Thiết kế, thi công xe đa dụng cắt cỏ, phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa

Chia sẻ: Liễu Yêu Yêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Thiết kế, thi công xe đa dụng cắt cỏ, phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa" được thực hiện nhằm sáng tạo ra sản phẩm có thể hỗ trợ, giúp đỡ cho người nông dân, để có thể bảo vệ sức khỏe, tăng năng suất lao động, hạn chế sức lao động, cải thiện đời sống cho người nông dân. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế, thi công xe đa dụng cắt cỏ, phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa

THIẾT KẾ, THI CÔNG XE ĐA DỤNG CẮT CỎ, PHUN THUỐC TRỪ SÂU ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Phạm Việt Hưng1 1. Email: hungpv@tdmu.edu.vn TÓM TẮT Trong nông nghiệp, máy móc và công cụ được đưa vào sử dụng để giảm thiểu sức lao động của con người. Với khối lượng công việc lớn và môi trường làm việc khắc nghiệt, nghiên cứu này tạo ra sản phẩm xe đa năng cắt cỏ và máy phun thuốc trừ sâu hoạt động linh hoạt trên cùng một bộ khung, sử dụng động cơ xe gắn máy một xy lanh dẫn động tới trục quay lưỡi cắt, vận hành hệ thống phun sương với bốn vòi phun. Sản phẩm được điều khiển từ xa đảm bảo an toàn và giảm bớt sức lao động của con người. Bên cạnh đó, chiều cao lưỡi cắt có thể tùy chỉnh phù hợp với nhiều nhu cầu sử dụng. Kết quả thực nghiệm cho thấy xe có thể chuyên chở tổng khối lượng 80 kg, thời gian hoạt động hai giờ tùy thuộc vào dung lượng thùng chứa nhiên liệu được lắp đặt, xe hoạt động được trên nhiều địa hình và có độ bền cao. Sản phẩm đáp ứng được nhu cầu thực tế của người nông dân. Từ khóa: máy nông nghiệp, điều khiển từ xa, động cơ đốt trong. 1. GIỚI THIỆU Trong thế giới hiện đại ngày nay, hàng loạt phát minh về công nghệ kĩ thuật ra đời đã từng bước nâng cao chất lượng cuộc sống của con người. Tuy nhiên đối với ngành nông nghiệp Việt Nam, phần lớn nông dân vẫn sản xuất theo hình thức thủ công là chính. Họ chủ yếu sử dụng sức lao động của bản thân, tiếp xúc trực tiếp với các hóa chất độc hại như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ. Sản phẩm, thành quả lao động phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố thời tiết. Tôi có thể hiểu rõ nhất sự vất vả, cực khổ, sự khó khăn, cơ cực của gia đình làm nông. Vì muốn vận dụng những kiến thức của mình để có thể nghiên cứu, sáng tạo ra sản phẩm có thể hỗ trợ, giúp đỡ cho người nông dân nên tôi đã có ý tưởng thực hiện đề tài “Nghiên cứu, chế tạo xe đa dụng cắt cỏ, phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa” để có thể bảo vệ sức khỏe, tăng năng suất lao động, hạn chế sức lao động, cải thiện đời sống cho người nông