Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng và sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô tại các quốc gia đang phát triển, nhu cầu về cơ sở hạ tầng bến bãi lưu trữ và trung chuyển phương tiện ngày càng trở nên cấp thiết. Các hệ thống bãi đỗ xe truyền thống xây dựng trên mặt đất hoặc hầm đỗ xe ngầm sử dụng đường dốc xoắn ốc bộc lộ nhiều hạn chế lớn: chiếm dụng diện tích mặt bằng rộng lớn, tốn nhiều nhân lực điều hành, phát sinh khí thải và tiếng ồn trong quá trình phương tiện tìm chỗ đỗ, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ va quẹt và khó khăn trong công tác quản lý tập trung.

Theo số liệu thống kê từ Công ty Khai thác điểm đỗ xe Hà Nội được tác giả dẫn chứng trong khóa luận:

  • Toàn thành phố Hà Nội có 129 điểm gửi xe công cộng do công ty quản lý với tổng diện tích 22,94 ha, tổng công suất đỗ đạt 5.863 xe ô tô.
  • Trong đó bao gồm 123 điểm gửi xe trên hè phố với diện tích khoảng 70.430 $\text{m}^2$ và 6 điểm gửi xe trong khuôn viên cơ quan, đơn vị với tổng diện tích 158.984 $\text{m}^2$.
  • Toàn bộ diện tích bến, điểm gửi xe này chỉ chiếm vỏn vẹn 0,45% quỹ đất đô thị dành cho giao thông tĩnh và chỉ đáp ứng được 15% đến 20% nhu cầu thực tế của cư dân Thủ đô.

Nhằm giải quyết bài toán quỹ đất hạn hẹp và nâng cao hiệu quả luân chuyển phương tiện, mô hình nhà gửi xe ô tô tự động nhiều tầng ứng dụng công nghệ nâng chuyển kết hợp tự động hóa ra đời. Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Trần Quốc Việt (ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử, Trường Đại học Lâm nghiệp) thực hiện đề tài "Nghiên cứu thiết kế, thi công cơ khí và truyền động cơ khí cho mô hình nhà để xe tự động" nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Khảo sát tổng quan lý thuyết và thực tiễn về hệ thống nhà giữ xe tự động trên thế giới và tại Việt Nam.
  2. Tính toán, lựa chọn vật liệu và thiết kế kết cấu khung cho mô hình nhà để xe quy mô 2 tầng với 6 ô chứa xe.
  3. Tính toán, lựa chọn linh kiện và thi công hệ thống truyền động cơ khí 3 trục (X, Y, Z) sử dụng cơ cấu vít me - đai ốc, thanh trượt dẫn hướng và động cơ điện một chiều.
  4. Ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor để xây dựng mô hình 3D, mô phỏng quá trình lắp ráp (Presentation), mô phỏng chu trình chuyển động và phân tích ứng suất kết cấu (Stress Analysis) nhằm kiểm tra hệ số an toàn của khung giá đỡ.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là kết cấu cơ khí và hệ thống truyền động đa trục của mô hình bãi đỗ xe tự động dạng kệ chứa nhiều tầng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế kỹ thuật, phân tích độ bền trên phần mềm CAD/CAE và chế tạo mô hình thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm tại Khoa Cơ điện và Công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp trong giai đoạn 2018 - 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các khái niệm nền tảng

Khóa luận xây dựng trên nguyên lý vận hành của hệ thống lưu kho tự động (Automated Storage and Retrieval System - AS/RS), trong đó hàng hóa lưu trữ đặc thù là ô tô. Hệ thống định vị vị trí lưu giữ theo tọa độ không gian (tầng, gian, vị trí bên trái hoặc bên phải lối đi) và thực hiện việc cấp/trả xe thông qua thiết bị nâng chuyển đa hướng.

Hệ thống nhà để xe tự động được phân loại theo quy mô sức chứa:

  • Quy mô gia đình: Sức chứa từ 1 đến 6 xe.
  • Quy mô công cộng nhỏ: Sức chứa từ 20 đến 50 xe.
  • Quy mô công cộng vừa: Sức chứa từ 50 đến 100 xe.
  • Quy mô công cộng lớn: Sức chứa trên 100 xe.

