CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG.1 Lý do lựa chọn đề tài - Như chúng ta đã biết, ngày nay nước ta đang trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, nên ngành công nghiệp có một vai trò rất quan trọng góp phần thúc đẩy vào sự phát triển của cả nền kinh tế. Vì thế việc ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất là một điều tất yếu của xu thế phát triển hiện tại .Vì thế điều khiển tự động là một hệ thống được áp dụng rất nhiều, trong các nhà máy, công ty sản xuất. Bởi vậy mà động cơ điện ngày càng được ứng dụng rất rộng rãi. - Từ thế kỷ 20, cửa kính tự động đã được sử dụng ở châu Âu.
Nhưng từ năm 1960 trở đi, cửa tự động mới được sử dụng phổ biến ở các công trình công cộng như trung tâm thương mại, khách sạn, ngân hàng,. Trải qua quá trình cập nhật cải tiến công nghệ liên tục trong thập niên 70 và 80, đến thập niên 90, cửa tự động cuối cùng đã được tích hợp với cảm biến hồng ngoại để mang lại sự tiện lợi ưu việt cho người sử dụng. Công nghệ hồng ngoại này vẫn được sử dụng đến ngày nay. - Hiện nay, cửa tự động dần trở nên quen thuộc hơn với mọi người, chúng ta luôn có thể nhìn thấy cửa tự động ở mọi nơi như cửa hàng tiện lợi, siêu thị, bệnh viện, nhà hàng, shop thời trang, quán cafe,.
Cho nên là đề tài “ Thiết kế hệ thống truyền động cho cửa tự động “ là một đề tài bổ ích và hứng thú cho sinh viên chúng em lựa chọn.2 Giới hạn đề tài - Trong phạm vi đồ án này, nhóm em xin trình bày sơ lược về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của mô hình và kết cấu và phương pháp hoạt động của cửa tự động 1.3 Nguồn tư liệu - Dựa vào mục đích tìm hiểu, phạm vi giới hạn và đối tượng nghiên cứu; trong quá trình thực hiện, đề tài sử dụng nguồn tư liệu như sau: * Các tài liệu kỹ thuật về cấu trúc, nguyên lý hoạt động. * Các tài liệu về trang thiết bị điện tử. * Tài liệu về lập trình Arduino. * Mô phỏng proteus.4 Nhiệm vụ nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu thông qua đề tài là tìm hiểu về ứng dụng và nguyên lý hoạt động của cử tự động nên nhiệm vụ nghiên cứu gồm : * Tìm hiểu cơ chế hoạt động * Phân tích sơ đồ nguyên lý * Nâng cao kỹ năng lập trình vi điều khiển, làm sản phẩm điện tử * Phát triển khả năng tứ duy cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu.5 Sơ bộ tìm hiểu về cửa tự động.
Cửa tự động là gì ? Hiểu theo cách đơn giản nhất, cửa tự động là loại cửa được tích hợp thêm các thiết bị cảm biến và hệ thống điện để cửa có thể tự động đóng mở. Hoạt động đóng - mở tự động này được thiết lập dựa trên chuyển động ra vào của con người hoặc đồ vật. 1 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: ĐỖ HOÀNG NGÂN MI -Hiện nay trên thị trường tồn tại rất nhiều những mẫu kiểu tự động như: - Cửa trượt tự động (Automatic Sliding Doors) - Cửa mở cánh tự động (Automatic Swinging Doors) - Cửa gấp cánh tự động (Automatic Folding Door) Cửa xoay tự động (Automatic Revolving Doors) 1. Tìm hiểu chi tiết về cấu tạo của cửa tự động.
Cửa tự động được chia ra làm nhiều loại với hình thức và loại cánh cửa khác nhau để phù hợp với yêu cầu công năng của từng công trình. Tuy nhiên về cốt lõi, cấu tạo cơ bản của cửa tự động lại được chia thành 2 nhóm chính là cửa trượt và cửa xoay. Nhưng mà đề tài hôm nay chúng ta sẽ được phép tìm hiểu về cửa trượt tự động. Cấu tạo Nói về cửa trượt tự động, có rất nhiều kiểu dáng hoạt động khác nhau nhưng trên cơ bản đều bao gồm các bộ phận sau: o Ray trượt, nắp (Rail and Cover, Transom) o Bo mạch điều khiển (controller) o Động cơ điện (motor) o Dây đai truyền động (Timing belt) o Pulley không tải (Idler Pulley) o Bộ tai treo bánh xe o Cảm biến (Sensor) o Con chặn cửa (Door Stopper) o Biến thế nguồn ( tùy theo hãng sản xuất).1 : Các bộ phận cấu tạo của cửa tự động 1.
Nguyên lí hoạt động của cửa tự động. Cửa tự động hồng ngoại cảm biến mắt thần: Cửa sẽ mở ra khi mắt thần cảm nhận được tia hồng ngoại từ nguồn nhiệt đang di chuyển đến gần (chỉ cần là người 2 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: ĐỖ HOÀNG NGÂN MI hoặc con vật đều là nguồn nhiệt) Hình 1.2 : Nguyên lý hoạt động của cửa tự động. Một số loại cửa tự động hiện nay. Hiện nay có rất nhiều loại cửa tự động: cửa kéo, cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt… Nhưng chúng thường được sản xuất ở nước ngoài và bán tại Việt Nam với giá thành rất cao.
Vì thế chúng không được sử dụng rộng rãi. Nhu cầu cửa tự động ở Việt Nam rất là lớn về số lượng và chủng loại. Loại cửa này có ưu điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng, lại chỉ cần động cơ công suất rất nhỏ. Loại cử này thường được sử dụng cho gara oto.
Nó có tính tinh tế khá cao vì không mấy khó khan khi làm được loại cử này. Nhưng có nhược điểm là cửa không chắc chắn và rất dễ vị hỏng hơn là các loại cử khác. 3 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: ĐỖ HOÀNG NGÂN MI 1. Cửa kéo Hình 1.4 : Cửa kéo Loại cử này nhìn rất lạ, kết cấu đơn giản, một động cơ gắn cố định.
Cửa được động cơ kéo bằng một đoạn dây. Ưu điểm của loại cửa này là đơn giản hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc chắn hơn nhiều. có lẽ nhược điểm của loại cửa này là cần phải gắn ở nơi có thể chịu đủ sức nặng của cửa này. Vì vậy trong thực tế người ta ít khi sử dụng loại cử kéo này do phải gắn đủ chắc để chịu sức nặng nếu không thì sẽ rất nguy hiểm cho người sử dụng.
Yêu cầu của mô hình. - Kích thước gọn gang. - Hệ thống cơ hoạt động tốt. - Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng theo thiết kế.
- Hệ thống cửa đáp ứng mọi yêu cầu đặt ra. Yêu cầu về chương trình chung. - Cửa phải tự động mở khi có người ra vào, và phải tự động đóng khi không có người đi lại. - Cửa thiết kế để có thể đóng mở một cách thông minh.
- Khi cửa đang đóng lại, nếu lại có tín hiệu người thì cửa lại lập tức mở ra. - Dùng kỹ thuật vi điều khiển để viết chương trình hoạt động cho cửa. Yêu cầu về cơ khí. Yêu cầu của mô hình là phải giống với cửa thật cả về hình thức và chất lượng hoạt động, phải chắc chắn và gọn gàng.
Do đó, việc thiết kế kết cấu cơ khí cho mô hình cũng phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật như đối với cửa thật: Khung cửa, cánh cửa, rãnh trượt, xích, bánh răng , trục quay. Ngoài ra, còn có các kết cấu phụ để tạo ra mô hình cửa tự động thật hoàn chỉnh như cửa thật. Động cơ ở đây là loại động cơ 1 chiều được cấp nguồn bởi bộ chỉnh lưu cầu một chiều, kết hợp với bộ đảo chiều động cơ có thể quay thuận hoặc quay nghịch. 4 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: ĐỖ HOÀNG NGÂN MI 2.
Mục đích của việc chế tạo mô hình. Nghiên cứu, chế tạo ra mô hình cửa tự động này sinh viên cũng phải tham khảo thực tế nhiều lĩnh vực và tham khảo bằng nhiều tài liệu khác nhau. Điều đó mang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn cho sinh viên không chỉ trong một lĩnh vực tự Việc chế tạo ra mô hình hoạt động tốt sẽ tạo điêu kiện cho sinh viên có cơ hội học tập và nghiên cứu môn học một cách thực tế, là một cơ hội rất tốt giúp sinh viên khỏi bỡ ngỡ khi làm việc thực tế. Tạo ra một mô hình cửa đóng mở tự động có thể hoạt động tốt, từ đó có thể chế tạo được cửa tự động phục vụ thực tế.
5 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: ĐỖ HOÀNG NGÂN MI CHƯƠNG 2 : CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ. Yêu cầu bài toán. Thiết kế hệ thống truyền động cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập điều khiển hệ thống cửa tự động với số liệu ban đầu như sau : - Nguồn điện xoay chiều 3 pha 220/380V. - Tốc độ mở cửa là 0,5m/s.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống Với JM là momen quán tính của động cơ.
Mem là Momen điện từ của động cơ. ωm là tốc độ quay của động cơ. M là khối lượng của vật. f L là lực ma sát của vật.
v là tốc độ dài của vật. r là bán kính của ròng rọc. Tải M chịu tác động của lực f L, P trọng lực, N phản lực. Chịu 1 lực thêm từ dx bên ngoài giúp nó duy chuyển cới tốc độ v = ta thấy lực f L và f M nhỏ nên ta dt bỏ quá.
Từ đây có thể có được công thức Momen điện từ Mem: ⅆ ωm Mem = r 2. r dt 6 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: ĐỖ HOÀNG NGÂN MI Hình 2. Đồ thị tốc độ mong muốn của tải a) Yêu cầu bài toán - Thông số của cửa : Loại cửa : Cửa mở cánh. Kích thước của cửa: cao : 2m , dài 3m.
Trọng lượng của cửa : 50kg. Vật liệu cửa : sắt. Tốc độ mong muốn của cửa 0. Loại động cơ : động cơ điện một chiều kích từ độc lập theo yêu cầu tốc độ như hình 2.
Nguồn điện sử dụng : 220/380V, do đó cần sử dụng bộ biến đổi phù hợp. Hệ thống hoạt động ổn định, bám càng sát với đồ thị tốc độ mong muốn thì càng tốt. Sai số nằm trong khoảng cho phép. Điều chỉnh động cơ dễ dàng, điều khiển động cơ có đảo chiều quay.
- Tải di chuyển như sau : + Vận tốc mong muốn của cửa là 0. Mà cửa dài 3m, nên là cần 6s để mở hết cánh cửa. + 0 – 1s: cửa chuyển động nhanh dần đều với tốc độ ổn định 0,5m/s. + 1 - 6s : cửa duy trì với vận tốc 0,5m/s.
+ 6-7s : cửa bắt đầu giảm tốc từ 0,5m/s xuống 0m/s. + 7 – 12s: cửa duy trì đợi. + 12 – 13s : cửa chuyển động nhanh dần đều với tốc độ ổn định 0,5m/s theo hướng ngược lại. + 13- 18s cửa duy trì vận tốc 0,5m/s.