dân. Đối tượng là những người lao động phổ thông, người làm nông chưa quan tâm đến máy móc công nghệ chính vì thế mà đề tài nghiên cứu của tôi được ra đời nhằm mục đích bảo vệ sức khỏe cho con người, nâng cao chất lượng cuộc sống. Mặc dù nhu cầu về cắt cỏ và phun thuốc đối với một đất nước chủ yếu là nông nghiệp như đât nước của chúng ta là rất cần thiết, công việc cắt cỏ hay phun thuốc chủ yếu bằng các máy móc cần con người trực tiếp vận hành (Phạm Đăng Phước, 2008). Cho đến nay, từ những thông tin thu thập qua các tạp chí khoa học và công nghệ, các công việc này hầu hết hiện nay là sử dụng máy cắt cỏ cầm tay, máy cắt cỏ đẩy tay, máy phun thuốc đeo trên lưng phần lớn máy móc chưa được đưa vào thay thế người lao động, người lao động vẫn thực hiện bằng tay hoặc các cỗ máy cắt cỏ được cải tiến sử dụng điện để giảm bớt rung động tác động lên người lao động. Nghiên cứu 105
trong nước về xe đa dụng cắt cỏ, phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa hiện nay chưa có, chỉ có các dự án đơn lẻ nghiên cứu về xe cắt cỏ hoặc phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa. Trong nước ta một số ít các công ty nghiên cứu về máy cắt hay may phun thuốc như (Hình 1) là một sản phẩm của một công ty Việt Nam, có khả năng tự làm việc theo tuyến đường đã định mà không cần con người phải thực hiện trực tiếp. Do đó, RG150 sẽ giúp bà con tránh xa được sự độc Hình 1: Xe phun thuốc trừ sâu điều khiển hại từ thuốc trừ sâu. từ xa RG150 [https://globalcheck.com.vn/] Với nghiên cứu của tập đoàn máy bay không người lái XAG đã cho ra Robot P- Globalcheck 150 ( RG150) như (Hình 2). Xe Mặt đất Không người lái RG150 được sinh ra để phục vụ cho thế hệ nông nghiệp với các hệ thống không người lái. Khả năng vận hành mạnh mẽ và nhiều chế độ hoạt động. Bảo vệ cây trồng chính xác, do thám Hình 2 khung của xe RG150 địa hình đến giao vật liệu tại nông trại, nó [https://www.xa.com] cung cấp các giải pháp tự quản. Xe bốn bánh, tối đa mô-mên xoắn ở 1000N/m. Trọng tải 150 kg; đường kính quay đầu 0.7 mét; bể chứa chất lỏng đạt 100 lít, tối đa chiều phun 12 mét, lưu lượng định mức (bơm kép) 4.8l/phút Pan -Tilt thông minh, phun đa hướng độ nghiêng chảo truyền động trực tiếp không chổi than với con quay hồi chuyển. Tự động duy trì góc phun, tạo điều kiện cho việc phun điểm cũng như phủ sóng 360° được thể hiện như (Hình 3). Hình 3: Xe chống nước và chống bụi[https://www.xa.com] Để tích hợp được hai tính năng vừa cắt cỏ và phun thuốc trừ sâu trên một cỗ máy. Trên cơ sở thiết kế cơ khí để lọc ra các phương án và tính toán các chi tiết khung sườn cùng với kiến thức về điện- điện tử để lựa chọn các linh kiện, hệ thống dẫn động mô