Thiết kế, chế tạo nhà giữ xe đạp ngầm tự động

Nội dung text: Thiết kế, chế tạo nhà giữ xe đạp ngầm tự động

1. Thiết kế, chế tạo nhà giữ xe đạp ngầm tự động Designing, manufacturing the automatic underground bicycle parking Th.S Đỗ Thế Mạnh, (1) PGS. TS Lê Hiếu Giang (1) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Tĩm tắt: vehicle we have to solve the bicycle Đứng trước tình trạng các phương tiện parking for them. The automatic giao thơng cá nhân (xe máy, xe ơ tơ) ngày underground parking is a best studying càng tăng đã gây ra nhiều vấn đề liên quan: method that scientist interests and choose ùn tắc giao thơng, ơ nhiễm mơi trường, bãi because its advantage: taking small đỗ đậu xe, Nhằm mục đích giảm ùn tắc parking area, giving and taking was easy giao thơng, giảm ơ nhiễm mơi trường trong and automatic, large storing. các khu đơ thị thì việc đi xe đạp là một lựa Keywords: Automatic Underground chọn tối ưu. Để khuyến cáo người dân sử Bicycle, Underground Bicycle Parking, dụng xe đạp làm phương tiện cá nhân Automatic Bicycle Parking, Bicycle chính chúng ta cần giải quyết vấn đề bãi đỗ Parking đậu xe. Các nhà giữ xe đạp ngầm tự động 1. Đặt vấn đề là một trong những hướng nghiên cứu đang Việc tận dụng khơng gian dưới lịng được các nhà khoa học quan tâm và lựa đất làm bãi đỗ đậu xe là một trong những chọn bởi vì nĩ cĩ những ưu điểm: khơng giải pháp tối ưu nhằm giải quyết vấn đề chiếm diện tích đất sử dụng, việc gửi và diện tích đất sử dụng làm bãi đỗ đậu xe lấy xe dễ dàng, lưu trữ được số lượng lớn. trong thành phố đang ngày càng bị thu hẹp. Từ khĩa: Nhà giữ xe đạp ngầm, bãi đỗ Nhà giữ xe ngầm tự động là một trong xe đạp ngầm tự động, những giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề Abstract: With the means of individual diện tích đất đai dùng làm bãi đỗ xe đang transport situation is increasing very bị thu hẹp. quickly that make many related issues: Để hạn chế các phương tiện cá nhân traffic jams, environment pollution, lưu thơng trong thành phố, hạn chế tình individual parking. In order to reduce those trạng ùn tắc giao thơng, ơ nhiễm mơi all of issues (traffic jams, environment trường một số nước trên thế giới (Nhật pollution, individual parking) that we have Bản, Mỹ, Úc, ) đã khuyến cáo người dân to used bicycles as main individual sử dụng xe đạp làm phương tiện giao thơng vehicle, it is a best choice. Intended for cá nhân chính trong các thành phố. Việc people use bicycle as a main individual đảm bảo chỗ đỗ đậu xe đạp cũng được 1
