi điều khiển động cơ chạy dưới tốc độ định mức thì sẽ nảy sinh vấn đề về làm mát động cơ làm mát cưỡng bức là tốt hơn cả.
Tính toán động cơ kéo băng tải.
STT Loại xe Số chỗ Trọng lượng không tải
(kg)
1 SUZUKI SWIFT 2013 5 1040
2 Nissan Sentra Suny 2.5 5 1350
3 Toyota HiLux 2.5E 5 1635 - 1690
4 Toyota HiLux 3.0G 5 1840 - 1910
5 Toyota Landcruiser 2013 2625
6 Honda CR-V 2.4AT 1550
7 Honda Civic 1.2A.T 1320
Khi tính chọn công suất động cơ truyền đông băng tải thường tính theo các thành phần sau:
- Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu
- Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải và các con lăn khi băng tải không chạy.
- Công suất P3 để nâng tải (nếu là băng tải nghiêng) Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
F1 = L.σ.k1.g.cosβ = L’. σ.k1.g Với β = 0(băng tải nằm ngang).
F = 15,2 . 1000 .10 . 0,05 = 7600 (N) Với L = 15.2 (m); . σ = 1000 (g) ; g =10
Vì thành phần pháp tuyến Fn tạo ra lực cản ma sát trong các ổ đỡ và ma sát giữa băng tải và con lăn.
Trong đó:
β là góc nghiêng của băng tải L là chiều dài băng tải
σ là khối lượng vật liệu trên 1m băng tải
K1 là hệ số tính đến khi dịch chuyển vật liệu k1 = 0,05 Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
P1 = F1.v = L’. σ.k1.g.v= 7600.1 = 7600(W)
Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải:
F2 = 2.L.σb.k2.g.cosβ = 2.15,2.5000.10.0,005 = 7600 (W) Trong đó:
k2 là hệ số tính đến lực cản khi không tải, k2 = 0,005 σb là khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát:
P2 = F2.v = 2.L’. σb.k2.g = 7600.1 = 7600 (W) Lực cần thiết để nâng vật F3 = ± L.σ.g.sinβ
Trong đó dấu(+) là khi băng tải đi lên, (-) là khi băng tải đi xuống Công suất nâng P3 = F3.v= ±σ.H.v.g
Công suất tĩnh của băng tải
P = P1 + P2 + P3 = 7600 + 7600 + 0 = 15200 (W) = 15,2 (kW) Vậy công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau:
Pđc = k3.𝑃
𝑛 = 1,2.
94 , 0
2 ,
15 = 19.4(kW)
Trong đó k3 là hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25) N là hiệu suất truyền động.