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản của hệ thống bao gồm:

  • Sức chứa lớn nhất ($N_{\max}$): Số lượng xe tối đa mà hệ thống có thể lưu giữ.
  • Hệ số sử dụng diện tích: Tỷ số giữa diện tích chiếm đất xây dựng và số lượng xe lưu trữ tối đa.
  • Thời gian nhập/lấy xe: Thông số phản ánh hiệu năng khai thác, phụ thuộc vào tốc độ di chuyển nâng/hạ/tịnh tiến của cơ cấu chấp hành và chiều dài hành trình di chuyển.

Về mặt truyền động cơ khí, đề tài khai thác nguyên lý biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến thông qua bộ truyền vít me - đai ốc và hệ thống thanh trượt dẫn hướng tuyến tính (Linear Guide). Về mặt kiểm nghiệm cơ học, tác giả áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) tích hợp trong môi trường Stress Analysis của Autodesk Inventor để xác định trường ứng suất Von Mises và hệ số an toàn (Safety Factor) của các thanh kết cấu chịu uốn và nén.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập, đối chiếu tài liệu kỹ thuật về các bãi đỗ xe thông minh điển hình trên thế giới (như tháp đỗ xe hình trụ 20 tầng Volkswagen Autostadt tại Wolfsburg, Đức; bãi xe Parc des Célestins tại Lyon, Pháp) và các công trình thực tế trong nước (công trình thí điểm 5 tầng tại 32 Nguyễn Công Trứ, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội).
  • Phương pháp tính toán và thiết kế cơ khí: Tính toán xác định kích thước khoang đỗ dựa trên thông số hình học xe mẫu; lựa chọn quy cách nhôm định hình, công suất động cơ giảm tốc 24VDC, trục vít me, bạc trượt và các gối đỡ tiêu chuẩn.
  • Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số học (CAD/CAE): Thiết kế chi tiết 3D, lắp ráp hệ thống trong môi trường Assembly, thiết lập ràng buộc động học và xuất video mô phỏng chu trình vận hành bằng Inventor Studio.
  • Phương pháp thực nghiệm chế tạo: Gia công, lắp ráp hoàn thiện khung nhôm định hình 20x20 mm, gá đặt cụm truyền động cơ khí, kết nối cảm biến tiệm cận và bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX3U-24MT để kiểm tra độ ổn định vận hành.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Quy cách kích thước và kiến trúc mô hình

Mô hình nhà để xe tự động được thiết kế dạng kệ chứa 2 tầng, mỗi tầng gồm 3 khoang chứa (tổng sức chứa 6 vị trí). Kích thước thiết kế được chuẩn hóa theo tỷ lệ thu nhỏ của dòng ô tô 7 chỗ:

  • Chiều dài cơ sở khoang chứa: 100 mm.
  • Chiều rộng cơ sở khoang chứa: 60 mm.
  • Chiều cao cơ sở khoang chứa: 70 mm.
  • Chiều cao tối thiểu không gian chứa 1 ô tô: 100 mm.

Lựa chọn vật liệu kết cấu khung

Tác giả đã so sánh 4 phương án vật liệu trước khi đưa vào thi công:

Loại vật liệu Ưu điểm Nhược điểm Đánh giá lựa chọn
Nhôm hộp Giá thành rẻ, dễ tìm kiếm, tuổi thọ 60 - 70 năm (dòng mạ kẽm), dễ quan sát kiểm tra mối nối. Liên kết chủ yếu bằng phương pháp hàn làm giảm tính thẩm mỹ. Không chọn cho khung mô hình chính.
Khung sắt đa năng Dễ tìm mua dạng lắp ghép sẵn, độ cứng vững và khả năng chịu tải trọng lớn cao. Giá thành tương đối cao, trọng lượng kết cấu nặng, tính thẩm mỹ kém. Không phù hợp với mô hình nhỏ để bàn.
Nhôm định hình Kết cấu khoang rỗng và gân tăng cứng giúp chịu lực tốt, trọng lượng nhẹ, thẩm mỹ cao, cách âm/nhiệt tốt. Tuổi thọ cần bảo dưỡng định kỳ, mẫu mã trên thị trường còn giới hạn. Được chọn (kích thước 20x20 mm) làm toàn bộ khung đỡ.
Gỗ ép dán Cấu tạo các lớp ván lạng 1 mm xếp vuông góc ép keo Phenol Formaldehyde, không cong vênh nứt nẻ. Khả năng chịu ẩm và chịu nước tương đối kém theo thời gian. Được chọn làm mặt bàn trượt và đế gá đỡ linh kiện.

Danh mục linh kiện và phần cứng triển khai

Toàn bộ hệ thống cơ điện tử của mô hình được tổng hợp theo bảng thông số linh kiện:

STT Tên linh kiện / Thiết bị Số lượng Quy cách / Mã hiệu kỹ thuật
1 Nhôm định hình 6 Kích thước tiết diện 20x20 mm
2 Bàn gỗ gá đỡ 1 Tấm gỗ ép chuyên dụng
3 Hộp tủ điện 1 Tủ bảo vệ thiết bị điều khiển
4 Gối đỡ thanh trượt 4 Mã SHA8_B
5 Gối đỡ vít me 2 Gối đỡ trục chuyên dụng
6 Đai ốc vít 3 Đai ốc bước ren tương thích vít me
7 Mối ghép L (Ke góc) 4 Ke nhôm định hình 90 độ
8 Thanh trượt tròn 4 Mã C-MTSR5-500, vật liệu thép C45
9 Trục vít me 3 Trục ren dẫn động 3 trục X, Y, Z
10 Gối đỡ vòng bi 3 Mã KP08 (đường kính trục 8 mm)
11 Khớp nối mềm 3 Nối trục động cơ với trục vít me
12 Bạc trượt tròn 8 Mã LHBB8
13 Bu-lông liên kết 20 Phi5_10
14 Tấm gỗ gia công 1 Kích thước 75x68x12 mm
15 Cụm trục Z 1 Cụm nâng hạ hoàn chỉnh
16 Bàn trượt 1 Bàn trượt di động
17 Bu-lông liên kết 4 Phi4_6
18 Bu-lông liên kết 4 Phi3_10
19 Tấm nhôm định hình phẳng 1 Kích thước 185x205 mm
20 Bu-lông liên kết 18 Phi3_16
21 Bu-lông liên kết 6 Phi3_10
22 Khung nhà để xe 1 Khung nhôm hoàn thiện 2 tầng 6 ô
23 Động cơ một chiều 3 Động cơ giảm tốc 24VDC
24 Gối đỡ Motor 6 Đường kính gá Phi35
25 Khớp nối vít me trục Z 1 Khớp nối cứng
26 Cụm lắp ráp Assembly2 1 Module tay gắp / nâng chuyển
27 Cảm biến tiệm cận 8 Cảm biến từ định vị vị trí
28 Khớp nối L 8 Phụ kiện liên kết góc
29 Cụm giá đỡ xe 1 Cơ cấu đỡ pallet xe
30 Bu-lông liên kết 5 Phi5_12
31 Mâm để xe 1 Mâm chứa phương tiện mẫu
32 Bộ điều khiển lập trình 1 PLC Mitsubishi FX3U-24MT
33 Bộ nguồn công nghiệp 1 Nguồn tổ ong 24VDC
34 Con trượt 4 Mã SCS8U

Cấu tạo và cơ chế truyền động 3 trục

  1. Trục ngang X (Di chuyển hệ thống nâng dọc theo chiều dài nhà xe):
    • Sử dụng 1 trục vít me ren, 2 thanh trượt dẫn hướng tròn thép C45, 4 gối đỡ thanh trượt, 4 gối đỡ bi trượt và 1 động cơ DC 24V truyền động qua khớp nối.
    • Bố trí 3 cảm biến tiệm cận để xác định chính xác vị trí dừng tại từng cột khoang xe (3 khoang đỗ theo chiều ngang).
  2. Trục đứng Z (Nâng hạ sàn nâng theo chiều cao giữa các tầng):
    • Bao gồm 1 trục vít me đứng dẫn động qua khớp nối cứng từ động cơ DC 24V, 4 thanh nhôm định hình làm cột dẫn hướng, 1 bàn trượt nâng kết hợp khớp nối vít me và 3 cảm biến tiệm cận xác định vị trí tầng 1, tầng 2 và vị trí đón xe ban đầu.
  3. Trục sâu Y (Đưa mâm xe vào hoặc rút mâm xe ra khỏi ô chứa):
    • Cơ cấu tay đẩy/kéo mâm xe gắn trên sàn nâng trục Z, hoạt động bằng cụm vít me - đai ốc dẫn hướng tịnh tiến độc lập.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhà gửi xe tự động

Chương 1 trình bày tổng quan lịch sử, cấu trúc phân hệ và các loại hình bãi đỗ xe thông minh. Tác giả chỉ rõ dạng nhà gửi xe nhiều tầng kết hợp thang máy cơ khí sơ khai xuất hiện từ năm 1918 tại Mỹ và châu Âu (dấu tích còn lại tại bãi gửi xe hông khách sạn Kim Đô, TP. Hồ Chí Minh), phát triển lên hệ thống bán tự động vào năm 1964 và bùng nổ công nghệ tự động hóa hoàn toàn từ đầu thập niên 1990.

Về mặt cấu tạo, hệ thống tự động gồm 4 phần chính:

  • Kết cấu công trình (bê tông đúc hoặc dầm nhôm/thép định hình liên kết bulông).
  • Thiết bị nâng chuyển (phương ngang: cầu trục, băng chuyền, xích kéo; phương đứng: thang nâng, xích, cáp, trục vít; cơ cấu xoay 360 độ điều hướng xe).
  • Khối lưu trữ (Block parking).
  • Hệ thống điều khiển (máy tính quản lý cơ sở dữ liệu chỗ trống, mã hóa nhị phân/quét quang học kết hợp PLC điều khiển trực tiếp cơ cấu chấp hành) cùng giao diện điều khiển (phím bấm, LED hoặc màn hình cảm ứng).

Chương 1 cũng tổng kết 8 ưu điểm nổi trội: tiết kiệm diện tích gấp hàng chục lần (diện tích mặt đất chứa 8 xe có thể nâng dung lượng lên 100 xe khi xây nhà cao tầng), tiết kiệm thời gian gửi/lấy, tối ưu hóa năng lượng, không phát thải khí nhà kính và hạn chế tiếng ồn, loại bỏ va quẹt gây trầy xước xe, giảm chi phí nhân sự trông coi, dễ dàng bảo trì nhờ kết cấu mô-đun hóa độc lập và độ an toàn chống trộm cắp cao. Đồng thời, tác giả khảo cứu hai công trình tiêu biểu quốc tế (Volkswagen Autostadt tại Đức chứa >400 xe/tháp 20 tầng, thời gian xuất xe 45 giây; Parc des Célestins tại Pháp) và công trình trong nước (bãi đỗ xe khung nhôm 5 tầng, 4 khoang đỗ, sức chứa 30 xe tại 32 Nguyễn Công Trứ, Hà Nội với thời gian luân chuyển 2 - 3 phút/xe).

Chương 2: Thiết kế kích thước khung cho mô hình nhà để xe

Chương 2 tập trung tính toán hình học và phân tích lựa chọn vật liệu chế tạo mô hình. Trên cơ sở phân tích ưu - nhược điểm của nhôm hộp, sắt đa năng, gỗ dán và nhôm định hình, tác giả lựa chọn thanh nhôm định hình 20x20 mm kết hợp chi tiết gỗ ép để thi công mô hình 2 tầng 6 ô chứa với các kích thước khoang đỗ: chiều dài 100 mm, chiều rộng 60 mm, chiều cao 70 mm và khoảng lọt lòng tối thiểu 100 mm.

Nội dung chương mô tả chi tiết sơ đồ khối hệ thống điện - cơ khí, cách thức lựa chọn bộ điều khiển PLC FX3U-24MT, nguồn tổ ong 24VDC, động cơ giảm tốc 24VDC, các linh kiện dẫn hướng như ty trượt tròn phi 8, con trượt SCS8U, gối đỡ trục SHA8_B, khớp nối mềm, bạc trượt LHBB8 và quy trình bố trí thiết bị bên trong tủ điện điều khiển.

Chương 3: Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí cho mô hình nhà để xe

Chương 3 trình bày các tính toán chi tiết về cơ cấu biến đổi chuyển động vít me - đai ốc cho từng trục X, Y, Z và quy trình lắp ráp cơ khí trong môi trường Autodesk Inventor Assemblies. Tác giả lập bảng định mức linh kiện chi tiết cho trục Y (Bảng 3.1, 3.2), trục Z (Bảng 3.3) và trục X (Bảng 3.4), đồng thời xây dựng tài liệu hướng dẫn trình tự thực hiện mối lắp ráp và phân rã cụm chi tiết (Presentation).

Điểm then chốt trong chương 3 là việc kiểm tra độ bền tĩnh và tính ổn định của khung nhôm định hình 20x20 mm bằng module Stress Analysis trên phần mềm Inventor:

  • Kiểm nghiệm thanh nhôm ngang dài 470 mm: Đặt lực tập trung 15 N hướng từ trên xuống tại điểm giữa thanh (vị trí chịu tải lớn nhất khi cụm nâng mang xe di chuyển qua), ngàm cố định hai đầu. Kết quả mô phỏng cho thấy ứng suất sinh ra rất nhỏ so với giới hạn bền của vật liệu, hệ số an toàn tính toán $\text{Safety Factor} = 15$ (vượt xa điều kiện an toàn tối thiểu là $\text{Safety Factor} > 1$). Tác giả lập luận rằng dù có thể tăng kích thước lên nhôm 40x40 mm nhưng nhôm 20x20 mm đã hoàn toàn thỏa mãn độ bền, đồng thời tiết kiệm chi phí và đảm bảo độ thanh thoát, thẩm mỹ cho mô hình.
  • Kiểm nghiệm thanh nhôm đứng dài 334 mm: Khảo sát đồng thời lực nén từ toàn bộ sàn tầng phía trên đè xuống và tải trọng động rung lắc sinh ra trong quá trình động cơ khởi động/đảo chiều. Kết quả hệ số an toàn đạt mức rất cao, khẳng định kết cấu khung vững chắc và ổn định tuyệt đối trong quá trình vận hành.

Chương 4: Thiết kế mô phỏng chuyển động và vận hành mô hình nhà để xe tự động bằng phần mềm Inventor

Chương 4 hoàn thiện thiết kế số hóa 3D cho toàn bộ các chi tiết cơ khí: gối đỡ bi trượt, thanh trượt dẫn hướng thép C45, đai ốc, trục vít me, gối đỡ trục Z, gối đỡ trục X-Y, khớp nối cứng và thanh nhôm định hình.

Tác giả thiết lập hệ thống quan hệ ràng buộc hình học và động học (Assembly Constraints) giữa các khâu chuyển động. Sử dụng môi trường Inventor Studio kết hợp thanh công cụ Animation Timeline và hộp thoại Animate Constraints, tác giả gán thông số thời gian, vận tốc và chiều dài hành trình cho từng động cơ trục X, Y, Z để mô phỏng chính xác chu trình:

  1. Sàn nâng đón mâm xe tại vị trí cửa vào.
  2. Trục Z nâng sàn lên cao độ tầng chỉ định.
  3. Trục X tịnh tiến sàn nâng đến đúng khoang đỗ trống.
  4. Trục Y đẩy mâm xe vào vị trí cố định trên giá đỡ của ô chứa.
  5. Cơ cấu rút về vị trí chờ, sẵn sàng nhận lệnh mới.

Cuối chương, tác giả trích xuất video clip mô phỏng động học hoàn chỉnh và lưu trữ trực tuyến để phục vụ công tác thuyết minh và nghiệm thu đồ án.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Thiết kế cơ khí hoàn chỉnh: Xây dựng trọn bộ bản vẽ 2D/3D bao gồm bản vẽ tổng thể, bản vẽ khung nhà để xe, sơ đồ lắp ráp chi tiết và sơ đồ phân rã từng cụm trục X, Y, Z.
  2. Kiểm nghiệm độ bền chính xác: Chứng minh tính toán độ bền kết cấu nhôm định hình 20x20 mm qua mô phỏng phần tử hữu hạn trên Autodesk Inventor, xác lập hệ số an toàn của thanh ngang dài 470 mm chịu lực 15 N đạt $\text{Safety Factor} = 15$ và thanh đứng 334 mm chịu nén/rung động đạt yêu cầu ổn định cơ học.
  3. Mô phỏng động học trực quan: Xây dựng thành công chu trình mô phỏng vận hành tự động hóa chuyển động 3 chiều (X, Y, Z) trên môi trường Inventor Studio với liên kết ràng buộc động học chuẩn xác.
  4. Thi công mô hình thực tế: Chế tạo và lắp ráp thành công mô hình vật lý 2 tầng 6 ô chứa với đầy đủ hệ truyền động vít me - đai ốc, thanh trượt tròn C-MTSR5-500, con trượt SCS8U, gối đỡ KP08, động cơ DC 24V, hệ thống 8 cảm biến tiệm cận và mạch điều khiển PLC Mitsubishi FX3U-24MT.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp tài liệu thiết kế cơ khí và mô phỏng CAE có tính ứng dụng cao cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử trong việc hiện thực hóa các mô hình tự động hóa kho bãi/nhà xe.
  • Đề xuất giải pháp kết hợp hiệu quả giữa phần mềm thiết kế 3D chuyên dụng (Autodesk Inventor) và phần cứng điều khiển công nghiệp tiêu chuẩn (PLC FX3U).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Do giới hạn về thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp và nguồn tài liệu tham khảo chuyên sâu, đề tài dừng lại ở việc thiết kế và chế tạo mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với tải trọng nhỏ, chưa thử nghiệm với tải trọng công nghiệp thực tế.
  • Hệ thống điều khiển mới chỉ tích hợp PLC và cảm biến tiệm cận đơn giản, chưa phát triển phần mềm giao diện giám sát điều khiển máy tính (SCADA/HMI) hay các thuật toán tối ưu hóa vị trí đỗ phức tạp.

Hướng phát triển

  • Nghiên cứu tích hợp hệ thống camera giám sát nhận diện biển số tự động và quét mã QR/thẻ từ tại trạm kiểm soát đầu vào.
  • Xây dựng phần mềm quản lý bãi đỗ xe thời gian thực trên máy tính để quản lý dữ liệu vị trí ô trống, thống kê doanh thu và tự động hóa điều phối thiết bị nâng chuyển tối ưu thời gian luân chuyển xe.
  • Mở rộng nâng cấp kết cấu cơ khí, tính toán lựa chọn động cơ servo và hệ thống nâng cáp/xích công nghiệp nhằm phát triển mô hình ứng dụng thực tế quy mô lớn.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo trực quan cho:

  • Sinh viên ngành Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí, Tự động hóa: Tham khảo quy trình thiết kế cơ cấu nâng chuyển đa trục, tính chọn bộ truyền vít me - đai ốc, lập bảng kê định mức linh kiện cơ điện tử và phương pháp đấu nối điều khiển động cơ với PLC.
  • Người học và kỹ sư thiết kế CAD/CAE: Tham khảo các bước quản lý dự án Project, ràng buộc lắp ráp chi tiết (Assembly), tạo video phân rã mô hình (Presentation), mô phỏng động học bằng Inventor Studio và thực hiện bài toán phân tích ứng suất tĩnh (Stress Analysis Simulation) trên phần mềm Autodesk Inventor.

Câu hỏi thường gặp

1. Khung chịu lực của mô hình nhà để xe sử dụng loại vật liệu nào và vì sao tác giả lựa chọn vật liệu đó?
Tác giả lựa chọn thanh nhôm định hình kích thước tiết diện 20x20 mm kết hợp với các tấm gỗ ép dán gia công. Vật liệu nhôm định hình được chọn vì có gân tăng cứng và khoang rỗng giúp chịu lực tốt, trọng lượng nhẹ, tính thẩm mỹ cao, không cần hàn nối (sử dụng ke góc và bulông chuyên dụng), dễ dàng lắp ghép và có giá thành phù hợp hơn so với nhôm 40x40 mm hoặc khung sắt.

2. Kết quả phân tích ứng suất của thanh nhôm ngang trên Autodesk Inventor đạt hệ số an toàn là bao nhiêu?
Khi tiến hành phân tích ứng suất cho thanh nhôm định hình nằm ngang dài 470 mm chịu tác dụng của tải trọng 15 N đặt tại điểm giữa hướng từ trên xuống, phần mềm Autodesk Inventor cho kết quả hệ số an toàn $\text{Safety Factor} = 15$. Giá trị này lớn hơn rất nhiều so với ngưỡng an toàn quy định ($\text{Safety Factor} > 1$), chứng minh thanh ngang đáp ứng yêu cầu chịu lực.

3. Mô hình có quy mô lưu trữ bao nhiêu xe và kích thước khoang đỗ được tính toán cho dòng xe nào?
Mô hình gồm 2 tầng với tổng cộng 6 ô chứa xe (mỗi tầng 3 ô). Kích thước thiết kế được tính toán dựa trên quy cách thu nhỏ của dòng xe ô tô 7 chỗ, gồm chiều dài cơ sở 100 mm, chiều rộng cơ sở 60 mm, chiều cao cơ sở 70 mm và chiều cao khoang đỗ tối thiểu là 100 mm.

4. Cụm truyền động 3 trục của mô hình sử dụng những cơ cấu cơ khí và thiết bị điều khiển nào?
Cụm truyền động 3 trục X, Y, Z sử dụng hệ thống trục vít me - đai ốc kết hợp với thanh trượt dẫn hướng tròn thép C45 (mã C-MTSR5-500), con trượt SCS8U, bạc trượt LHBB8, gối đỡ trục KP08 và SHA8_B. Hệ thống sử dụng 3 động cơ giảm tốc DC 24V, 8 cảm biến tiệm cận và được điều khiển bởi bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi FX3U-24MT dùng nguồn tổ ong 24VDC.

5. Thực trạng diện tích bãi đỗ xe và tỷ lệ đáp ứng nhu cầu đỗ xe tại Hà Nội được tác giả dẫn chứng như thế nào?
Theo số liệu thống kê trong khóa luận, Hà Nội có 129 điểm gửi xe công cộng với tổng diện tích 22,94 ha và sức chứa 5.863 xe ô tô (gồm 123 điểm hè phố 70.430 $\text{m}^2$ và 6 điểm khuôn viên 158.984 $\text{m}^2$). Tổng diện tích này chỉ chiếm 0,45% quỹ đất giao thông tĩnh và chỉ đáp ứng được 15% đến 20% nhu cầu đỗ xe thực tế của toàn thành phố.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Nghiên cứu thiết kế, thi công cơ khí và truyền động cơ khí cho mô hình nhà để xe tự động" của tác giả Trần Quốc Việt đã hoàn thành việc thiết kế, kiểm nghiệm độ bền kết cấu và thi công mô hình bãi đỗ xe thông minh 2 tầng 6 vị trí. Đề tài đã ứng dụng phương pháp mô phỏng số học trên Autodesk Inventor để phân tích ứng suất tĩnh và mô phỏng chuyển động động học trước khi chế tạo thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên khối ngành Cơ khí - Tự động hóa trong việc nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống lưu trữ, nâng chuyển xe tự động phục vụ đô thị hiện đại.