ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: Thiết kế hệ thống truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng hệ Chỉnh lưu – động cơ một chiều

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án: Thiết kế hệ thống truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng hệ Chỉnh lưu – động cơ một chiều... TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đồ án: Thiết kế hệ thống truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng hệ

Chỉnh lưu – động cơ một chiều

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Điện – trường Đại học SPKT Vinh đã dạy dỗ và trang bị cho em những

kiến thức chuyên ngành quý giá trong những năm học vừa qua Đặc biệt là Th.S

Vũ Anh Tuấn - Người đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài này

Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã giúp

đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình

Do trình độ và thời gian nghiên cứu có hạn chế, nên không tránh khỏi những thiếu sót, nhược điểm Vì vậy, em rất mong nhận được sự quan tâm, đóng góp ý kiến một cách thẳng thắn, chân thành của các thầy, cô giáo trong Khoa và độc giả

để đề tài ngày càng hoàn thiện, đầy đủ, có ý nghĩa cả trong lý luận và ngoài thực tiễn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Thắm

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN Hình 1-1: Hình dạng bên ngoài của máy doa 13

Hình1 -2 : Sơ đồ h ệ thốn g tru yền độ n g ăn d ao máy d o a 2620 ………18

Hình 2-1: Hệ truyền động T – Đ đảo chiều bằng dòng kích từ 23

Hình 2-2: Sơ đồ khối của hệ thống T – Đ nhờ đảo chiều dòng phần ứng 23

Hình 2-3: Sơ đồ khối của hệ thống T – Đ 24

Hình 2-4: Sơ đồ đặc tính của hệ T – Đ 26

Hình 2-5: Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng 28

Hình 2-6: Phương án cấp xung chỉnh lưu cầu một pha 29

Hình 2-7: Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng 30

Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế 31

Hình 2-9: Đồ thị chỉnh lưu Tiristor hình tia 3 pha 32

Hình 2-10: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL- Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế 34

Hình 2-11: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha 36

Hình 2-12: Sơ đồ mạch điều khiển riêng rẽ 40

Hình 2-13: Sơ đồ nối song song ngược của hệ thống CL – Đ 41

Hình 2-14: Mạch động lực các thiết bị bảo vệ 52

Hình 3-1: Sơ đồ khối khâu phát xung theo nguyên tắc pha đứng 56

Hình 3-2: Nguyên lý điều khển chỉnh lưu 58

Hình 3-3: Mạch tạo xung răng cưa và giản đồ thời gian 59

Hình 3-4: Mạch dùng hai Transitor 60

Hình 3-5: Đồ thị điện áp khâu tạo xung 61

Hình 3-6: Sơ đồ dùng IC khuếch đại thuật toán 62

Hình 3-7: Sơ đồ mạch tạo xung răng cưa 63

Hình 3-8: Sơ đồ mạch mạch so sánh 64

Hình 3-9: Giản đồ điện áp khâu so sánh 66

Hình 3-10: Sơ đồ nguyên lý mạch sửa xung 67

Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý mạch khuyếch đại và truyền xung 68

Hình 3-13: Giản đồ điện áp đầu ra của biến áp xung 69

Hình 3-14: Sơ đồ nguyên lý mạch truyền xung 71

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3-15: Sơ đồ tổng hợp mạch điều khiển của hệ thống 71

Hình 3-16: Hình chiếu lõi biến áp xung 74

Hình 3-17: Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi 76

Hình 3-18: Sơ đồ khối tạo điện áp chủ đạo 77

Hình 3-19: Sơ đồ khối phản hồi âm dòng điện 77

Hình 3-20: Khâu phản hồi tốc độ 79

Hình 3-21: Sơ đồ tổng hợp mạch khuếch đại trung gian 79

Hình 3-22: Sơ đồ chân IC TL 084 80

Hình 5-1: Sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu điều khiển 88

Hình 5-2: Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh lưu 89

Hình 5-3: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều 89

Hình 5-4: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều 90

Hình 5-5: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 91

Hình 7-1: Thư viện khối chuẩn của Simulink 100

Hình 7-2: Đồ thị mô tả phỏng bộ biến đổi của hệ thống 104

Hình 7-3: Kết quả mô phỏng hoạt động của động cơ điện một chiều……….105

Hình 7-4: Kết quả mô phỏng hoạt động của mạch vòng dòng điện Error! Bookmark not defined. Hình 7-5: Kết quả mô phỏng khâu phản hồi tốc độ của hệ truyền động 110