2. chính quyền ở đây giải quyết một cách triệt xe đạp ngầm tự động được sử dụng phổ để, một số nhà giữ xe đạp dạng tầng, dạng biến bởi vì chúng tận dụng được diện tích ngầm tự động đã được nghiên cứu, lắp đặt đất ngầm trong các tịa nhà, các trạm xe và đưa vào sử dụng. Trong đĩ các nhà giữ lửa, các khu vui chơi giải trí. 2.2 Phương án 2: Nhà giữ xe đạp ngầm 2. Phương án lựa chọn thiết kế dạng hộp 1 dãy để xe Bài tốn đặt ra: thiết kế nhà giữ xe đạp ngầm tự động cĩ khả năng lưu trữ 150 chiếc xe, diện tích đất sử dụng 50 – 70 m2, độ sâu 5 – 10 m. Từ yêu cầu đặt ra tơi đưa ra một vài phương án 2.1 Phương án 1: Nhà giữ xe đạp ngầm tự động dạng trịn Theo kích thước xe đạp (1600mm x 560mm x 640mm), mỗi tầng cĩ khả năng chứa 15 chiếc như vậy để chứa được 150 chiếc xe ta cần 10 tầng, mỗi tầng cĩ độ cao 1m. Hình 2: Nhà giữ xe đạp ngầm tự động Diện tích đất sử dụng: dạng hộp 1 dãy gửi xe 22 2 SRnhax e 3,14 4 50,24 (m ) Diện tích nhà giữ xe: 2 SDRnhaxe 12,5 4 50 (m ) Với phương án này ta thấy diện tích đất sử dụng 50 m2, độ sâu 10 m (10 tầng) cĩ khả năng chứa 160 chiếc xe. 2.3 Phương án 3: Nhà giữ xe đạp ngầm tự động dạng hộp gồm 2 xe để xe đặt song song Hình 1: Nhà giữ xe đạp ngầm tự động dạng trịn 2
3. Moment tĩnh lớn nhất khi nâng cabin cĩ tải trọng: D MQGGGtg (.) cabin capcabin dt 2 D [()]QG  capcabin 2 Moment tĩnh hạ cabin khi khơng cĩ tải trọng: ' D MGGGtg dt capdt cabin 2 D QG capdt 2 Hình 3: Nhà giữ xe đạp ngầm tự động 3.2 Tính pulley dẫn động và lực căng dạng hộp gồm hai dãy gửi xe đặt song cáp song Đường kính pulley dẫn D d. e Trong đĩ: Diện tích đất sử dụng: - d: đường kính dây cáp 2 SDRnhaxe 8,2 6 49,2 (m ) - e: hệ số phụ thuộc vào loại thang máy Với phương án này ta thấy diện tích đất sử Lực căng dây cáp: 2 dụng 49 m , ở độ sâu 10 m (10 tầng) S1 ( Q Gcabin G cap ).( g a ). g W nhưng cĩ khả năng chứa được 200 chiếc S2 Gdt .( g a ). g ( Q G ).( g a ). g xe. Điều kiện bám của cáp và pulley: Kết luận: Ta chọn phương án 3 S2 . làm phương án thiết kế và thi cơng mơ e S1 hình 3.3 Tính tốn cơng suất động cơ 3. Cơ sở lý thuyết Pv. 3.1 Tính tốn đối trọng N 102.td . p GGQ   dt cabin 4. Tính tốn cơ cấu nâng hạ xe theo kích Trong đĩ: thước xe đạp thật - ψ: hệ số cân bằng trọng lượng vật nâng 4.1 Đặc tính kỹ thuật cơ cấu nâng – hạ xe - Loại thang máy: chở hàng, khơng cĩ người 3
4. - Trọng lượng tối đa của vật nâng: G 2000 4750 7850 10 9 ranhgiuxecabin Q=30 kg 74,6 kg - Tốc độ nâng hạ: v=0,63 m/phút Khối lượng của khung cabin: - Số tầng: 5 tầng, hành trình chuyển động của cabin h=6000 mm GGGkhungcabin thephop:150 65 4 thephop :80 50 4 GG - Khối lượng của hàng Gxe = 15 kg thephop:100 65 4 theptam :600 200 10 - Kích thước của xe: 1600mm x Cơng thức tính khối lượng của thép hộp: 560mm x 640mm G [2 T A A 4 T29 ] 7850 10 L n - Gia tốc chuyển động của cơ cấu thephop12 cay Khối lượng của thép hộp 150x65x4: nâng hạ a=1,5 m/s2 29 Gthephop:150 65 4 2 4 150 65 4 4 7850 10 2000 1 4.2 Tính tốn khối lượng cabin 26 kg Khối lượng của thép hộp 80x50x4: 29 Gthephop:80 50 4 2 4 80 50 4 4 7850 10 1800 4 55,2 kg Khối lượng thép hộp 100x64x4: 29 Gthephop:100 65 4 2 4 100 65 4 4 7850 10 225 2 4,5 kg Khối lượng của thép tấm 600x200x10: 9 Gtheptam:600 200 10 600 200 10 7850 10 9,4 kg Vậy khối lượng khung cabin: Hình 4: Bản vẽ kích thước cabin nâng hạ xe theo kích thước xe đạp thật G 26 55,2 4,5 9,4 khungcabin 95,1 kg Khối lượng rãnh giữ xe trong cabin: 9 Khối lượng tổng của cabin: GLSranhgiuxecabin ranh ranh 7850 10 GGGcabin khungcabin ranhgiuxecabin Diện tích rãnh giữ xe: 74,6 95,1 169,7 kg Sranh 150 65 2 20 50 60 50 Ta chọn khối lượng cabin Gcabin = 170 (kg) 4750 mm2 Vậy ta cĩ khối lượng rãnh giữ xe trong 4.3 Tính tốn đối trọng cabin: Trọng lượng của đối trọng được xác định theo cơng thức: 4