hình, hệ thống dẫn động lưỡi cắt, sử dụng điện được tối ưu nhất từ quá trình sinh công khi động cơ làm việc, lắp đặt hệ thống điện an toàn. Từ đó tạo ra sản phẩm đảm bảo yếu tố kỹ thuật và điều kiện vận hành thực tế. Mô hình phải vận hành tốt ở khoảng cách 45m ( từ người điều khiển đến mô hình), lượng thuốc trừ sâu mang theo để mô hình hoạt động ổn định nhất và phun liên tục phải đạt được 30phút/ lần nạp, giúp con người tránh xa được các chất hóa học và vệ sức khỏe, mô hình có thể hoạt động liên tục không phụ thuộc vào thời tiết, tăng năng suất làm việc cải thiện chất lượng cuộc sống. 106
Sản phẩm sau khi hoàn thiện đạt các yêu cầu như sau: tính toán các thông số kỹ thuật của xe và có bản vẽ 2D, 3D; phạm vi hoạt hoạt động tốt trong phạm vi bán kính 45m; lưu lượng thuốc trong bình cung cấp đảm bảo 30p/ lần nạp; phạm vi hoạt động được trên nhiều địa hình; khả năng chống nước của hệ thống điện- điện tử; tốc độ của lưỡi dao cắt cỏ tự điều chỉnh được. 2. NỘI DUNG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO. 2.1 Tính toán, thiết kế khung sườn. Việc thiết kế và tính toán khung xe đặc biệt quan trọng, đòi hỏi phải có sự trải nghiệm thực tế từ các sản phẩm tương tự, để từ đó có những điều chỉnh hợp lý. Bài báo sử dụng phần mềm solidwork để giải quyết vấn đề đó. Khung sườn sử dụng sắt vuông 30mm, dày 1mm, có thể chịu được tải trọng của thùng chứa thuốc trừ sâu khi di chuyển và có thế tách rời khỏi mô hình khi động cơ gặp vấn đề (Hình 4) Hình 4: Khung đỡ thùng chứa thuốc trừ sâu (Nguyễn Văn Phụng, 2006). Thay bánh xe bằng bộ xích băng chuyền giúp mô hình hạ trọng tâm, tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường giúp tăng tính ổn định khi cắt cỏ và sự rung lắc mô hình do chất lỏng bên trong thùng chứa sinh ra khi di chuyển (Hình 5). Hình 5: Xích tải băng chuyền Sau khi đã mô phỏng khung sườn, tôi tiến hành bố trí các chi tiết lên xe để hình dung và chuẩn bị cho khâu chế tạo thực tế (Hình 6). Hình 6: Xe đa dụng cắt cỏ, phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa 2.2 Các thiết bị lắp đặt trên mô hình. Bộ chỉnh áp cho máy bơm phun sương 12V giúp tăng hay giảm lượng nước cho phù hợp (Hình 7). Máy bơm mini 12V, 60W Nối chuyển nhanh 12 - 8mm Ống dây dây phun sương PS 8mm Lọc cặn Đầu nối chữ T nhựa nối ống 8mm Ống Dây Áp Lực PU 12mm Co chữ C Phun sương Béc phun 107
Hình 7. Hệ thống phun thuốc trừ sâu Bộ tay cầm điều khiển từ xa (Hình 8) Sử dụng nguồn 6 – 15V Điều khiển được 6 động cơ đảo chiều Sử dụng băng tần 2.4 GHZ Phạm vi hoạt động 40 – 50m Hình 8: Bộ tay cầm điều khiển từ xa Động cơ xe máy 1 xylanh (hình 9) Hộp số 4 cấp. Dung tích xylanh 110cc. Số vòng quay sinh ra (vòng/phút) có thể điều chỉnh được. Hình 9: Động cơ xe máy 1 xylanh [https://www.google.com/] Hai mô tơ dẫn động xích tải (Hình 10). Điện áp: 12V - 24V. Công suất: 100W. Số vòng quay: 50 vòng/ phút Hình 10: Mô tơ dẫn động 108