Hình 7-6: Kết quả mô phỏng khâu phản hồi tác động 111

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY DOA NGANG 2620A 12

1 Chức năng, công dụng của máy doa 12

2 Phân loại máy doa 12

3 Kết cấu của máy doa 2620A 13

4 Đặc điểm công nghệ 13

5 Yêu cầu đối với truyền động điện máy doa 14

5.1 Truyền động chính 14

5.2 Truyền động ăn dao 14

5.3 Thông số kỹ thuật 14

6 Các chế độ vận hành của máy 15

7 Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa 2620A 15

7.1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ 15

7.2 Độ trơn khi điều chỉnh 15

7.3 Độ ổn định tốc độ khi làm việc 15

7.4 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ 16

7.5 Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải 16

7.6 Yêu cầu hãm dừng chính xác 17

7.7.Yêu cầu về đảo chiều……….17

7.8 Yêu cầu về kinh tế 17

8 Sơ đồ truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 17

PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG 21

I KHÁI QUÁT CHUNG 21

II HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 22

1 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều 22

2 Một số hệ truyền động T – Đ 22

3 Sơ đồ khối hệ truyền động Tiristor – động cơ (T – Đ ) 24

3.1 Giới thiệu sơ đồ: 24

3.2 Nguyên lý làm việc 24

3.3 Họ đặc tính của hệ thống T – Đ 25

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4 Đánh giá chất lượng của hệ thống T – Đ 26

4.1 Ưu điểm: 26

4.2 Nhược điểm: 27

III LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠCH CHỈNH LƯU 27

1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha 28

1.1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng 28

1.1.1 Sơ đồ nguyên lý 28

1.1.2 Nguyên lý hoạt động 28

1.2 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng 29

1.2.1 Sơ đồ nguyên lý 29

1.2.2 Nguyên lý hoạt động 30

2 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha 30

2.1 Sơ đồ nối dây hình tia ba pha 30

2.2 Đặc điểm của sơ đồ hình tia ba pha 31

2.3 Nguyên lí làm việc 31

3 Sơ đồ hình cầu 33

3.1 Sơ đồ nguyên lý 33

3.2 Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu 34

3.3 Nguyên lí làm việc sơ đồ cầu 34

4 Kết luận 37

IV LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐẢO CHIỀU 37

V PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 39

1 Phương án điều khiển riêng rẽ (điều khiển độc lập) 39

2 Phương án điều khiển chung (phụ thuộc) 40

VI TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 41

1 Chọn động cơ truyền động 42

2 Các thông số cơ bản còn lại của động cơ 42

3 Tính chọn van động lực 43

4 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu 44

5 Tính chọn cuộn kháng cân bằng 46

6 Tính chọn cuộn kháng san bằng 47

7 Tính chọn thiết bị mạch bảo vệ 49

7.1 Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn 49

7.2 Bảo vệ quá dòng điện cho van 49

7.3 Bảo vệ quá điện áp cho van 51

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VII XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MẠCH LỰC 51

