Thiết kế hệ thống rửa xe tự động và chế tạo mô hình.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG
VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
Người hướng dẫn: TS. NGÔ THANH NGHỊ
Sinh viên thực hiện: HOÀNG TÀI LINH
TRẦN HỮU NGHĨA
Đà Nẵng, 2019

TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kệ hệ thống rửa xe tự động và chế tạo mô hình
Sinh viên thực hiện: Hoàng Tài Linh – Trần Hữu Nghĩa
Số thẻ SV: 101140149 – 101140153
Lớp: 14 CDT1
1. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp.
Trong đề tài này, nhóm thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiểu các phương pháp điều
khiển để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của hệ thống và
đưa ra giải pháp phù hợp để đảm bảo khả năng, từ đó:
- Tính toán thiết kế các hệ truyền động chính..
- Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống rửa xe tự động
2. Nội dung thực hiện.
- Số trang thuyết minh: 46 trang.
- Số bản vẽ: 6 A0
- Mô hình: 1 hệ thống rửa xe tự động
3. Kết quả.
- Tính thiết thực và lý do lựa chọn đề tài.
- Đưa ra các phương án thiết kế và lựa chọn phương án.
- Tính toán các cơ cấu và lựa chọn đọng cơ và hệ dẫn động.
- Thực hiện lập trình và điều khiển hệ thống
DUT.LRCC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
STT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành
1 Hoàng Tài Linh 101140149 14CDT1 Kỹ thuật Cơ điện tử
2 Trần Hữu Nghĩa 101140153 14CDT1 Kỹ thuật Cơ điện tử
1. Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
2. Đề tài thuộc diện: Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
a) Phần chung:
STT Họ tên sinh viên Nội dung
1 Hoàng Tài Linh - Tìm hiểu một số loại cơ cấu ngoài thực tế để
đưa ra ý tưởng tốt nhất.
- Đưa ra nguyên lí, lựa chọn các cơ cấu phù hợp
để thiết kế.
- Chế tạo hệ thống.
2 Trần Hữu Nghĩa
b) Phần riêng:
1 Hoàng Tài Linh Thiết kế hệ thống bằng Solidworks, lập trình điều
khiển bằng PLC
2 Trần Hữu Nghĩa Thiết kế mạch điện, hoàn thành thuyết minh
DUT.LRCC

5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a) Phần chung:
1 Hoàng Tài Linh
- Bản vẽ tổng thể 1A0
b) Phần riêng :
1 Hoàng Tài Linh
- Bản vẽ thuật toán, giản đồ pha 1A0
- Bản vẽ sơ đồ động 1A0
- Bản vẽ sơ đồ chi tiết 1A0
- Bản vẽ sơ đồ mạch điện 1A0
6. Họ và tên người hướng dẫn: TS. Ngô Thanh Nghị
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/02/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án: 01/06/ 2019
Đà Nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2019
Trưởng Bộ môn
Kỹ thuật Cơ điện tử
Người hướng dẫn.
TS.Ngô Thanh Nghị
DUT.LRCC

i
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước đang trong thời kỳ đổi mới, công nghiệp hoá hiện đại hoá nền sản xuất
là nhu cầu tất yếu. Sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới tạo ra nhiều cơ
hội lớn nhưng cũng đặt ra những thách thức với nền sản xuất trong nước. Với sự phát
triển vượt bậc của công nghệ ngày nay cơ cấu các lĩnh vực kỹ thuật có những biến đổi
quan trọng, đó chính là sự ra đời của nhiều ngành mới thay thế dần các ngành truyền
thống. Cơ điện tử là một trong những chuyên ngành đó.
Tuy mới ra đời nhưng Cơ điện tử đã dần khẳng định được tầm quan trọng của
mình trong mọi lĩnh vực. Nâng cao năng xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm, cải thiện
điều kiện làm việc của công nhân, đáp ứng những nhu cầu không giới hạn của người
tiêu dùng,… là những ưu điểm vượt trội của chuyên nghành mới này.
Cơ điện tử không đơn thuần là sự kết hợp rời rạc của nhiều lĩnh vực mà là sự vận
dụng một cách linh hoạt sáng tạo nhiều ngành như : cơ khí, điện tử , tin học …để tạo ra
các sản phẩm thông minh, linh hoạt đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của nền sản
suất, cũng như người tiêu dùng.
Đồ án tốt nghiệp là điểm chốt quan trọng của sinh viên trước khi ra trường, đây
là kết quả tích luỹ của quá trính học tập, vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế,
giúp cho sinh viên hiện thực hoá khả năng sáng tạo của mình, tự tin hơn khi ra trường.
Với đề tài: “ Thiết kế hệ thống rửa xe ô tô tự động và chế tạo mô hình” chúng
em đã học hỏi được rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quí báu trong khi thực hiện đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong nhà trường, trong khoa Cơ
Khí, các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là thầy hướng dẫn TS. Ngô Thanh Nghị đã
luôn quan tâm, tạo những điều kiện thuận lợi nhất giúp chúng em có thể hoàn thành đề
tài này. Tuy vậy do kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế nên chúng em còn phải học
hỏi rất nhiều.
DUT.LRCC

ii
CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung
thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ trong một đồ án tốt nghiệp nào. Mọi sự giúp
đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án
đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố.
Sinh viên thực hiện
Hoàng Tài Linh Trần Hữu Nghĩa
DUT.LRCC

iii
MỤC LỤC
Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu và cảm ơn i
Lời cam đoan liêm chính học thuật ii
Mục lục iii
Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ vi
Danh sách các cụm từ viết tắt viii
Trang
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RỬA XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG.................3
1.1. Giới thiệu hệ thống rửa xe ô tô tự động...............................................................3
1.2. Các hệ thống rửa xe tự động hiện có trên thế giới .............................................3
1.2.1. Hệ thống rửa xe tự động dạng cổng rửa di động và xe đứng yên ........................3
1.2.2. Hệ thống rửa xe tự động dạng cổng rửa cố định và xe di động ...........................5
1.3. Giới thiệu kết cấu tổng thể của hệ thống rửa xe chọn thiết kế trong đề tài.....5
1.3.1. Hệ thống phun nước: .............................................................................................5
1.3.2. Hệ thống chổi lau trần xe: .....................................................................................6
1.3.3. Hệ thống chổi tròn lau mui xe và bánh xe.............................................................7
1.3.4. Hệ thống phun chất tẩy rửa ...................................................................................7
1.3.5. Phun nước làm sạch...............................................................................................8
1.3.6. Sấy khô ..................................................................................................................8
1.4. Kết luận đề tài........................................................................................................8
Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...........................................10
2.1. Tổng quan về mô hình.........................................................................................10
2.1.1. Yêu cầu của mô hình ...........................................................................................10
2.1.2. Sơ đồ khối và sơ đồ tổng quan của mô hình ......................................................10
DUT.LRCC