Bảng 11: Sơ đồ xử lý tín hiệu 2.3 Tính toán kiểm nghiệm các điều kiện vận hành của xe. 2.3.1 Động học của xe cắt cỏ Hình 12: Sơ đồ động học của xe cắt cỏ Cấu trúc của xe cắt cỏ bao gồm: Khung xe, hai bánh xe chủ động (nhông lớn phía trước truyền động) được điều khiển độc lập bởi hai motor điện, sáu bánh xe bị động (hai nhông lớn phía sau và bốn nhông nhỏ dẫn động) được liên kết với nhau bằng đai xích giúp xe di chuyển có độ bám đường tốt (Nguyễn Hữu Huế, 2000). Giả thiết rằng, hai bánh chủ động có cùng bán kính r và cách nhau một khoảng là 2b, trọng tâm của xe nằm ở điểm C là tâm hình học của xe, tâm quay của xe tại điểm P là giao của một đường thẳng đi qua giữa xe theo phương từ trước đến sau và trục của hai bánh lái xe, khoảng cách giữa hai điểm C và P được ký hiệu là d, Pa là một điểm theo dõi gắn liền với xe có tọa độ (Xa,Ya) cách điểm P một khoảng La. Vị trí của xe trong hệ tọa độ toàn cục XOY được quy định bởi vector 𝑞 = [Xp Yp ∅]T . Trong đó, XP là tọa độ của điểm P trong hệ tọa độ toàn cục và 𝜃 là hướng của hệ tọa độ toàn cục X0 Y0 gắn với mặt sàn xe. Xem xét một hệ thống có không gian cấu hình n chiều với một vector tọa độ tổng 𝑞 = [XP YP]T và trên xe có m ràng buộc của công thức sau: 𝐴(𝑞) . 𝑞’ = 0 (1) Trong đó: 𝐴(𝑞) ∈ 𝑅 mxn là ma trận liên quan với các các ràng buộc nonholonomic. 𝑆(𝑞) ∈ 𝑅 nx(n-m) được định nghĩa là một ma trận xếp hạng, được hình thành bởi một tập hợp của các trường hợp vector trơn tru và tuyến tính độc lập, bao trùm không gian giá trị của 𝐴(𝑞) . Như vậy, kết quả của phép nhân các ma trận có thể được viết như sau: 𝐴(𝑞) . 𝑆(𝑞) = 0 (2) 109
Gọi 𝑧 ∈ 𝑅 m.n là một vector vận tốc Vector vị trí của điểm trọng tâm của xe 𝐶 (XC,YC) trong hệ tọa độ Decac XOY được định nghĩa là: 𝑞C = [XC YC ∅C]T (3) Với giả thuyết các bánh xe lái lăn hoàn toàn và không trượt. Đối với các xe có ràng buộc nonholonomic (m = 3) có thể được viết như sau: X’P. 𝑆𝑖𝑛∅ − Y’P. 𝐶𝑜𝑠∅ = 0 (4) X’P. 𝐶𝑜𝑠∅ + Y’P. 𝑆𝑖𝑛∅ + 𝑏. ∅’ = 𝑟. 𝜃’rw (5) X’P. 𝐶𝑜𝑠∅ + Y’P. 𝑆𝑖𝑛∅ − 𝑏. ∅’ = 𝑟. 𝜃’lw (6) Từ (4), (5), (6), ma trận ràng buộc trong biểu thức (1) có thể viết lại: 𝑠𝑖𝑛∅ −𝑐𝑜𝑠∅ 0 0 0 𝐀(𝑞) = [ 𝑐𝑜𝑠∅ 𝑠𝑖𝑛∅ 𝑏 −𝑟 0 ] (7) 𝑐𝑜𝑠∅ 𝑠𝑖𝑛∅ −𝑏 0 −𝑟 và: q = [XP YP ∅ 𝜃rw 𝜃lw]T (8) Ma trận không gian 𝑆(𝑞) của 𝐴(𝑞) vào biểu thức (2) là: 𝑐. 𝑏. 𝑐𝑜𝑠∅ 𝑐. 𝑏. 𝑐𝑜𝑠∅ 𝑐. 𝑏. 𝑠𝑖𝑛∅ 𝑐. 𝑏. 