1.Giới thiệu thiết bị trong sơ đồ: 53

2 Nguyên lý làm việc của mạch động lực 53

PHẦN III: THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN 55

I KHÁI QUÁT CHUNG 55

II CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN 55

1 Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng 55

2 Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc (UJT ) 56

3 Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang 56

III PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN TẮC PHA ĐỨNG 56

1 Sơ đồ khối hệ thống điều khển theo nguyên tắc pha đứng 56

1.1 Giới thiệu sơ đồ 56

1.2 Nguyên lý làm việc 57

2 Các khâu cơ bản của một mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng 58

2.1 Mạch đồng bộ hóa và phát xung răng cưa (khâu đồng pha) 58

2.1.1 Sơ đồ sử dụng Transitor và tụ điện 59

2.1.2 Sơ đồ dùng hai transistor 60

2.1.3 Sơ đồ dùng IC khuếch đại thuật toán 62

2.2 Khâu so sánh 63

2.3 Khâu tạo xung 66

2.3.1 Mạch sửa xung 67

2.3.2 Mạch khuếch đại và truyền xung 68

IV TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 72

1 Tính chọn BAX 72

2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng 74

3 Tính chọn C2 và R11 74

4 Tính chọn tầng so sánh 75

5 Tính chọn khâu đồng pha (mạch đồng bộ hóa) 75

6 Tính chọn khâu tạo điện áp chủ đạo 75

V THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRUNG GIAN 75

1 Mạch tạo nguồn nuôi 76

2 Khối tạo điện áp chủ đạo 77

3 Khâu phản hồi âm dòng có ngắt 77

4 Khâu tổng hợp mạch vòng tốc độ 78

VI TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRUNG GIAN 80

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Tạo nguồn nuôi 80

2 Tính chọn các IC khuếch đại thuật toán 80

3 Tính chọn khâu phản hồi tốc độ 81

4 Tính chọn khâu phản hồi âm dòng điện 82

5 Hệ số khuếch đại của chỉnh lưu K  82

6 Hệ số khuếch đại động cơ KĐ 83

7 Hệ số khuếch đại trung gian KTG 83

PHẦN IV: XÂY DỰNG VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 86

1 Nguyên lý làm việc của mạch động lực 86

2 Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển 86

2.1 Nguyên lý ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ 86

2.2 Khả năng hạn chế phụ tải 87

2.3 Quá trình đảo chiều động cơ 87

2.4 Hãm dừng 87

PHẦN V: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG 88

I ĐẶT VẤN ĐỀ 88

II XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG 88

1 Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển 88

2 Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập 89

3 Bộ khuyếch đại tỷ lệ và máy phát tốc 91

4 Xây dựng sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống kín với phản hồi 91

4.1 Khảo sát chế độ động của hệ thống 91

4.2 Xây dựng hàm truyền của hệ thống 92

III XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG 91

1 Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ 91

2 Hàm truyền của khâu phản hồi âm dòng điện 91

3 Hàm truyền BBĐ của hệ thống 91

4 Hàm truyền động cơ một chiều 92

PHẦN VI: XÉT ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG 97

I XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG 97

1 Tiêu chuẩn ổn định đại số 97

1.1 Điều kiện cần để hệ thống ổn định: 97

1.2 Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz 97

2 Xét tính ổn định của hệ thống 97 PHẦN VII: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ CHẠY TRÊN PHẦN MỀN MATLAB 99

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I GIỚI THIỆU PHẦN MỀN MATLAB/SIMULINK 99

II THƯ VIỆN KHỐI CHUẨN CỦA SIMULINK 100

1 Thư viện các khối Sources (Khối phát tín hiệu): 100

2 Thư viện các khối Sinks 102

3 Thư viện các khối Continuous 103

4 Thư viện các khối Dicrete (tín hiệu rời rạc hay tín hiệu số Z) 104

5 Thư viện các khối Nonlinear (các khâu phi tuyến) 105

6 Thư viên khối Signal & System: 105

7 Thư viện chứa các khối toán học Math: 105

8 Thư viện chứa các khối Function & Tables: 106

9 Thư viện các khối mở rộng của Simulink: 107

III ỨNG DỤNG MATLAP KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG 107

1 Mô phỏng bộ biến đổi của hệ thống 107

2 Mô phỏng hoạt động của động cơ điện một chiều 107

3 Mô phỏng hoạt động của mạch vòng dòng điện 108

4 Mô phỏng khâu phản hồi tốc độ của hệ truyền động 110

5 Mô phỏng hệ thống khi có hai khâu phản hồi tác động 110

Kết luận 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

Cuộc cách mạng khoa học công nghệ ngày càng phát triển mạnh mẽ đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong lĩnh vực hiện đại hóa các trang thiết bị máy móc phục