iv
2.2. Tính toán và thiết kế băng chuyền dẫn động xe vào và ra hệ thống ...............12
2.2.1. Thiết kế hệ dẫn động động cơ .............................................................................12
2.2.2. Tính chọn thông số bộ truyền xích......................................................................13
2.2.3. Tính chọn động cơ hệ thống dẫn động ................................................................16
2.3. Tính toán và thiết kế hệ thống phun nước và chất tẩy .....................................19
2.4. Tính toán và thiết kế hệ thống chổi lau trần......................................................20
2.5. Tính toán và thiết kế hệ thống chổi lau thân xe và mui xe ...............................21
2.4.1. Kích thước chổi ..................................................................................................21
2.4.2. Tính chọn động cơ..............................................................................................22
2.5. Tính chọn cơ cấu dẫn động cho chổi lau mui xe................................................24
2.5.1. Xylanh ................................................................................................................24
2.5.2. Van điều khiển....................................................................................................27
2.6. Các linh kiện khác có trong mô hình.................................................................30
2.6.1. Công tắc hành trình ............................................................................................30
2.6.2. Các rơle điện:......................................................................................................30
2.6.3.Quạt sấy khô.........................................................................................................31
2.7. Mô hình hệ thống.................................................................................................31
Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7-200
.......................................................................................................................................32
3.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................32
3.2. Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200: .....................33
3.3. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-200 CPU 224................................................33
Chương 4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG........................35
4.1. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch nguyên lý..................................................35
4.1.1. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................35
4.1.2. Sơ đồ mạch nguyên lý ........................................................................................36
4.1.2. Sơ đồ động..........................................................................................................37
4.1.2. Giản đồ trạng thái ...............................................................................................38
4.2. Lưu đồ thuật toán................................................................................................39
DUT.LRCC

v
4.3. Chương trình điều khiển.....................................................................................40
KẾT LUẬN ..................................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................46
DUT.LRCC

vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
HÌNH 1.1: Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng dùng để rửa ô tô chỡ người từ 12
chỗ trở lên
HÌNH 1.2: Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng dùng rửa xe ô tô chở người dưới 9
chỗ ngồi
HÌNH 1.3: Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng kép với cổng sau
HÌNH 1.4. Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng rửa cố định bố trí liên tiếp và băng
chuyền dẫn động xe ( Hệ thống kép)
HÌNH 1.5: Hệ thống phun nước.
HÌNH 1.6: Chổi lau trần
HÌNH 1.7: Chổi đánh hông
HÌNH 1.8: Hệ thống phun chất tẩy rửa
HÌNH 1.9: Phun nước
HÌNH 1.10: Sấy khô
HÌNH 2.1: Sơ đồ khối hệ thống
HÌNH 2.2: Sơ tổng quan hệ thống
HÌNH 2.3 Ví dụ về bộ truyền xích
HÌNH 2.4: Bộ truyền xích
HÌNH 2.5: Cấu tạo xích ống con lăn
HÌNH 2.6: Động cơ ZS-RE81-24V
HÌNH 2.7: Cấu tạo động cơ điện một chiều.
HÌNH 2.8: Van phun nước và chất tẩy rửa
HÌNH 2.9: Máy bơm
HÌNH 2.10: Chổi lau trần xe.
HÌNH 2.11: Động cơ ZS-RE81-24V
HÌNH 2.12: Chổi lau thân xe
HÌNH 2.13: Động cơ DC 755
HÌNH 2.14: Cấu tạo động cơ DC
HÌNH 2.15: Nguyên lý hoạt động động cơ DC
HÌNH 2.16: Sơ đồ tổng quan cơ cấu dẫn động chổi lau mui xe
HÌNH 2.17: Xylanh khí nén
HÌNH 2.18: Thông số kỹ thuật xylanh khí nén
HÌNH 2.19: Công thức tính của lực xylanh khí nén
DUT.LRCC

vii
HÌNH 2.20: Van điện từ 5/2
HÌNH 2.21: Cấu tạo van điện từ 5/2
HÌNH 2.22: Van điện từ 5/2
HÌNH 2.23: Công tắc hành trình
HÌNH 2.24: Rơ le
HÌNH 2.25: Quạt sấy khô
HÌNH 2.26: Mô hình 3D của hệ thống
HÌNH 3.1: CPU 224
HÌNH 4.1: Sơ đồ mạch nguyên lý
HÌNH 4.2: Sơ đồ động
HÌNH 4.3: Giản đồ pha
HÌNH 4.4: Lưu đồ thuật toán
DUT.LRCC

viii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT:
CTHT: Công tắc hành trình
PDDTR: Phun dung dịch tẩy rửa
CLT1: Chổi lau trần 1
CLH: Chổi lau hông
CLM: Chổi lau mui
VAN: Van điện từ 5/2
PN: Phun nước
QS: Quạt sấy
DUT.LRCC

Thiết kế hệ thống rửa xe tự động và chế tạo mô hình
Sinh viên thực hiện: Hoàng Tài Linh- Trần Hữu Nghĩa Hướng dẫn: TS. Ngô Thanh Nghị 1
MỞ ĐẦU
1. Mục đích thực hiện đề tài
Cuộc sống hiện đại luôn gắn liền với sự tiện lợi, được sử dụng các dịch vụ tốt
nhất và nhanh nhất. Đối với các nước phát triển, công nghệ tự động hóa được áp dụng
ở nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có thể kể đến những ứng dụng trong cuộc sống
hằng ngày là “Nhà Rửa Xe Ô Tô Tự Động”. Một dịch vụ không thể thiếu ở các nước
phát triển với mật độ xe ô tô rất lớn. Nhà Rửa Xe ra đời góp phần mang lại sự chuyên
nghiệp hơn trong dịch vụ rửa xe, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống công
nghiệp là sự tiện lợi và nhanh chóng, nhưng cũng không kém phần hiệu quả so với các
dịch vụ cổ điển.
Đối với nước ta thì dịch vụ này còn khá mới. Chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng
trong tương lai, cùng với xu thế phát triển chung trên thế giới. Nước ta sẽ ngày càng
phát triển, gắn liền với giao thông vận tải phát triển. Dẫn đến sự xuất hiện ngày càng
nhiều xe ô tô, bên cạnh đó các thiết bị sử dụng trong dịch vụ rửa xe chuyên nghiệp hơn.
Cuộc sống mọi người trởnên năng động thì nhu cầu rửa xe nhanh là tất yếu, mà chỉ có
“Nhà Rửa Xe Ô Tô Tự Động” mới đáp ứng được vì cùng một thời điểm nó có thể rửa
được nhiều xe nên tiết kiệm rất nhiều thời gian.
Cũng chính vì lẽ đó nên em quyết định chọn đề tài này, mong muốn mang kiến
thức đã học từ ghế nhà trường áp dụng một phần nhỏ vào thực tiễn. Mô hình của em dựa
theo một trong những mô hình thực của Công ty Hanna – USA là Metro 85. Vì thời gian
có hạn nên em không thể phát huy hết ý tưởng của em vào mô hình này.
Mô hình “Nhà Rửa Xe Ô Tô Tự Động” mất rất nhiều thời gian để làm về phần
(cứng) cơ khí. Vì em phải làm mô hình thu nhỏ, nên tất cả các bộ phận không theo khuôn
mẫu nào mà phải tự tay chế tạo, tìm kiếm để tạo ra các bộ phận gần giống với mô hình
thực.
2.Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này nhóm đồ án đã tìm hiểu, phân tích và chọn lựa các cơ cấu phù
hợp để đưa ra phương án tốt nhất. Từ đó, tính toán các thông số cần thiết cho hệ thống
rồi tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống rửa xe tự động để đem lại hiệu quả
kinh tế cao nhất, giảm sức lao động thủ công. Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là các
loại xe oto mà nhóm quyết định nghiên cứu để áp dụng vào hệ thống. Phương pháp
nghiên cứu của nhóm là tìm hiểu nhu cầu thực tế, các số liệu cần thiết của hệ thống, các
công nghệ có thể áp dụng vào hệ thống để đem lại hiệu quả tốt nhất rồi mới tiến hành
DUT.LRCC

tính toán, thiết kế và chế tạo ra hệ thống. Trong đề tài này nhóm đồ án đã tìm hiểu, phân
tích và chọn lựa các cơ cấu phù hợp để đưa ra phương án tốt nhất
3. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp
Với đề tài lựa chọn nhóm tiến hành nghiên cứu và đưa ra phương án thiết kế hiệu quả
nhất và thực hiện chế tạo hệ thống hoạt động thực tế. Nội dung bao gồm các phần:
- Giới thiệu đề tài.
- Tính toán thiết kế phần cơ khí.
- Tính toán thiết kế phần điều khiển.
- Kết luận đề tài.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp chúng em sẽ không thiếu khỏi những sai sót,
mong thầy chỉ bảo thêm cho chúng em. Với sự chỉ bảo tận tình của thầy Ngô Thanh
Nghị nên chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp thành công, chúng em xin chân thành
cảm ơn thầy.
Đà Nẵng, 01 tháng 06 năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện
Hoàng Tài Linh Trần Hữu Nghĩa
DUT.LRCC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RỬA XE Ô TÔ TỰ ĐỘNG
1.1. Giới thiệu hệ thống rửa xe ô tô tự động
Rửa xe là quá trình làm sạch bề mặt bên ngoài của xe bằng cách kết hợp giữa
nước, dung dịch chuyên dụng tẩy rửa cho xe, chổi lau làm cho bề mặt của xe sạch đi bụi
bẩn bám vào.
Rửa xe thủ công là hình thức ta dùng con người cùng với các dụng cụ, nước và
dung dịch tẩy rửa chuyên dụng để thực hiện quá trình rửa xe.
Rửa xe tự động là hình thức ta dùng nước, dung dịch tẩy rửa chuyên dụng bằng
các cơ cấu cơ khí và thiết bị điện, thiết bị điều khiển để thực hiện quá trình rửa xe.
Chất tẩy rửa xe chuyên dụng:
- Mô tả:
+ Là hoá chất tẩy nhanh các vết bẩn và làm sạch hiệu quả.
+ Làm sạch dầu mỡ và các lớp bụi đường dính vào xe.
+ Không gây ra các vết sọc trên sơn xe do tính chất tạo các bụi bẩn thành
dạng huyền phù dễ chảy.
+ Hoá chất nhiều bọt và trung tính với da tay và mầu sơn xe nên không
hại mầu sơn.
+ Tạo độ bóng, chống bám bụi.
- Đặc tính kỹ thuật:
+ Dạng: Chất 0 ÷13.0%
+ Độ nhớt: 1000 lỏng màu xanh trong.
+ Độ pH: 10.0 ÷ 11.0
+ Độ đậm đặc: 12,0 ÷ 2000 cps (#2/12/rpm/26°C)
+ Tỷ trọng: 1,010 ÷1,030@26°C .
1.2. Các hệ thống rửa xe tự động hiện có trên thế giới
1.2.1. Hệ thống rửa xe tự động dạng cổng rửa di động và xe đứng yên
Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng rửa di động là loại hệ thống gồm có tất
cả cơ cấu như vòi phun nước áp lực, vòi phun dung dịch tẩy rửa, chổi rửa làm sạch,…
đều bố trí trên một cổng và thực hiện chu trình tuần tự từ phun nước làm sạch ban đầu
đến đánh rửa, sau đó đến phun nước rửa sạch lần cuối bằng cách cho cổng di chuyển tới
- lui trong khi xe đứng yên ( như hình 1.1, hình 1.2 và hình 1.3).
DUT.LRCC

Hình 1.1. Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng dùng để rửa ô tô chỡ
người từ 12 chỗ trở lên
Hình 1.2. Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng dùng rửa xe ô tô chở
người dưới 9 chỗ ngồi
Hình 1.3. Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng kép với cổng sau
DUT.LRCC

1.2.2. Hệ thống rửa xe tự động dạng cổng rửa cố định và xe di động
Hệ thống rửa xe tự động dạng cổng rửa cố định là dạng nhà rửa xe gồm các cơ cấu
chấp hành được bố trí liên tiếp nhau, ở những vị trí được định sẵn và phù hợp với quy
trình rửa xe. Bố trí các cơ cấu sao cho đảm bảo rửa sạch, dễ bố trí, dễ điều khiển, tiết kiệm
được thời gian và không gian.
Nhà rửa xe dạng này thường được lắp đặt tại những nơi có lưu lượng xe nhiều,
quy trình rửa có thể bố trí các xe vào hệ thống liên tiếp nối đuôi nhau với một khoảng
cách an toàn vừa đủ ( từ 5 đến 7m). Cũng có thể lắp đặt tại những tuyến đường chính
bắt đầu vào thành phố, nếu thành phố đó hiện đại có quy định độ ô nhiễm môi trường
của xe, quy định xe trước khi vào thành phố hoặc một khu đô thị hiện đại nào đó bắt
buộc phải rửa xe thì đây là một dây chuyền rửa xe thật hiệu quả ứng dụng trong trường
hợp này (hình 1.4).
Hình 1.4. Hệ thống rửa xe ô tô tự động dạng cổng rửa cố định bố trí liên tiếp
và băng chuyền dẫn động xe ( Hệ thống kép)
1.3. Giới thiệu kết cấu tổng thể của hệ thống rửa xe chọn thiết kế trong đề tài
1.3.1. Hệ thống phun nước:
Gồm nhiều nhiều van phun nước khác nhau bố trí đều ở vòng phun nước,
phun ra lượng lớn nước có áp suất cao. Loại bỏ bụi bẩn bám ở mặt ngoài của xe. Được
phun bởi máy bơm nước công suất nhỏ dùng ở dạng mô hình
DUT.LRCC

Hình 1.5: Hệ thống phun nước.
1.3.2. Hệ thống chổi lau trần xe:
Gồm nhiều dây vải ghép nối với nhau vào thanh chuyển động tạo thành cặp chổi.
Cặp chổi này được gắn vào trục quay lệch tâm của động cơ thông qua cơ cấu cơ khí.
Khi động cơ quay sẽ làm cặp chổi chuyển động tới lui theo chiều chuyển động của xe.
Có tác dụng làm sạch ở phần thân trên của xe.
Hình 1.6: Chổi lau trần
DUT.LRCC

1.3.3. Hệ thống chổi tròn lau mui xe và bánh xe
Gồm nhiều dây vải nhỏ đan vào trục quay của động cơ tạo thành chùm. Quay
ở một vị trí cố định. Có tác dụng làm sạch bụi bám vào phần thân dưới và bánh xe.
Hình 1.7: Chổi đánh hông
1.3.4. Hệ thống phun chất tẩy rửa
Gồm vòi phun hóa chất tẩy rửa
Hình 1.8: Hệ thống phun chất tẩy rửa
DUT.LRCC

1.3.5. Phun nước làm sạch
Sau khi qua hệ thống chổi, tương đối xe cũng đã được làm tẩy sạch. Hệ thống
phun nước này có tác dụng rửa sạch các hóa chất phun lúc ban đầu.
Hình 1.9: Phun nước
1.3.6. Sấy khô
Sau khi xe đã chùi rửa xong. Xe sẽ được sấy khô trong khoảng thời gian ngắn.
Hình 1.10: Sấy khô
1.4. Kết luận đề tài
Mô hình được thiết kế dựa trên thông số của hệ thống rửa xe được thiết kế như
trong chương 2. Do trong việc thiết kế mô hình phụ thuộc vào điều kiện thực tế và các
bố trí các cơ cấu chấp hành cũng như những thiết bị cần thiết để điều khiển hệ thống
nên ta chọn kích thước ở dạng mô hình thu nhỏ
Hoàn toàn tự động giúp chúng ta không cần phải tốn nhân lực để rửa mà thời
gian rửa cũng khá nhanh chỉ từ 5 - 7 phút / chiếc. Và đây chính là điểm nổi bậc nhất
DUT.LRCC

mà các Garage rửa xe có lượng khách đông đang cần để giải quyết. Chúng ta có thể
điểm qua như sau:
- Không tốn nhiều nhân lực: Vì hoàn toàn tự động nên chủ đầu tư không cần
bận tâm về nhân sự.
- Thời gian rửa xe nhanh hơn rất nhiều so với rửa truyền thống, do đó khách
hàng không phải chờ lâu.
- Giải quyết được vấn đề làm việc quá tải với lượng khách đông nhất. Với
những Garage chuyên nghiệp thì ngày lễ tết hay ngày cuối tuần thì lượng khách rất
động, sức người sẽ làm không kịp cũng như không đáp ứng được, dẫn đến tiệm chúng
ta sẽ mất khách vì đợi quá lâu.
DUT.LRCC

Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1. Tổng quan về mô hình
2.1.1. Yêu cầu của mô hình
Mô hình được thiết kế dựa trên thông số của hệ thống rửa xe thực tế. Do trong
việc thiết kế mô hình phụ thuộc vào điều kiện thực tế và các bố trí các cơ cấu chấp hành
cũng như những thiết bị cần thiết để điều khiển hệ thống nên ta chọn kích thước tương
đương 1/10 của kích thước thật. Như vậy ta có các thông số kích thước chính của mô
hình như sau:
- Kích thước bao của nhà hệ thống rửa xe: dài x rộng x cao = 1500 x 500 x 800mm
- Chiều dài băng chuyền dẫn động xe vào/ra hệ thống: 1300mm
- Tải trọng của xe mô hình vào hệ thống: 1÷3kg.
- Loại xe giới hạn: mô hình xe ô tô chở người đến 09 chỗ ngồi.
• Thiết kế các cụm cơ cấu chấp hành như:
- Băng tải xích dẫn động xe vào và ra hệ thống.
- Cụm cơ cấu vòi phun nước
- Cụm cơ cấu vòi phun dung dịch tẩy rửa
- Cụm cơ cấu chổi lau hông và chổi lau mui
- Cụm cơ cấu quạt gió thổi khô.
• Yêu cầu:
- Mô hình rửa xe tự động cần phải có độ bền chắc, độ cứng vững cần thiết, không
bị biến dạng khi chịu tải trọng khi xe vào
- Cần phải có độ chính xác cao, khoảng cách giữa các phần phải hợp lý , có tỉ lệ
phù hợp với xe như trong thực tế
- Cần phải có độ thẩm mỹ cao.
2.1.2. Sơ đồ khối và sơ đồ tổng quan của mô hình
DUT.LRCC

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống
Hình 2.2: Sơ tổng quan hệ thống
DUT.LRCC

2.2. Tính toán và thiết kế băng chuyền dẫn động xe vào và ra hệ thống
2.2.1. Thiết kế hệ dẫn động động cơ
❖ Các loại bộ truyền dẫn cơ khí thường gặp như sau:
- Bộ truyền bánh răng
- Bộ truyền trục vít - bánh vít
- Bộ truyền vít me - đai ốc
- Bộ truyền xích
- Bộ truyền đai
❖ Tốc độ băng tải không lớn nên nhóm em sẽ xử dụng bộ truyền xích vì một số lý do
như sau
❖ Ưu điểm của bộ truyền xích:
- Truyền động cho 2 trục cách xa nhau. (<8m)
- Lức tác dụng lên trục bé không cần căng xích.
- Không có hiện tượng trượt như bộ truyền đai.
- Có thể sử dụng để truyền chuyển động đồng thời cho nhiều trục
❖ Nhược điểm
- Do có va đạp nên gây ồn ào vì vậy bộ truyền xích hợp với với chuyển động có
vận tốc thấp.
- Tỷ số truyền không ổn định.
- Chế tạo, lắp ráp và bảo dưỡng phức tạp.
Hình 2.3 Ví dụ về bộ truyền xích
DUT.LRCC

2.2.2. Tính chọn thông số bộ truyền xích
Hình 2.4: Bộ truyền xích
Cơ cấu dẫn động băng tải ta chọn dẫn động bằng xích tải kết hợp con lăn để
dẫn động xe qua hệ thống.
Số liệu ban đầu:
+ Tỷ số truyền:
𝑖 =
𝑛1
𝑛2
= 3 (2.1)
+ Công suất truyền: P1 = 0,05 Kw
❖ Chọn bộ truyền xích có tỉ số truyền i = 3, lắp trực tiếp trên trục của đĩa xích, truyền
mômen dẫn động xích tải kéo xe chạy trên ray dẫn hướng của băng chuyền.
+ Bộ truyền xích:
i = 3 ; bộ truyền nằm ngang.
Vì bộ truyền xích làm việc với vận tốc nhỏ nên có thể chọn loại xích ống con lăn.
- Các Thông số chủ yếu.
+ c
d - Đường kính chốt.
+ x
p - Bước xích.
Hình 2.5: Cấu tạo xích ống con lăn
DUT.LRCC

1. Má trong. 4. Chốt.
2. Má ngoài. 5. Ống lót.
3. Mũ chốt.
❖ Xác định các thông số của xích và bộ truyền:
• Định số răng đĩa xích
Số răng của đãi xích càng ít thì xích càng mòn nhanh và va đập lớn, tuy nhiên do
tốc độ quay nhỏ nên có thể chọn số răng đãi xích dẫn Z1 =13
 số răng đĩa xích bị dẫn: Z2 = i x Z1 = 3x13 = 39 (2.2)
• Định bước xích
Công suất tính toán của bộ truyền xích.
𝑃𝑡 =
𝐾.𝐾𝑧.𝐾𝑛.𝑃1
𝐾𝑥
(2.3)
 𝑃𝑡 = 2,57.1,92.3,33.0,05 = 0.82 Kw
Trong đó:
+ . . . . 1.1,25.1.1,1.1,5.1,25 2,57
d A o dc b c
K K K K K K K
= = = (2.4)
1
d
K = - Tải trọng êm.
1,25
A
K = - Khoảng cách trục A< 25𝑃𝑐
1
o
K = - Đường nối tâm 2 đĩa xích hợp với đường nằm ngang 1 góc < 60o
1,1
dc
K = - Khoảng cách trục không điều chỉnh được.
1,5
b
K = - Bôi trơn định kỳ.
1,25
c
K = - Làm việc 2 ca.
𝐾𝑧 =
𝑍01
𝑍1
=
25
13
= 1,92 - hệ số răng đĩa dẫn.
01 25
Z = - Đĩa xích dẫn của bộ truyền cơ sở.
Z1 = 13 - Số răng đĩa dẫn.
+ 𝐾𝑛 =
𝑛01
𝑛1
=
200
60
= 3.33 - hệ số vòng quay đĩa dẫn. (2.5)
n01= 200 - Số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở.(theo bảng)
DUT.LRCC

n1 = 60 - Số vòng quay đĩa dẫn
+ P1 = 0.05 Kw- Công suất truyền.
+ Kx = 1 – hệ số xét đến số dãy xích x
Với công suất tính Pt = 0.82 Kw, n01 = 200 vòng/phút  tra bảng 6.4 (trang 106 [1])
chọn bước xích Px= 12.7.
- Kiểm nghiệm số vòng quay của đĩa xích: 1 gh
n n

Ta có: + n1 = 60 vòng/phút.
+ ngh = 2300 vòng/phút (bảng 6.5[1]).
thỏa mãn điều kiện 1 gh
n n
 .
• Tính khoảng cách trục và số mắt xích.
- Khoảng cách trục A phải thỏa mãn:
min max
A A A
 
Amax = 80Px = 80.12,7 = 1016 mm (2.6)
𝐴𝑚𝑖𝑛 =
𝐷𝑒1+𝐷𝑒2
2
+ (30 ÷ 50) = 140 ÷ 160 𝑚𝑚 (2.7)
 Chọn A=200 mm.
- Tính số mắt xích.
𝑋 =
𝑍1+𝑍2
2
+
2𝐴
𝑃𝑥
+ (
𝑍1+𝑍2
2𝜋
)2
.
𝑃𝑥
𝐴
(2.7)
𝑋 =
13+39
2
+
2.200
12.7
+ (
13−39
2𝜋
)2
.
12,7
200
= 60
- Kiểm nghiệm số lần va đập trong 1 giây của bản lề xích.
𝑢 =
𝑍.𝑛
15.𝑋
≤ [u] = 60 (2.8)
Trong đó [u] - Số lần va đập cho phép của bản lề xích trong 1 giây (bảng 6.7[1])
𝑢1 =
13.60
15.60
= 0,83 ≤ 60 Thỏa mãn.
DUT.LRCC

• Đường kính vòng chia đĩa xích.
Đĩa xích dẫn.
dc1 =
Px
sin
180
z1
=
12,7
sin
180
13
= 53mm (2.9)
Đĩa xích bị dẫn
dc2 =
Px
sin
180
z2
=
12,7
sin
180
39
= 158mm (2.10)
• Đường kính vòng đỉnh đĩa xích.
Đĩa xích dẫn.
da1 = Px (0,5 + cotg (
π
Z1
)) = 12,7 (0,5 + cotg (
π
13
)) = 57mm (2.11)
Đĩa xích bị dẫn
da2 = Px (0,5 + cotg (
π
Z2
)) = 12,7 (0,5 + cotg (
π
39
)) = 164mm (2.12)
• Lực tác dụng lên trục
Lực tác dụng lên trục Fr có:
+ Điểm đặt trên trục, tại điểm giữa chiều rộng đĩa xích.
+ Phương trùng với đường nối tâm 2 đĩa xích.
+ Chiều hướng sang đĩa xích còn lại.
Trục dẫn.
7
6.10 . .
.
. .
t
r t t
K N
F K F
Z t n
= = 𝐹𝑟 =
6.107.1,05.0,12
13.12,7.150
= 305,27 N (2.13)
2.2.3. Tính chọn động cơ hệ thống dẫn động
❖ Trong mô hình, vì sử dụng truyền động băng tải
- Không yêu cầu tải trọng lớn nên
- Không cần động cơ có công suất lớn
DUT.LRCC

- Băng tải chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Không đòi hỏi độ chính xác, tải trọng băng tải nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
❖ Vì vậy chỉ cần sử dùng loại động cơ 1 chiều có công suất nhỏ, khoảng 40 – 60W,
điện áp vào là 12 - 24 V. Động cơ điện 1 chiều là động cơ điện hoạt động với dòng
điện 1 chiều. Động cơ điện 1 chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp và ở
những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạmvi hoạt động.
Động cơ điện 1 chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với
điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện 1 chiều
được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh
tốc độ bằng phẳng và trong phạm vi rộng.
❖ Chọn động cơ ZS-RE81-24V
Hình 2.6: Động cơ ZS-RE81-24V
• Thông số kỹ thuật
- loại:Gear Motor
- Tốc độ (RPM):40~60RPM
- Điện áp (V):24V
- Đường kính: 38mm
- Chiều dài của động cơ: 54mm
- Chiều dài của trục mở rộng: 14mm
- đường kính của trục: 5mm
- Trọng lượng tịnh: +/- 0,25 kg/250g( +/- 5g)
DUT.LRCC

• Cấu tạo
- Stato (phần cảm): gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy.
Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
- Rotor (phần ứng): gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm
bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5mm, phủ sơn cách điện ghép lại.
Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, 2 đầu với 2 phiến góp,
2 cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong 2 rãnh dưới 2 cực khác tên. Cổ góp:
gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu
trục rotor Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò
xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy.
Hình 2.7: Cấu tạo động cơ điện một chiều.
• Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.
Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh
phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại
bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming. Các
lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để làm cho rô to quay
liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị
trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường
sức từ trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với
phương ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay 20 theo quán tính.Trong các máy điện 1
chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp.
Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị
trí khác nhau của Rôto.
DUT.LRCC

2.3. Tính toán và thiết kế hệ thống phun nước và chất tẩy
Gồm van phun nước và van phun chất tẩy rửa, các van này được máy bơm có
áp suất cao cung cấp
Hình 2.8: Van phun nước và chất tẩy rửa
Để phù hợp với mô hình và thiết bị có sẵn trên thị trường, dễ tìm kiếm ta chọn
máy bơm cho từng cơ cấu phun có thông số như sau:
- Nguồn điện đầu vào: 1 pha, 220V/50Hz
- Công suất bơm: 32W
Hình 2.9: Máy bơm
- Mã Máy: LifeTech AP2500
DUT.LRCC

- Công suất: 32 W
- Lưu lượng nước (lít/giờ): 1100 L/H
- Độ cao cột nước: 1.6 m
- Hãng Sản xuất: LifeTech
- Xuất xứ: Trung Quốc
2.4. Tính toán và thiết kế hệ thống chổi lau trần
Hình 2.10: Chổi lau trần xe.
Gồm 2 chổi đặt song song di chuyển tới lui theo chiều chuyển động của xe,
được điều khiển bởi 2 động cơ 24V-DC.
• Tính chọn động cơ chổi lau trần
Chọn động cơ ZS-RE81-24V
Hình 2.11: Động cơ ZS-RE81-24V
DUT.LRCC

- loại:Gear Motor
- Tốc độ (RPM):40~60RPM
- Điện áp (V):24V
- Đường kính: 38mm
- Chiều dài của động cơ: 54mm
- Chiều dài của trục mở rộng: 14mm
- đường kính của trục: 5mm
- Trọng lượng tịnh: +/- 0,25 kg/250g( +/- 5g)
2.5. Tính toán và thiết kế hệ thống chổi lau thân xe và mui xe
Chổi lau thân xe và mui xe gồm 2 chổi lớn đặt đối xứng nhau. Sử dụng động cơ 24V –
DC. Chổi lau mui xe và thân xe gồm 2 chổi lớn đặt đối xứng nhau và xoay xung quanh
tại trục
Hình 2.12: Chổi lau thân xe
2.4.1. Kích thước chổi
Chổi là một cơ cấu có dạng trụ tròn được làm bằng sợi vải mềm và được gắn lên
một trục có đường kính 10mm, được gắn qua các rãnh chữ T trên trục, mỗi sợi vải có
chiều dài L = 30mm, chổi rửa ngang thực hiện chuyển động quay nhờ một động cơ được
DUT.LRCC

lắp ở đầu trục, chiều quay và biên dạng di chuyển quét qua xe của chổi ngang, khi hoạt
động chổi quay ngang có các thông số cơ bản sau:
- Chiều rộng quét hữu ích : R1 = 30mm;
- Đường kính chổi max : D1 = 60mm;
Tốc độ quay của chổi : n = 200 vòng/phút;
2.4.2. Tính chọn động cơ
Dựa vào thông số quay của chổi ta chọn động cơ DC 755
Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng luợng điện một chiều sang năng
luợng cơ
Hình 2.13: Động cơ DC 755
• Cấu tạo
Hình 2.14: Cấu tạo động cơ DC
DUT.LRCC