𝑠𝑖𝑛∅ 𝑨= 𝑐 −𝑐 (9) 1 0 [ 0 1 ] với c=r/2b 𝜃’rw : Vận tốc góc của nhông phải 𝜃’lw : Vận tốc góc của nhông trái Từ những ràng buộc trong biểu thức (3.1), tồn tại một vector vận tốc góc: 𝑧 = [ωrw ωlw]T = [𝜃’rw 𝜃’lw]T (10) Như vậy: q’= S(q).z(t) (11) 2.3.2 Động lực học cho xe cắt cỏ Vị trí của robot di động trong tạo độ toàn cục là XOY có thể được xác định bởi vị trí của trọng tâm khối lượng của xe, ký hiệu là C, hoặc có thể được xác định bởi vị trí P và góc ∅. Động năng toàn bộ của xe được xác định ra bởi phương trình sau: Trong đó: 𝐾l :là động năng của chuyển động thẳng của xe 𝐾r :là động năng của chuyển động quay của xe khi chuyển hướng. 𝐾rwm :là động năng của chuyển động quay của hai nhông xe truyền động và roto của động cơ. 𝐾t :là động năng của chuyển động xoay của trục động cơ cắt và dao cắt. Giá trị của các động năng trên được tính theo các công thức 1 1 2 𝐾𝑙 = . 𝑀. 𝑣𝑐2 = . 𝑀. (𝑋 ′ 𝑐 + 𝑌′2𝑐 ) (12) 2 2 110
1 𝐾𝑟 = . 𝐼𝑤 . ∅′2 (13) 2 1 1 1 2 2 𝐾𝑟𝑤𝑚 = . 𝐼𝑤 . ∅′2𝑟𝑤 + . 𝐼𝑤 . ∅′2𝑙𝑤 = . 𝐼𝑤 . (∅′ 𝑟𝑤 + ∅′ 𝑙𝑤 ) (14) 2 2 2 1 𝐾𝑡 = . 𝐼𝑡 . ∅′2𝑡 (15) 2 Trong đó: M: là khối lượng của xe. 𝐼P: là momen quán tính của xe về một trục thẳng đứng qua tâm P. 𝐼w : là momen quán tính của mỗi nhông xe. 𝐼t : là momen quán tính của của trục động cơ cắt và dao cắt. 𝜃’t : là vận tốc góc của dao cắt. Bên cạnh đó ta có vận tốc dài của xe tại điểm P tính theo vận tốc góc của nhông xe thì được tính theo công thức: 𝑟 𝑋′𝑃 = 2 . (∅′ 𝑟𝑤 + ∅′ 𝑙𝑤 ). 𝑐𝑜𝑠∅ (16) 𝑟 𝑌′𝑃 = 2 . (∅′ 𝑟𝑤 + ∅′ 𝑙𝑤 ). 𝑠𝑖𝑛∅ (17) 𝑟 ∅′ = 2𝑏 . (∅′ 𝑟𝑤 − ∅′ 𝑙𝑤 ) (18) Ta có mối liên hệ về vận tốc dài của xe tại điểm P và C như sau: 𝑋′𝐶 = 𝑋′𝑃 − 𝑑. ∅′ . 𝑠𝑖𝑛∅ 𝑌′𝐶 = 𝑌′𝑃 − 𝑑. ∅′ . 𝑐𝑜𝑠∅ Từ đó suy ra: 𝑟 𝑋′𝐶 = 2 . (∅′ 𝑟𝑤 + ∅′ 𝑙𝑤 ). 𝑐𝑜𝑠∅ − d. ∅′ . 𝑠𝑖𝑛∅ (19) 𝑟 𝑌′𝐶 = 2 . (∅′ 𝑟𝑤 + ∅′ 𝑙𝑤 ). 𝑠𝑖𝑛∅ − d. ∅′ . 𝑐𝑜𝑠∅ (20) Thế tất cả các công thức (15) đến (20) vào công thức (14) ta có tổng động năng của xe được tính theo công thức sau: 𝑀.𝑟 2 (𝐼𝑃 +𝑀.𝑑2 ).𝑟 2 𝐼𝑤 𝑀.𝑟 2 (𝐼𝑃 +𝑀.𝑑2 ).𝑟 2 𝐼𝑤 𝐾(∅′ 𝑟𝑤 , ∅′ 𝑙𝑤 , ∅′ 𝑡 ) = ( + + ) . ∅′2𝑟𝑤 + ( + + ) . ∅′2𝑙𝑤 + 8 8.𝑟 2 2 8 8.𝑟 2 2 𝑀.𝑟 2 (𝐼𝑃 +𝑀.𝑑2 ).𝑟 2 𝐼𝑤 1 ( − + ) . ∅′ 𝑟𝑤 . ∅′ 𝑙𝑤 + 2 . 𝐼𝑡 . ∅′2𝑡 (21) 4 4.𝑟 2 2 Qua phép biến đổi Lagrange ta được công thức xác định ngoại lực tác động vào xe như sau: 𝑑 ∂𝐾 ∂𝐾 .( )− = 𝜏𝑟𝑤 − (𝜆1 . ∅′ 𝑟𝑤 + 𝜏𝑟𝑐 (22) 𝑑𝑡 𝜕.∅′ 𝑟𝑤 𝜕.∅𝑟𝑤 𝑑 ∂𝐾 ∂𝐾 .( )− = 𝜏𝑙𝑤 − (𝜆1 . ∅′ 𝑙𝑤 + 𝜏𝑙𝑐 ) (23) 𝑑𝑡 𝜕.∅′ 𝑙𝑤 𝜕.∅𝑙𝑤 𝑑 ∂𝐾 ∂𝐾 .( )− = 𝜏𝑡 − (𝜆2 . ∅′ 𝑡 + 𝜏𝑡𝑐 ) (24) 𝑑𝑡 𝜕.∅′ 𝑡 𝜕.∅𝑡 Trong đó: 𝜏rw : là momen xoắn của bánh phải; 𝜏lw : là momen xoắn của bánh trái; 𝜏t : là momen 111