5. GGQ  170 30 11,58 dt cabin SN 9,81 691.9 max 31 Moment tĩnh lớn nhất tác dụng lên pully kS.max 5 691,9 dẫn cáp khi hạ cơ cấu giữ xe cùng xe đạp 3459,3 N từ vị trí cao nhất được xác định theo cơng 3,5 kN 54,5( kN ) thức: 4.5 Tính pulley dẫn động và pulley dẫn D hướng MGGQGtg () cabin capcabin dt 2 D 4.5.1 Pulley dẫn động GQ  capcabin 2 Đường kính tối thiểu của pulley dẫn động Trong trường hợp nâng cabin khơng cĩ xe được xác định theo cơng thức: từ vị trí thấp nhất thì moment được xác định: D d. e D Do tốc độ nâng hạ của thang máy v=0.6 MGGGtg dt capdt cabin 2 m/phút nên tơi chọn hệ số e = 40. Do đĩ D  QGcapdt 2 đường kính pulley dẫn động: D ≥ 40 x 10 Ta chọn hệ số cân bằng  0,5 = 400 mm Vậy trọng lượng của đối trọng: Hệ số ma sát giữa cáp thép và pulley khi Gdt 170 0,5 30 185 kg chưa làm rãnh: 0 0,12 Vậy đối trọng cĩ khối lượng là 185 (kg) Hệ số ma sát giữa cáp thép và pulley khi 4.4 Tính và chọn cáp thép: làm rãnh Cáp được chọn theo cơng thức:  0.12  0 0,35 S k S  40 mdax   sin 0 sin 2 2 Cơng thức tính lực căng cáp: Hình dạng rãnh pulley được chọn cĩ kích GQGcabin cap S thước: max ai. Chọn cáp 6x19 FC, theo tiêu chuẩn ISO 4344 ta cĩ các thơng số cáp như sau: 2 σb = 1620N/mm , dc = 10mm, [Sd]= 54,5(kN), khối lượng của 1m dây cáp: 0,386kg Vậy ta cĩ lực căng cáp tối đa: 5
6. W 1,1 (Wdh  W pulley ) Lực cản ma sát sinh ra tại trụ dẫn hướng cabin: AB W Q  9,81 dh 3h Vậy: 760 2000 WN 30 0,12 9,81 5,4 dh 3 6000 Hình 5: Hình dạng rãnh pulley 4.5.2 Pulley dẫn hướng Lực cản sinh ra tại các pulley dẫn hướng: Đường kính pulley dẫn hướng thường W  S sin pulley 2 được chọn bằng 70% đường kính pulley dẫn động. Do đĩ kích thước của pulley dẫn hướng: Ddh = 0,7 x D = 0,7 x 400 =280 mm. 4.6 Kiểm tra điều kiện bám của cáp trên pulley 4.6.1 Làm việc với tải danh nghĩa Khi làm việc với tải danh nghĩa thì hệ số cân bằng trọng lượng vật nâng là ψ ≤ 0.5 thì trong trường hợp tính tốn khi hạ Hình 6: Sơ đồ tính lực căng dây cáp khi hệ cabin cĩ tải từ trên xuống tầng trệt, trong thống làm việc với tải danh nghĩa trường hợp khơng cĩ cáp cân bằng thì sức căng lớn nhất S từ phía cabin vào thời 1 Ta cĩ lực căng dây cáp treo đối trọng: điểm mở máy: SGN2 9,81 dt 9,81 185 1814,6 S1 ( Q Gcabin G cap ).( g a ). g W Lực căng dây cáp S3:  S32 S e Lực căng S bên nhánh treo đối trọng: 2 Nên: S G.( g a ). g ( Q G ).( g a ). g 2 dt S 1814,6 e0,35 0,785 2388,4 N Lực cản phụ được tính 3 6