vụ cho quá trình sản xuất Để đáp ứng được công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được sức lao động và tiết kiệm chi phí,

hạ giá thành thì việc thiết kế, tính toán để chế tạo máy móc là một khâu rất quan trọng đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững quy trình sản xuất của từng loại máy Đồng thời, dựa vào việc so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án nhằm mục đích đảm bảo được các máy móc thiết bị khi chế tạo ra là tối ưu nhất

Chính vì vậy, qua đợt làm đồ án tốt nghiệp này là một lần nữa giúp em có thêm cơ hội, thời gian để tìm hiểu và học tập một cách sâu hơn, cụ thể hơn về lý thuyết trang bị điện Đó chính là bài học kinh nghiệm quan trọng và vô cùng ý nghĩa đối với những kỹ sư tương lai như chúng em Nhận thức tầm quan trọng đó

em đã làm việc với tinh thần nghiêm túc, vận dụng những kiến thức của bản thân, những ý kiến đóng góp của bạn bè và đặc biệt là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của

Th.S Vũ Anh Tuấn đã giúp em khắc phục được những thiếu sót và yếu điểm của

mình

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế, bản đồ án này sẽ nghiên cứu “Thiết kế

hệ thống truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng hệ Chỉnh lưu – động cơ một chiều”

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán cụ thể như sau:

1 Giới thiệu về máy doa 2620A

2 Thiết kế mạch lực hệ truyền động

3 Thiết kế mạch phát xung điều khiển

4 Xây dựng và thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ truyền động

5 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động

6 Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

7 Mô phỏng hệ thống và chạy trên phần mềm Matlab

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY DOA NGANG 2620A

1 Chức năng, công dụng của máy doa

Máy doa ngang 2620A nằm trong nhóm máy cắt gọt kim loại thứ ba Đây là loại máy có vai trò quan trọng trong nền công nghiệp Loại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công sau:

- Nguyên công doa: Thường doa các lỗ hình côn, hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao

- Nguyên công tiện: Khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong, cắt mặt đầu, cắt ren Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục chính

- Nguyên công khoan: Khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thường nặng nề nhất

- Nguyên công phay: Phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong, phay mặt ngoài

2 Phân loại máy doa

Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ, công dụng và mức độ chuyên môn hoá khác nhau Ta có thể phân loại máy doa theo các cách sau:

- Phân loại theo chức năng, công dụng:

+ Máy khoan, khoét + Máy doa

- Phân loại theo chuyển động:

+ Doa đứng: Dao quay theo phương thẳng đứng + Doa ngang: Dao quay theo phương nằm ngang

- Phân loại theo mức độ trang bị điện:

+ Loại đơn giản: Thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc

độ về điện

+ Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng động cơ một chiều nhưng là hệ thống hở

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Loại phức tạp: Dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình Đây là loại máy doa gia công

có độ chính xác rất cao

- Phân loại theo trọng lượng của máy ta có:

+ Loại nhỏ: Trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn

+ Loại trung bình: Trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn

+ Loại lớn: Trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn

3 Kết cấu của máy doa 2620A

Thân máy: Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có

hai ụ

Ụ chính: Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so với thân máy

Động cơ trục chính được gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển được thực hiện nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao

Ụ trục phụ: Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn

dao hoặc bằng tay Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao

Bàn máy: Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải

4 Đặc điểm công nghệ

Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau

Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng Hình dạng của máy được mô tả như sau:

Hình 1-1: Hình dạng bên ngoài của máy doa

Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên đó có ụ trục chính 5 Trụ sau 2 có đặt giá

đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch