MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu đề tài Việt Nam là một trong những quốc gia có tỉ lệ sở hữu phương tiện đi lại cá nhân như ô tô, xe máy thuộc hàng cao nhất thế giới. Theo đó, hầu hết mọi người ưu tiên sử dụng phương tiện cá nhân hơn là lựa chọn phương tiện công cộng cho việc đi lại. Từ đó dẫn đến hệ quả là số lượng xe nhập khẩu không ngừng gia tăng qua mỗi năm. Số liệu do OEC (The Observatory of Economic Complexity) đưa ra cho cho Việt Nam đứng thứ 40 những quốc gia nhập khẩu ô tô nhiều nhất thế giới.
Nhu cầu sở hữu ô tô gia tăng dẫn đến các dịch vụ vệ sinh, chăm sóc xe phát triển theo. Đối với một tiệm rửa xe mà nói, tình trạng khách đông, phục vụ không kịp thời để khách phải chờ đợi lâu hiện nay khá quen thuộc. Đặc biệt trong những mùa cao điểm thì nhu cầu vệ sinh ô tô là cực lớn. Với phương pháp thủ công thì hiệu quả và năng suất làm việc không cao.
Có những khách hàng phải chờ đợi rất lâu mà vẫn chưa được phục vụ khiến họ cảm thấy khó chịu. Thậm chí, một số cửa hàng rửa xe phải từ chối nhận khách hay đề xuất khách ghé tiệm khác. Xuất phát từ những vấn đề về thời gian, hiệu quả công việc mà “Hệ Thống Rửa Xe Ô tô Tự Động” ra đời và được xem như là giải pháp hữu hiệu nhằm khắc phục những hạn chế còn tồn tại đó. Đồng thời cũng cắt giảm tối đa lượng nhân công cho một cửa hàng rửa xe.
Một số ý nghĩa thực tiễn của hệ thống rửa xe ô tô tự động: - Góp một phần vào ngành công nghiệp dịch vụ chăm sóc xe ô tô tại Việt Nam. - Lựa chọn được các công nghệ phù hợp với thời tiết, khí hậu khi áp dụng thực tế tại Việt Nam. - Giúp người dùng tiết kiệm được chi phí thời gian. - Giải quyết được vấn đề quá tải khi số lượng xe nhiều Hiện nay, có 3 kiểu rửa xe thường thấy là rửa xe thủ công, rửa xe bán tự động và rửa xe tự động.
7 * Rửa xe thủ công Hình 1. 1 Rửa xe theo phương pháp thủ công Với phương pháp này thì hầu như con người đảm nhiệm 100% công việc từ phun nước, phun chất tẩy rửa, làm sạch bụi bẩn và xì khô. Ưu điểm: - Xe được rửa khá sạch, chỗ nào nhiều vết bẩn thì được chú trọng rửa kỹ hơn. - Vốn đầu tư cho máy móc không lớn.
- Giá thành tương đối thấp. Nhược điểm: - Thời gian rửa xe lâu. - Chi phí nhân công tốn kém. 8 * Rửa xe bán tự động Hình 1.
2 Phương pháp rửa xe bán tự động Với phương pháp này, con người sẽ tham gia vào các quá trình như phun nước, tẩy rửa. Sau đó xe được đưa qua hệ thống phun nước, tẩy rửa bụi bẩn và hệ thống sấy khô tự động Ưu điểm: - Vốn đầu tư cho thiết bị không quá lớn. - Giảm bớt sức lao động của con người. - Phù hợp với địa hình nhiều quốc gia.
Nhược điểm: - Tuy tiết kiệm được thời gian nhưng vẫn chưa tối ưu. - Chưa kết hợp các quá trình thành một hệ thống hoàn chỉnh. 9 * Rửa xe tự động Hình 1. 3 Phương pháp rửa xe tự động Đây là dây chuyền gồm các máy móc chuyên dụng để phục vụ quá trình làm sạch xe toàn diện như: máy rửa xe, bơm, bình xịt bọt tuyết, chổi quét, máy xì hơi… đảm bảo tất cả các công đoạn đều được tự động hoá bằng máy móc.