7. Vậy ta cĩ: Lực căng dây cáp treo đối trọng: S2 ( Gdt G cap ).( g a ). g W W  .(SS ).sin Lực cản pulley dẫn hướng: pulley 23 2 45 WSN . .sin 32,2 0,02 1814,6 2388,4 sin pulley 2 2 32,2 N Vậy tổng lực cản phụ: Tổng lực cản phụ: W (0 32,2) 1,1 35,42 N W=(5,4+32,2) x 1,1 = 41.36 (N) Vì thế ta cĩ: Thay vào ta cĩ: SN1 170 (1,5 9,81) 9,81 18861,7 S1=(30+170+11,58)x9,81x(9,81+1,5)+41,6 S2 (185 11,58) (1,5 9,81) 9,81 35,42 = 23516,4 (N) 1505,2 N S2 = 185 x 9,81 x (9,81+1,5) = 26705,5 (N) Để tránh hiện tượng trượt cáp trên pulley Để tránh hiện tượng trượt cáp trên pulley thì cần phải thỏa điều kiện: thì cần phải thỏa điều kiện: S 2 e. S S 1 e. 1 S . 0,35 2,62 2 Ta cĩ: ee 2,5 23516,4 0,35 2,62 0,9 e 2,5 S 1505,2 26705,5 2 0,1 S1 18861,7 4.6.2 Làm việc khi khơng cĩ tải 0 3.7 Tính tốn cơng suất động cơ 150 S3 Cơng suất động cơ để nâng hạ hệ S3 S 45 1 0 thống nâng hạ xe được xác định theo cơng Fqt S1 S2 thức: Pv. N 102.td . p Gcab S2 Ta tính cơng suất động cơ trong Fqt2 trường hợp lực vịng lớn nhất khi hạ cơ cấu Gđt+Gcap nâng hạ cĩ tải và được xác định theo cơng thức: Hình 7: Sơ đồ tính lực khi pulley làm việc khơng cĩ tải PQGGGmax ( cabin cap dt ) 9,81 W (30 170 11,58 185) 9,81 41,36 Lực căng dây cáp treo cabin: 302,1 N S G.( g a ). g 1 cabin Vậy cơng suất của động cơ: 7
8. 302,1 0,63 N 2,8 (KW) 102 0,7 0,96 5. Kết quả thiết kế, thi cơng mơ hình Hình 11: Giao diện điều khiển giám sát chính 6. Kết luận: Qua các tài liệu đã cơng bố, tình Hình 8: Bản vẽ thiết kế nhà giữ xe đạp hình nghiên cứu về nhà giữ xe đạp ngầm ngầm tự động theo kích thước xe đạp thật tự động ở một số nước tiên tiến trên thế giới (Nhật Bản, Úc, Mỹ, Trung Quốc, ) tơi đã đưa ra được phương án thiết kế phù hợp ở Việt Nam. Sự thành cơng của đề tài này là bước khởi đầu cho việc chế tạo các nhà giữ xe đạp ngầm, xe honda ngầm tự động cho các trường học, các xí nghiệp, trung tâm mua sắm. Với sự thành cơng bước đầu của đề tài này sẽ giải quyết được vấn đề về bãi đỗ đậu xe trong các thành phố lớn, qui trình lấy và gửi xe hồn tồn Hình 9: Bản vẽ mơ hình mơ phỏng theo tự động, hệ thống được giám sát và điều kích thước xe đạp mơ hình khiển bằng phần mềm. Hình 10: Kết quả thi cơng mơ hình mơ phỏng 8
9. 7. Tài liệu tham khảo [5]. Siemens, SIMATIC S7-200 [1]. Nguyễn Danh Sơn, Thang Máy, NXB Programmable Controller System Manual, Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh, 2003 2008 [2]. Trương Quốc Thành – Phạm Quang [6]. Siemens, SIMATIC WinCC V7.0 Dũng, Máy và Thiết Bị Nâng, NXB Khoa Getting Started, 2008 Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 1999 [7]. Siemens, SIMATIC HMI WinCC V7.0 [3]. Huỳnh Văn Hồng - Đào Trọng System Description, 2008 Trường, Tính Tốn Máy Trục, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 2001 [4]. Th.S Châu Chí Đức, Kỹ Thuật Điều Khiển Lập Trình PLC SIMATIC S7-200, NXB Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh, 2008 Tp. HCM, ngày 27 tháng 05 năm 2014 Xác nhận của GVHD (Ký & ghi rõ họ tên) PGS. TS Lê Hiếu Giang 9
10. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.