xoắn của trục động cơ cắt 𝜆1; 𝜃rw : là momen xoắn do ma sát động cơ phải 𝜆1; 𝜃lw : là momen xoắn do ma sát động cơ trái 𝜆2; 𝜃t : là momen xoắn do ma sát động cơ cắt; 𝜏rc :là momen xoắn do ngoại lực tác động lên bánh phải; 𝜏lc :là momen xoắn do ngoại lực tác động lên bánh trái; 𝜏tc :là momen xoắn do ngoại lực tác động lên động cơ cắt; sau khi biến đổi Lagrange ta có phương trình động lực học của xe như sau: 𝐴. 𝜃’’rw + 𝐵. 𝜃’’lw = 𝜏rw − (𝜆1 . 𝜃’𝑟𝑤 + 𝜏rc) (25) 𝐵. 𝜃’’rw+ 𝐴. 𝜃’’lw = 𝜏lw − (𝜆1 . 𝜃’lw + 𝜏lc) (26) 𝐼t . 𝜃’t . (1 – 𝜃’’t) = 𝜏t − (𝜆2 . 𝜃’t + 𝜏tc) (27) Trong đó: 𝑀. 𝑟 2 (𝐼𝑃 + 𝑀. 𝑑 2 ). 𝑟 2 𝐴=( + + 𝐼𝑤 ) 4 4. 𝑏 2 𝑀. 𝑟 2 (𝐼𝑃 + 𝑀. 𝑑 2 ). 𝑟 2 𝐵=( − ) 4 4. 𝑏 2 2.3.3 Tính toán động cơ truyền động Động cơ truyền động (motor điện) được lắp vào hai nhông truyền động để di chuyển xe thực hiện chuyển động cắt cỏ. Công suất của động cơ cần được tính toán đủ lớn để có thể di chuyển được xe cắt cỏ. Muốn vậy, motor điện cần phải tạo ra momen xoắn để có thể thắng tất cả momen cản trở sự di chuyển của xe. Công suất của motor điện được tính toán theo công thức (29) Pdc = 𝜏 . 𝜃’ (28) Trong đó: 𝑃dc : là tổng công suất của hai động cơ 𝜏 = 𝜏rw + 𝜏lw : là tổng momen xoắn của hai bánh xe truyền động 𝜃’ = 𝜃’rw = 𝜃’lw: là vận tốc góc của hai bánh xe Ta có: 𝜏 = 𝜏rw + 𝜏lw = A.𝜃’’rw + B.𝜃’’lw + b.𝜃’’rw + A.𝜃’’lw + ( 𝜆1.𝜃’rw + 𝜏rc) + (𝜆1. 𝜃’lw + 𝜏lc) 𝜏 = 𝜏rw + 𝜏lw = A.𝜃’’rw + B.𝜃’’lw + b.𝜃’’rw + A.𝜃’’lw + 𝜏C (29) Với 𝜏C = (𝜆1.𝜃’rw + 𝜏rc) + (𝜆1. 𝜃’lw + 𝜏lc) : tổng momen cản tác động lên trục motor. Ta có: 𝜏C = MK1 (30) (MK1 là momen kéo của bánh truyền động) Hình 13: Hệ lực tác động lên xe cắt cỏ 112
Để xác định momen kéo của nhông xe ta phân tích hệ lực tác động lên xe khi xe ở trạng léo dốc như (Hình 13). Trong đó: PG : trọng lượng toàn bộ của xe cắt cỏ. Trọng lượng này được phân ra làm hai thành phần: thành phần tạo ra lực cản của trọng lượng khi máy leo dốc FG và thành phần tạo ra áp lực lên mặt nền cỏ NG. FK3, Fk4 : lực kéo tiếp tuyến ở nhông xe chủ động. Đây là phản lực của mặt nền được sinh ra do momen kéo MK1 tác động vào mặt nền. FCN1, FCN2 : lực cản của nền (lực cản lăn) tác động lên nhông chủ động, bị động. FCM: lực cản của cỏ tác động vào xe. NG1, NG2: phản lực pháp tuyến của nền cỏ tác dụng lên nhông chủ động, bị động. MK3, Mk4: momen kéo của nhông xe truyền động. Ta có: MK3 = FK3 . r (31) MK4 = FK4 . r (32) MK34 = MK3 + MK4 (33) FK34 = FG + FCN1 + FCN2 + FCM (34) 𝐹𝐶𝑁1 + 𝐹𝐶𝑁2 = 𝐺. 𝑓. 𝑐𝑜𝑠𝛼 (35) 𝐹𝐺 = 𝐺. 𝑠𝑖𝑛𝛼 (36) Với FK34 : tổng các lực cản bên ngoài tác động lên xe. f : hệ số cản lăn G: trọng lượng toàn tải Sau khi tính toán, chọn động cơ điện có các thông số kỹ thuật sau: nguồn điện DC 12-24 V, dòng điện sử dụng 5 A, số vòng quay trục ra n = ndc = 50 vòng/phút, Công suất 100W, trọng tải là 80 kg để đạt tốc độ 5km/h. 2.3.4 Tính toán khả năng làm việc của mô hình Thời gian di chuyển của mô hình 𝑇.𝑃 𝐴𝐻 = (37) 𝑈.𝑝𝑓 Trong đó: AH = 6 dung lượng điện ắc quy. T = ? giờ: tổng thời gian hoạt động của bình P = 200 W: tổng công suất sử dụng U = 24 V: hiệu điện thế sử dụng pf = 0,7: hệ số công suất của bình (có giá trị 0,7 hoặc 0,8 tùy vào từng loại bình) 𝐴𝐻 5 𝑇= . 𝑈. 𝑝𝑓 = . 24.0, = 0,42 (𝑔𝑖ờ ) = 25,2 (𝑝ℎú𝑡) 𝑃 200 113