Động cơ một chiều gồm các thành phần chính sau:
o Phần tĩnh (stato): Stato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc,
vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Gắn với stato là các cực từ chính có dây
quấn kích từ.
o Phần quay (rôto): Rôto của máy điện một chiều gọi là phần ứng bao
gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và chổi than.
• Nguyên lý hoạt động
Hình 2.15: Nguyên lý hoạt động động cơ DC
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và 2,
trong dây quấn phần ứng có dòng điện hai thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường
sẽ chịu lực tác dụng làm cho rôto quay, chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí hai thanh dẫn và hai phiến góp 1 và 2 đổi chổ
cho nhau, đổi chiều dòng điện trong các thanh dẫn và chiều lực tác dụng không đổi
cho nên động cơ có chiều quay không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ
trường và sinh ra sức điện động cảm ứng EU trong dây quấn roto.
• Ưu nhược điểm
Ưu điểm: - Giá thành rẻ, dễ điều khiển, moment xoắn lớn.
Nhược điểm: - Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp.
- Phải có mạch phản hồi thì mới nâng cao độ chính xác.
• Các thông số kỹ thuật:
- Khoảng điện áp hoạt động 6 - 24V DC
DUT.LRCC

- Motor có đường kính thân 46.5mm, chiều dài 60mm, đường kính trục 5mm,
chiều dài trục 25mm
- Khối lượng: 350 gram
- Tốc độ và dòng khi hoạt động không tải: 8000RPM, dòng không tải 0.18A
- Dòng khởi động: >4A
2.5. Tính chọn cơ cấu dẫn động cho chổi lau mui xe
Chổi lau mui xe gồm 2 chổi lớn đặt đối xứng nhau. Các chổi có thể chuyển
động vào ra để chùi rửa ở các phần trước sau và thân xe một cách dễ dàng nhờ hệ
thống van xylanh khí nén. Sử dụng động cơ 24V – DC.
Hình 2.16: Sơ đồ tổng quan cơ cấu dẫn động chổi lau mui xe
2.5.1. Xylanh
Xi lanh khí nén là thiết bị trực tiếp tạo ra lực nhằm mục đích nâng, đẩy hay ép
vật trong các ứng dụng của hệ khí nén. Để làm được điều này, xi lanh khí nén sẽ cần
phải được cung cấp một năng lượng tương đương để tạo ra lực cần thiết. Đó chính là
năng lượng từ khí nén.
Không khí bình thường sau khi được các máy nén khí nén lại thì sẽ được tích
trữ một năng lượng nhất định. Năng lượng lúc đó mà khí nén trong bình tích ở dạng áp
năng, tức là năng lượng áp suất. Càng nhiều khí tích trữ trong một thể tích thì áp năng
càng cao, năng lượng áp suất sẽ chuyển hóa thành lực nhờ kết cấu của xi lanh. Đó
chính là nguyên lí chuyển hóa năng lượng
DUT.LRCC

Hình 2.17: Xylanh khí nén
• Ưu điểm:
- Sạch: đây chính là ưu điểm mà người ta sẽ cân nhắc giữa xi lanh thủy lực và xi
lanh khí nén vì cả hai đều có cấu tạo, nguyên lí giống nhau tới 70%. Khác với
dầu thủy lực bẩn, gây ô nhiễm, môi chất khí nén sạch hoàn toàn.
- Tác động nhanh: đây lại là ưu điểm vượt trội của xi lanh khí nén so với tất cả
các cơ cấu chấp hành khác. Không có thiết bị nào có thể so sánh được với xi
lanh khí nén về tốc độ tác động. Ở chế độ hoạt động bình thường, xi lanh khí
nén có thể tác động với vận tốc 10m/s.
- Nguồn khí nén thuận tiện. Thuận tiện ở đây được xét đến cả về việc cung cấp
lẫn tích trữ. Nguồn động lực của xi lanh khí nén được lấy từ ngay ngoài không
khí, bình tích trữ thì nhỏ gọn có thể mang đi xa.
- Dễ dàng trong việc tạo chuyển động tịnh tiến. Động cơ điện cũng có thể tạo ra
một lực tương tự như khí nén, song để tạo ra được chuyển động tịnh tiến thì xi
lanh khí nén là ” dân chuyên ngành”.
- Lắp đặt linh hoạt, không giới hạn khoảng cách. Không ” cứng rắn” như hệ
ruyền động cơ khí: bánh răng, đai, xích, xi lanh khí nén với đường ống mềm có
thể lắp đặt ở các vị trí không thuận tiện với khoảng cách lớn hơn rất rất nhiều.
- Rẻ. Nếu bạn đang băn khoăn có một thiết bị nào có thể đáp ứng được yêu cầu
mà với một chi phí hạn hẹp thì xi lanh khí nén là sự lựa chọn số một. Xi lanh
khí nén rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị khác. Hơn nữa, trong tất cả các nhà
DUT.LRCC

máy, người ta luôn có sẵn các đường ống khí nén cũng như máy nén khí nén,
điều này rất thuận lợi cho việc lắp đặt mới.
• Nhược điểm:
- Khả năng tạo lực không lớn. Với áp suất thông thường trong các máy nén
khí, xi lanh khí nén chỉ có thể tạo ra một lực tương đương để nâng một chiếc
oto con.
- Không ổn định. Đây chính là nhược điểm lớn nhất của xi lanh khí nén nói riêng
và hệ khí nén nói chung. Do không khí chịu nén nên chúng ta rất khó điều khiển
được chúng một cách chính xác.
- Ồn, nguồn động lực của khí nén là máy nén khí khi hoạt động rất ồn, âm thanh
tạo ra rất khó chịu cho người vận hành hệ thống, không những thế, xi lanh khí
nén khi hoạt động cũng gây tiếng ồn không hề nhỏ.
• Thông số kĩ thuật để tính chọn xi lanh khí nén
Hình 2.18: Thông số kỹ thuật xylanh khí nén
Xi lanh khí nén gồm hai bộ phận chính là ống xi lanh bên ngoài và piston bên
trong. Ống xi lanh thì có hình dạng ống được bịt kín hai đầu, song vẫn có 2 cửa vào ra
để cấp khí và thải khí. Piston gồm có đầu piston hình cái đĩa nhưng nó dầy hơn, và một
cái cần hình trụ đặc như trên hình vẽ. Các kích thước chính là đường kính ống xy lanh
D và đường kính cần piston d.
Về nguyên lí hoạt động của xi lanh khí nén. Ống xy lanh khí nén có hai cửa thì
giả sử chúng ta nối nguồn khí đã nén từ máy nén khí vào một đầu trái và cửa còn lại để
hở. Khi đó khí nén sẽ tràn vào khoang trái của xi lanh, giãn nở và đẩy cần piston
chuyển động từ trái qua phải. Giả sử chúng ta có một vật nặng ở đầu cần piston thì khi
ấy, piston sẽ bị chặn lại. Muốn piston có thể đẩy được vật thì khí ấy, năng lượng của
khí nén cấp cho khoang trái xi lanh phải đủ lớn. Nguyên lí hoạt động của xi lanh khí
DUT.LRCC

nén chỉ đơn giản cấp khí nén một đầu và xả khí trong khoang còn lại ra môi trường,
song để nó hoạt động đúng và chính xác thì còn cần rất nhiều tính toán và thiết kế.
Thông số kĩ thuật đầu tiên của xi lanh khí nén chính là đường kính xy lanh D.
Đây là thông số giúp cho chúng ta xác định được lực mà xi lanh có thể tạo ra cùng với
áp suất khí nén ban đầu. Để xác định được đường kính xi lanh, cần dùng đến công
thức sau:
Hình 2.19: Công thức tính của lực xylanh khí nén
- F tiến chính là lực mà xi lanh tạo ra khi xi lanh đi từ phải qua trái và ngược lại
đối với F lùi. Đơn vị thường dùng của lực trong công thức này là Niuton ( N).
- p chính là áp suất khí nén chúng ta cấp vào khoang cho xi lanh. Đơn vị chuẩn
của áp suất trong công thức này là Pa hay N/m2 song thông thường, máy nén
khí lại thường có đơn vị là bar. Công thức quy đổi như sau: 1 bar = 10^5 Pa.
- D chính là đường kính xi lanh ( m).
- d là đường kính cần xi lanh( m).
2.5.2. Van điều khiển
Van điều khiển ta chọn van 5/2 tác động nam châm điện. Chọn van VZ1120 có
ký hiệu như hình vẽ
Hình 2.20: Van điện từ 5/2
DUT.LRCC