Hệ thống rửa xe tự động là kết hợp của nhiều hệ thống công nghệ cao như hệ thống phun rửa, chổi quét, băng tải, sấy khô, tính tiền,… Ưu điểm: - Tiết kiệm thời gian rửa xe. - Sử dụng máy móc giúp tiết kiệm nhân công. - Phù hợp với nhiều quốc gia đã và đang phát triển Nhược điểm: - Vốn đầu tư ban đầu, chi phí lắp đặt bảo dướng lớn. - Chi phí dịch vụ cao 10 1.2 Nội dung đề tài Từ những ưu nhược điểm đã nêu ra ở trên, nhóm đưa ra những tiêu chí cho hệ thống rửa xe là: - Tiết kiệm tối đa nguồn nhân lực làm việc.
- Tiết kiệm thời gian tối đa cho khách hàng. - Xử lý được khối lượng xe bẩn lớn trong một khoảng thời gian nhất định. - Nhận diện được mức độ bẩn của xe để đưa ra thời gian rửa phù hợp - Thể hiện được tính chuyên nghiệp trong công việc Dựa vào các tiêu chí đặt ra, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án “Thiết kế hệ thống rửa xe ô tô tự động” Tuy sử dụng hệ thống rửa xe tự động thì chi phí lắp đặt và vốn đầu tư lúc đầu là khá lớn hơn so với 2 phương án kia nhưng bù lại ngành dịch vụ chăm sóc, rửa xe đang là ngành có nhu cầu thị trường rất lớn. Việc tối ưu hoá lượng thời gian rửa cũng như rửa được một số lượng xe lớn trong một khoảng thời gian so với 2 phương án còn lại thì doanh thu cũng sẽ đạt được cao hơn rất nhiều và cũng tránh mất đi một lượng khách hàng cho đối thủ cạnh tranh.
Và máy móc tự động cũng giúp tiết kiệm chi phí nhân công khá nhiều.1 Phạm vi nghiên cứu Việc nghiên cứu thiết kế hệ thống rửa xe ô tô tự động có tính bao quát và bao gồm nhiều lĩnh vực. Trong đề tài này, nhóm giới hạn phạm vi nghiên cứu như sau: - Đối tượng: Nghiên cứu, thiết kế, phát triển hệ thống rửa xe ô tô tự động. - Đề tài nghiên cứu trên giới hạn ở phạm vi tính toán hệ thống có sẵn trong thực tế. - Hệ thống được điều khiển bằng PLC Siemens S7-1200 - Công nghệ xử lý ảnh phân biệt mức độ bẩn của xe 11 1.2 Nội dung nghiên cứu Trong thực tế hệ thống rửa xe ô tô tự động là một hệ thống khép kín gồm nhiều khâu như bãi đỗ xe, cây thanh toán tiền tự động, hệ thống rửa xe, hệ thống kiểm tra, phòng chờ… Tuy nhiên do hạn chế về mặt thời gian và kinh tế nên nhóm sẽ tập trung nghiên cứu giải quyết hệ thống rửa xe dành cho ô tô.
Một số vấn đề được đặt ra - Thiết kế giao diện có đạt được tính thẩm mĩ và các yêu cầu kỹ thuật. - Dự trù một số lỗi trong chương trình điều khiển có thể xảy ra khi đưa vào vận hành thực tế. - Đảm bảo đầy đủ các yêu cầu cơ bản của một hệ thống rửa xe trong thực tế. - Đáp ứng được nhu cầu của khách hàng hơn so với hệ thống rửa xe truyền thống hay không.
- Đảm bảo chất lượng xe sau khi rửa có sạch không. - Các thiết bị trong hệ thống có làm ảnh hưởng đến lớp sơn của xe hay không. Từ đó, nhóm nghiên cứu dựa theo 2 phương pháp tiếp cận: lý thuyết và thực nghiệm * Nghiên cứu lý thuyết - Tìm hiểu các tài liệu, đồ án về hệ thống rửa xe ô tô tự động đã có trước đó, qua đó tìm ra những ưu nhược điểm của họ rồi đúc kết đưa ra phương án tốt nhất cho đề tài. - Tìm hiểu các kiến thức liên quan đến cơ khí, các cơ cấu chấp hành (băng tải, motor, cảm biến…) từ các nguồn tài liệu để tính toán thiết kế dựa trên lý thuyết học được giúp phát triển hoàn chỉnh mô hình thực tế.
* Nghiên cứu thực nghiệm - Tham khảo tìm hiểu các mô hình rửa xe truyền thống trên địa bàn thành phố Đà Nẵng để đánh giá ưu nhược điểm của phương pháp rửa xe truyền thống trong thực tế. 12 - Xem và tham khảo các hệ thống thực của các hãng rửa xe tự động như: Leisuwash, Dayang, Schumak, Master Car Wash. - Nghiên cứu giải bài toán tự động hoá cho dây chuyền, xây dựng lưu đồ thuật toán. - Thiết kế, mô phỏng đến xây dựng mô hình tối ưu hoá nhất, xử lý các số liệu và viết báo cáo.
13 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 2.1 Nguyên lí hoạt động của hệ thống 2.1 Quy trình rửa xe Hình 2. 1 Quy trình rửa xe Bước 1: Nhận diện độ bẩn của xe Bước 2: Phun nước và xà phòng cho xe Bước 3: Lau chà, làm sạch xe Bước 4: Phun nước làm sạch bột xà phòng Bước 5: Làm khô xe Bước 6: Kiểm tra mức độ sạch của xe 2.2 Nguyên lý hoạt động • Khi cảm biến 1 phát hiện xe, băng tải bắt đầu di chuyển và đồng thời camera tự động quét độ bẩn của xe • Khi cảm biến 2 phát hiện xe, sau 250ms băng tải xe dừng lại và cùng lúc đó chế độ phun nước lần 1 và phun xà phòng sẽ lần lượt hoạt động trong 1 khoảng thời gian 20s. Băng tải sẽ di chuyển trở lại sau khi kết thúc chế độ phun xà phòng 14 • Khi cảm biến 3 phát hiện xe, băng tải sẽ dừng lại và đồng thời kích hoạt chế độ lau chùi xe trong thời gian cho phép. Băng tải sẽ di chuyển trở lại sau khi kết thúc lau chùi • Khi cảm biến 4 phát hiện xe thì băng tải sẽ dừng lại sau 250ms, lúc đó chế độ phun nước lần 2 sẽ hoạt động trong thời gian 10s.
Băng tải sẽ di chuyển trở lại sau khi kết thúc chế độ phun nước lần 2 • Khi cảm biến 5 phát hiện xe, băng tải sẽ dừng lại sau 400ms và lúc đó chế độ làm khô xe sẽ tự động kích hoạt trong 15s. Sau khi kết thúc chế đề làm khô sẽ băng tải sẽ di chuyển trở lai, sau 1s thì kết thúc chương trình 2.2 Thiết kế hệ thống truyền động Hình 2. 2 Hình ảnh minh họa 15 a) Chọn động cơ điện Chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha kiểu ngắn mạch, điện áp 220/380V, kiểu kín hoặc bảo vệ và đặt nằm * Chọn công suất động cơ điện Theo tải trọng xe vào khoảng 1000kg Chọn lực kéo băng tải = 25000N Vận tốc băng tải = 0,5 m/s Công suất cần thiết cho động cơ điện P×v 25000×0,5 Ta có: N= = = 12,5 (kw) (2.1) 1000 1000 Theo sơ đồ bộ truyền chúng ta có hiệu suất của 𝜂𝑛𝑜𝑖𝑡𝑟𝑢𝑐 ,𝜂𝑏𝑟 , 𝜂𝑐𝑎𝑝𝑜 ,𝜂𝑥𝑖𝑐ℎ theo bảng 2.3) 𝜂 0,82 Trong đó: N: Công suất trên băng tải (kw) P: Lực kéo băng tải 𝑁𝑐𝑡 : Công suất cần thiết của động cơ điện V: Vận tốc băng tải 𝜂: Hiệu suất truyền động chung của hệ thống 𝜂𝑛𝑜𝑖𝑡𝑟𝑢𝑐 : Hiệu suất khớp nối 𝜂𝑏𝑟 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng 𝜂𝑐𝑎𝑝𝑜 : Hiệu suất một cặp ổ lăn 𝜂𝑥𝑖𝑐ℎ : Hiệu suất bộ truyền xích 16 Bảng 2.