Vậy thời gian mô hình hoạt động là 25,2 ( phút ) 2.3.5 Tính toán lưu lượng bơm (Q) 𝑉 𝑄= (38) 𝑇 Trong đó: V=lít : Thể tích thuốc trừ sâu T= giờ : Thời gian phun thuốc trừ sâu Chọn loại béc phun thông thường là qb= lít/giờ, suy ra: 𝑄 𝑆ố 𝑏é𝑐 𝑝ℎ𝑢𝑛 = (𝑏é𝑐 ) , sau khi tính toán chọn 4 béc loại 8 l/h. 𝑞𝑏 Bảng 1: Bảng thông số kĩ thuật thực nghiệm Thơi gian làm việc thực tế 2h Trọng lượng 80kg Loại cỏ Thích hợp với nhiều loại cỏ Dao cắt Dạng thanh, xoay tròn Nguồn DC 12V - 24V Động cơ điện truyền động Công suất 100 W Độ rộng cắt 50cm Tốc độ di chuyển 5 km/h Động cơ cắt động cơ xe gán máy 1 xylanh Béc phun 4 béc loại 8 l/h Bộ phun thuốc trừ sâu Công suất 4 bar Phạm vi hoạt động Bán kính 0,7 m 4. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN (a) (b) Hình 14: Module ổn áp 12V Hình 14a - Module ổn áp 12V: Có khả năng tự ổn định điện áp cho dù đầu vào có cao hơn hoặc thấp hơn đầu ra nhưng đầu ra vẫn ổn định 12V. Hình 14b - Module kích hoạt relay bằng nút nhấn là module dùng để đóng ngắt điện, có cổng thường đóng, thường mở thích hợp cho các nhu cầu khác nhau. Trên module có sẵn 1 nút nhấn cơ và tích hợp ngõ ra 5V dùng để kích hoạt đóng/ ngắt relay ở trạn thái tự giữ (kích 1 lần đóng, kích lại lần nữa ngắt). 114
Hình 15: Tay cầm điều khiển Hình 16: Sơ đồ mạch điện khối cấp nguồn Hình 17: Mạch điện kết nối mô tơ bơm 115
Đề máy: Nhấn nút đề trên tay điều khiển → kích hoạt relay số 7 → relay số 12 đóng→ nguồn 12v từ accu qua tiếp điểm relay số 13 → đề → đề hoạt động. Tắt máy: Nhấn nút tắt máy trên tay điều khiển → nguồn 12V từ mạch tay cầm RC tới relay số 9 → relay số 9 đóng → IC tắt máy chạm mass → động cơ ngừng nổ. Bật bơm: Nhấn nút bơm trên tay cầm điều khiển → nguồn 12V từ mạch tay cầm RC tới relay số 8 → relay số 8 đóng → 2 cực nút nhấn của module kích hoạt relay số 12 được đóng → relay trong module kích hoạt relay đóng → bơm hoạt động. Tắt bơm: Nhấn thêm 1 lần nút bơm trên tay cầm điển khiển → 2 cực nút nhấn của module kích hoạt relay số 12 được đóng thêm lần nữa → relay trong module kích hoạt relay mở → bơm ngưng hoạt động. Xe không di chuyển: Khi xe không di chuyển, chân thường đóng của relay được nối mass→ 2 cực của motor nối mass, xe đứng yên không di chuyển được. Tiến trái: Ấn nút tiến trái → nguồn 12V kích hoạt relay số 1 → relay số 1 đóng, relay số 2 mở → nguồn âm 24V từ accu qua relay số 2 về motor, ngồn dương 24 v qua relay số 1 về chân com →chân nc module kích hoạt relay số 10 → về motor → xe tiến trái. Lùi trái: Ấn nút lùi trái → nguồn 12V kích hoạt relay số 2 → relay số 2 đóng, relay số 1 mở → nguồn dương 24V từ accu qua relay số 2 về motor, ngồn âm 24 v qua relay số 1 về chân com →chân nc module kích hoạt relay số 10 → về motor → xe lùi trái. Auto trái: Ấn nút auto trái → nguồn 12V kích hoạt relay số 3 → 2 cực nút nhấn của module kích hoạt relay số 10 được đóng → nguồn âm 24 từ relay số 2 tới motor, nguồn dương từ accu tới chân com → chân no tới motor xe tự động tiến trái. Tiến phải: Ấn nút tiến phải → nguồn 12V kích hoạt relay số 4 → relay số 4 đóng, relay số 5 mở → nguồn âm 24V từ accu qua relay số 5 về motor, ngồn dương 24 v qua relay số 4 về chân com →chân nc module kích hoạt relay số 11 → về motor → xe tiến phải. Lùi phải: Ấn nút lùi phải → nguồn 12V kích hoạt relay số 5 → relay số 5 đóng, relay số 4 mở → nguồn dương 24V từ accu qua relay số 5 về motor, ngồn âm 24 v qua relay số 4 về chân com →chân nc module kích hoạt relay số 11 → về motor → xe lùi phải. Auto phải: Ấn nút auto phải → nguồn 12V kích hoạt relay số 6 → 2 cực nút nhấn của module kích hoạt relay số 11 được đóng → nguồn âm 24 từ relay số 5 tới motor, nguồn dương từ accu tới chân com → chân no tới motor xe tự động tiến trái. 5. KẾT LUẬN Sản phẩm hoàn thiện đáp ứng được cơ bản các mục tiêu đề ra, giải quyết được những vẫn đề về an toàn lao động và sức khỏe con người. Với việc tích hợp hai công năng vào chung một khung giúp giảm được không gian bảo quản, cất giữ. Khả năng truyền động bằng xích giúp hạ trọng tâm khung sườn, tăng diện tích tiếp xúc giảm thiểu tối đa rung lắc khi vận hành. Đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo và điều khiển xe đa dụng cắt cỏ, phun thuốc điều khiển từ xa. 116
Xe đa dụng cắt cỏ, phun thuốc điều khiển từ xa có khả năng cắt và phun thuốc thay thế con người. Sự kết hợp giữa điện- điện tử sẽ là tiền đề để cải tiến hướng tới tự động hóa. Đề tài góp phần tạo ra sản phẩm giải pháp thay thế, bảo vệ sức khỏe người lao động. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đàm Quốc Tuấn, Giáo trình sửa chữa xe gán máy, Đại học Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, 2011. 2. Nguyễn Hữu Huế, Vẽ kỹ thuật cơ khí, Nhà xuất bản Giáo dục, 2000. 3. Đỗ Văn Dũng (2013). Điện động cơ và điều khiển động cơ, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh. 4. Đỗ Văn Dũng (2007). Hệ thống điện thân xe và điều khiển tự động trên ô tô, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh. 5. Nguyễn Văn Phụng (2006). Lý thuyết ô tô. 6. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2001). Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1, 2, Nhà xuất bản Giáo dục. 7. Phạm Đăng Phước (2008). Robot công nghiệp, Nhà xuất bản Xây dựng. 117