- Van 5/2 là một loại van đảo chiều điều khiển xi lanh tác dụng kép, động cơ.
- Van 5/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén hay điện một phía
hoặc cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía có đặc
điểm như các van đã giới thiệu- là một phần tử nhớ hai trạng thái
- Van khí nén 5/2 điện từ là Các van đảo chiều 5/2 điện từ điều khiển gián tiếp
qua van phụ trợ được sử dụng rộng rãi cho điều khiển đảo chiều xilanh kép,
động cơ.
• Cấu tạo của van 5/2
Hình 2.21: Cấu tạo van điện từ 5/2
Cửa số 1 là cửa có vai trò cấp khí. (vào)
Cửa số 2 và 4 đóng vai trò làm việc bình thường. (ra)
Cửa số 3 và 5 là cửa đóng vai trò xả khí.
Các sản phẩm van 5/2 có thể được diều khiển bằng cơ khí, khí nén hay điện từ
một phía. Có sản phẩm cũng có thể được điều khiển từ cả 2 phía. Ngoài ra, điểm
chung của loại van này chính là 1 phần tử nhớ 2 trạng thái. Đó là lý do mà sản phẩm
này hiện được lựa chọn để ứng dụng làm van đảo chiều điều khiển xy lanh tác dụng
kép một cách rất hiệu quả.
DUT.LRCC

• Nguyên lý hoạt động của van 5/2
Van 5/2 được thiết kế và hoạt động bằng cách cấp nguồn điện 220V hoặc 24V.
Khi có nguồn điện sẽ sinh ra lực từ trường. Lực này sẽ hút trục van chuyển động dọc
trục và khiến cho các cửa van được mở ra để cho khí nén thông cửa. Hoạt động này giúp
cho van có thể thực điện nhiệm vụ cấp hoặc đóng dòng khí nén cho thiết bị cần hoạt
động.
Khi van nằm ở trạng thái bình thường hay còn gọi là ở trạng thái van đóng thì cửa số 1
sẽ được thiết kế thông với cửa số 2. Trong khi đó thì cửa số 4 sẽ được thông với cửa số
5. Nhưng khi van được cấp khí nén khiến cho van nằm trong tình trạng được mơ hoàn
toàn thì sẽ có sự thay đổi bắt đầu từ cửa số 1 và số 4. Ở đây sẽ xảy ra hiện tượng đảo
chiều và khiến cho cửa số 1 thông với cửa số 4. Trong khi đó thì cửa số 2 thông với cửa
số 3. Riêng cửa số 5 sẽ bị chặn lại
• Ứng dụng của van 5/2
Hiện nay, với cấu tạo và tính năng hiện đại thì các sản phẩm van 5/2 đã và đang
được lựa chọn ngày càng nhiều để ứng dụng trong lĩnh vực khí nén. Đặc biệt, sản
phẩm này được lựa chọn nhiều và ứng dụng trong việc đóng, mở, phân chia, trộn lẫn
khí nén từ máy nén khí hoặc từ dầu thủy lực từ bơm thủy.... ở các hệ thống trên nhà
máy công nghiệp. Bên cạnh đó thì các sản phẩm này còn được thiết kế để đi kèm theo
thiết bị máy móc như máy phun xốp, máy dệt...
Hình 2.22: Van điện từ 5/2
DUT.LRCC

2.6. Các linh kiện khác có trong mô hình
2.6.1. Công tắc hành trình
Để nhận biết tín hiệu của các xi lanh đã đến được vi trí làm việc xác định ta
chọn công tắc hành trình. Khi có tác động lên công tắc hành trình, tín hiệu sẽ được đưa
về bộ điều khiển để xử lý.
Hình 2.23: Công tắc hành trình
2.6.2. Các rơle điện:
Nhằm đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện có trong hệ thống cũng như đảo
chiều van xi lanh khí nén
Hình 2.24: Rơ le
DUT.LRCC

2.6.3.Quạt sấy khô
Sử dụng quạt nhỏ để thổi hơi nóng xuống sấy khô xe.
Hình 2.25: Quạt sấy khô
2.7. Mô hình hệ thống
Hình 2.26: Mô hình 3D của hệ thống
DUT.LRCC

Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
S7-200
3.1. Giới thiệu chung
Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy móc
công nghiệp… người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (rơle, timer,
contactor…) lại với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển.
Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa bảo trì do đó giá thành cao. Khó
khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó.
Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn được điều khiển cho một
máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất
lượng làm việc ổn định linh hoạt. Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC
(Programable Logic Control) ra đời đã giải quyết được vấn đề trên.
Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm
1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giảnvà cồng
kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà
thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình
cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ
cho công việc lập trình.
Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay
(programmable controller handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Trong giai đoạn
này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay
và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế
đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: dạng lập
trình dùng giản đồ hình thang. Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống
PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hổ trợ (arithmetic), vận hành
với các dữ liệu cập nhật (data manipulation).
Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên
việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện
hơn. Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ
thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riên lẻ. Tốc độ xử lý
của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý
tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra/vào lớn. Một PLC có đầy đủ các
chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi (register) và tập lệnh cho phép thực
DUT.LRCC

hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khác nhau. Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ
thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín
hiệu để điều khiển ngõ ra.
3.2. Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200:
PLC viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập
trình được, hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic
thông qua một ngôn ngữ lập trình.
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB
Đức), có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử
dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là
khối vi xử lý CPU 221, CPU 222, CPU 224,CPU 226 và CPU226XM. Về hình thức bên
ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn
cung cấp.
* Mô tả đèn báo trên S7 -200:
- RUN: màu xanh, đèn sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và đang thực
hiện chương trình nạp trong máy.
- STOP: màu vàng, đèn sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng, không thực hiện
chương trình hiện có.
- SF (System Fault): máu đỏ, đèn sáng báo hiệu PLC có sự cố
3.3. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-200 CPU 224
- 4096 từ đơn (4K byte) thuộc miền nhớ đọc/ghi non-volatile để lưu chương trình (vùng
nhớ có giao diện với EEPROM).
- 4096 từ đơn (4K byte) kiểu đọc/ghi để lưu dữ liệu, trong đó 512 từ đầu thuộc miền nhớ
non-volatile.
- 14 cổng vào và 10 cổng ra logic.
- Có 7 modul để mở rộng thêm cổng vào/ra bao gồm luôn cả modul analog.
- Tổng số cổng vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra.
- 128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer 1ms, 16 Timer 10ms
và 108 Timer 100ms.
- 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi.
- 688 bit nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
- Các chế độ ngắt và xử lý ngắt bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc
xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung.
- 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2 KHz và 7KHz.
- 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.
DUT.LRCC

- 2 bộ điều chỉnh tương tự.
- Toàn bộ vùng nhớ không mất dữ liệu trong thời gian 190h khi PLC bị mất nguồn
- Pin và nguồn nuôi bộ nhớ.
Đầu vào (IN) : 24 V L+ : dương (24V).
Đầu ra (OUT): 24V M : âm (0V).
Hình 3.1: CPU 224
• Công tắc chọn chế độ làm việc của PLC
Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của S7-200
có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC.
- RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7-200 sẽ rời
khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nế trong máy có sự cố hoặc trong chương
trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN. Nên quan sát trạng
thái thực tại của PLC theo đèn báo.
- STOP cưỡng bức PLC dừng thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang
chế độ STOP. Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một
chương trình mới.
- TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc cho
PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP.
• Pin và nguồn nuôi bộ nhớ
Nguồn nuôi dùng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ.
Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị
cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi.
DUT.LRCC

Chương 4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
4.1. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch nguyên lý
4.1.1. Nguyên lý hoạt động
Xe được di chuyển đến vị trí dừng, bấm nút START ( khởi động) hệ thống tại tủ
điều khiển .
Sau một thời gian được định sẵn, băng tải xích dẫn xe vào hệ thống theo hướng
nhất định với một tốc độ chậm, không đổi.
Giai đoạn I : Xe qua vị trí phun dung dịch tẩy rửa và chổi rửa trần 1. Khi xe chạm
CTHT 1, CTHT 1 bắt được tín hiệu và đưa tín hiệu về hệ thống trung tâm xử lý cấp
nguồn bơm áp lực hoạt động, dung dịch tẩy được bơm lên phun theo các vòi phun được
bố trí theo vị trí định sẵn sao cho phun ra phủ kín xe theo tiết diện ngang của nó. Dung
dịch tẩy được phun với một áp lực vừa phải đủ để làm tách bụi bẩn mà không làm trầy
xướt, tróc sơn và làm hỏng các chi tiết nhạy cảm của xe. Sau khi xe được phun kín chất
tẩy rửa xe tiếp tục di chuyển, xe qua vị trí chổi lau trần 1, khi xe chạm CTHT 2 thì hệ
thống ở giai đoạn 1 ngừng hoạt động
Giai đoạn II : Xe qua vị trí chổi lau hông, lau mui và phun nước. Sau khi xe được
phun kín chất tẩy rửa, xe tiếp tục di chuyển đến vị trí CTHT 2 của hệ thống, bộ xử lý
trung tâm sẽ xử lý điều khiển chổi lau hông và chổi lau mui chạy, bật phun nước và sau
4s thì van điện từ được kích, mở chổi lau mui cho xe đi qua giai đoạn kế tiếp, khi xe
chạm CTHT 3 thì hệ thống ở giai đoạn 2 ngừng hoạt động
Giai đoạn III: Xe qua vị trí chổi lau trần 2. Xe được đưa đến vị trí chổi lau trần
2 để được lau lại toàn bộ chất tẩy rửa và làm sạch xe hoàn toàn. Quy trình cũng được
thực hiện nhờ CTHT3 của hệ thống này bắt được tín hiệu và kết thúc quá trình khi
xe chạm CTHT 4.
Giai đoạn IV : Xe qua hệ thống quạt thổi khô xe. Tiếp tục xe được đưa đến hệ
thống quạt gió thổi khô xe sau khi rửa và trước khi được đưa xe ra khỏi hệ thống rửa.
Toàn bộ hoạt động của giai đoạn này cũng được thông qua một CTHT4 của hệ thống.
Kết thúc quá trình khi xe chạm CTHT 5
Xe được đưa ra khỏi hệ thống và dừng hoạt động sau khi CTHT 5 nhận được tín
hiệu. Kết thúc quá trình rửa xe.
Trong toàn bộ quá trình rửa xe, xe được di chuyển liên tục với một tốc độ ổn định
không đổi phù hợp với thời gian và tiến độ rửa xe tương ứng với sự bố trí của các cơ
cấu chấp hành
DUT.LRCC

4.1.2. Sơ đồ mạch nguyên lý
Hình 4.1: Sơ đồ mạch nguyên lý
DUT.LRCC

4.1.2. Sơ đồ động
Hình 4.2: Sơ đồ động
Trong đó
1: Van phun dung dịch tẩy rửa 9: Công tắc hành trình
2: Động cơ chổi lau trần 10: Bánh xích
3: Động cơ chổi lau hông 11: Động cơ băng tải
4: Động cơ chổi lau mui 12: Nước
5: Xy lanh 13: Động cơ bơm khí
6: Van phun nước 14: Van điện từ 5/2
7: Chổi lau trần 15: Dung dịch tẩy rửa
8: Quạt sấy
DUT.LRCC

4.1.2. Giản đồ trạng thái
Hình 4.3: Giản đồ trạng thái
Trong đó
CTHT: Công tắc hành trình
ĐCBT: Động cơ băng tải
PDDTR: Phun dung dịch tẩy rửa
CLH: Chổi lau hông
CLM: Chổi lau mui
VDT: Van điện từ 5/2
PN: Phun nước
CT2: Chổi lau trần 2
QS: Quạt sấy
DUT.LRCC

4.2. Lưu đồ thuật toán
Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán
DUT.LRCC

4.3. Chương trình điều khiển
DUT.LRCC

DUT.LRCC

KẾT LUẬN
1. KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI
- Xây dựng được sơ đồ khối của quá trình điều khiển hệ thống, chu trình hoạt động,
liên kết điều khiển các phần tử chấp hành.
- Thiết kế, chế tạo thành công mô hình. Dây chuyền, hệ thống hoạt động ổn định
- Hệ thống đã tổng quát hóa toàn bộ kiến thức cơ bản của hệ thống điều khiển tự
động và ứng dụng tự động hóa trong thiết bị dân dụng.
2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI
- Đề tài có thể ứng dụng để triển khai chế tạo với kích thước thật đưa vào hoạt
động thực tế ngoài thị trường, phục vụ nhu cầu của xã hội, phù hợp với xu thế phát triển
ứng dụng tự động hóa hiện nay.
- Làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và học tập của sinh viên.
3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
- Tính dự toán, tìm nguồn kinh phí sản xuất và nhà ứng dụng để chọn ra các phương
án tốt hơn cho mô hình
- Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống rửa xe ô tô tự động cho những loại xe có
kích thước lớn hơn: 12 ÷ 16 chỗ, 30 ÷ 45 chỗ, xe tải nhẹ, xe tải nặng, …
DUT.LRCC

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Giáo trình
[1] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục.
[2] ThS Hoàng Minh Công (2004), Giáo trình cảm biến công nghiệp, Đại học Bách
Khoa, Đà Nẵng.
[3] PGS. TS Nguyễn Trọng Thuấn (2006), Điều khiển logic & ứng dụng, NXB Khoa
học kỹ thuật, Hà Nội.
[4] PGS. TS Trần Xuân Tùy (2002), Hệ thống điều khiển tự động thủy lực, NXB Khoa
học kỹ thuật, Hà Nội.
[5] Trịnh Chất,Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí( tập 1 ), NXB Giáo
dục.
[6] Tống Văn On , Hoàng Đức Hải, Họ Vi Điều Khiển 8051,NXB Lao động – Xã hội
[7] Nguyễn Thị Phương, Hà Huỳnh Thái Hoàng (2002), Lý thuyết điều khiển tự động,
NXB ĐHQG TPHCM
Website
[8] http://www.autowashe.com, Chuyên chế tạo thiết bị rửa xe ô tô tự động, Công ty
AUTOWASHE, Trung Quốc.
[9] http://www.hannacarwash.com, Chuyên chế tạo thiết bị rửa xe ô tô tự động, Công ty
HANNACARWASH, Nhật.
[10] http://www.southlandautowash.com, Chuyên chế tạo thiết bị rửa xe ô tô tự
động, Công ty HANNACARWASH, Mỹ.
DUT.LRCC

Thiết kế hệ thống rửa xe tự động và chế tạo mô hình.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết kế hệ thống rửa xe tự động và chế tạo mô hình.pdf

Similar to Thiết kế hệ thống rửa xe tự động và chế tạo mô hình.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thiết kế hệ thống rửa xe tự động và chế tạo mô hình.pdf