tổng hợp hệ điện cơ.thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giường

Truyền động chính Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất tốc độ lớn nhất trong hành trình ngợc và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy tốc độ thấp nhất trong hà

đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ

Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giờng.

Với thông số kĩ thuật:

- Bán kính qui đổi lực cắt về trục động cơ điện( ρ =v/ ω )

900[kg]

35[kN]

800[kg]

1

Chơng 1: Tổng quan về máy bào giờng

1.1 giới thiệu chung về máy bào giờng

1.1.1 khái niệm

Máy bào giờng là loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết Chiều dài bàn máy có thể từ 1,5m đến 2m Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể chia máy bào giờng làm 3 loại :

Máy cỡ nhỏ: Lb< 3m , Fk = 30 ữ 50 KN

Máy cỡ trung bình : Lb = 4 ữ 5m , Fk = 50 ữ 70 KNMáy cỡ lớn : Lb > 5m , Fk > 70 KN

Truyền động chính của máy bào là truyền động tịnh tiến qua lại của bàn máy Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo chu kỳ Mỗi chu

kỳ gồm hai hành trình thuận và ngợc Hành trình ngợc bàn máy chạy về vị trí ban đầu không cắt gọt nên gọi là hành trình không tải Cứ sau khi kết thúc hành trình ngợc thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lợng ăn dao Truyền động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong một hành trình không tải

Hình 1.1 Đồ thị tốc độ tối u của máy bào giờng

2

1.1.2 nguyên lý hoạt động của máy bào giờng

Hoạt động của nó nh sau:

Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc đến tốc độ

vo = 5 ữ 15 m/p (tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t1 Sau khi chạy ổn định với tốc độ vo trong khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết với tốc độ thấp để tránh làm sứt chi tiết) Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ

ổn định vo cho hết thời gian t2 thì tăng tốc độ đến vth ( tốc độ cắt gọt ) Trong thơì gian t5 bàn máy chuyển động với tốc độ vth và thực hiện gia công chi tiết Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến vo Sau đó bàn máy

đảo chiều sang hành trình ngợc đến tốc độ vng, thực hiện hành trình không tải,

đ-a bàn máy về vị trí bđ-an đầu Gần hết hành trình ngợc bàn máy giảm tốc độ sơ bộ

đến tốc độ vo, đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện một chu kỳ khác

Bàn dao đợc di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngợc sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết

Tck : thời gian của một chu kì làm việc của bàn máy

tth,tng :Thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận và ngợc

L :Chiều dài hành trình của bàn máy.

n=

dc ng dc

/

1

tdc :Thời gian đảo chiều của máy

Khi chọn vth thì năng suất phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều

tdc.Khi tăng k thì năng suất của máy tăng nhng khi k>3 thì năng suất tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều tdc lại tăng

Nếu chiều dài bàn máy Lb>3m thì tdc ít ảnh hởng đến năng suất mà chủ yếu

là k Khi Lb nhỏ vth lớn vth= 75 ữ 120 m/p thì tdc ảnh hởng nhiều đến năng suất

Do vậy một trong những điều chú ý khi thiết kế truyền động chính của máy bào giờng là phấn đấu giảm thời gian quá độ Một trong những biện pháp

đó là xác định tỉ số truyền tối u của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc,đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất

Xuất phát từ phơng trình chuyển động trên trục làm việc:

dt

d J i J M

m D

c

J i I

M i M

Mc M

M : Momen của động cơ lúc khởi động

Mc :Momen cản trên trục làm việc

Jm ,Jd :Momen quán tính của máy và động cơ

Nếu coi Mc= 0 thì:

Itu=

Jd Jm

Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạn chế bởi: -Lực động phát sinh trong hệ thống

-Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.

1.2 yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giờng

1.2.1 Truyền động chính

Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất (tốc độ lớn nhất trong hành trình ngợc) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận)

D = vmax/vmin= vngmax/vthmin

4

Trong chế độ xác lập , độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ không định mức đến định mức.

Quá trình quá độ khởi động , hãm yêu cầu xảy ra êm , tránh va chạm trong

bộ truyền với tác động cực đại

Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay

1.2.2.Truyền động ăn dao

Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì,trong mỗi hành trình kép làm việc một lần

Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao D = ( 100 ữ 200)/1

Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ

Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều cả ở chế độ

di chuyển làm việc và di chuyển nhanh

Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện khí, thuỷ lực, khí nén Thông thờng sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ : động cơ

điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng

5

Chơng 2 : chọn phơng án truyền động

Động cơ trong truyền động chính là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và

đảo chiều quay Nh vậy để thực hiện truyền động cho máy bào giờng ta có thể

có hai phơng án chính sau đây:

Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều có đảo chiều quay Dùng hệ truyền động: Bộ biến đổi - động cơ điện xoay chiều có điều chỉnh tốc độ

Sau đây ta sẽ đi phân tích hai loại truyền động này từ đó chọn ra một

ph-ơng án truyền động phù hợp

2.1:Hệ truyền động: Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều thực hiện đảo chiều bằng hai nguyên tắc sau:

Giữ nguyên chiều dòng phản ứng, đảo chiều bằng dòng kích từ

Giữ nguyên chiều dòng kích từ, đảo chiều dòng phần ứng

2.1.1: Hệ thống truyền động máy phát - động cơ điện một chiều

Hình 2-1: Sơ đồ truyền động máy phát động cơ điện mọt chiều

6

Hệ thống truyền động này thờng dùng cho máy cỡ trung bình

- Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phí lắp đặt,gây tiếng ồn

- Máy phát một chiều có từ d nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu tốc độ

2.1.2: Hệ chỉnh lu Thyristor - Động cơ điện một chiều.

Do chỉnh lu Thyristor chỉ dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển đợc khi mở và khóa theo điện áp lới cho nên truyền động van thực hiện đảo chiều khó khăn Cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển hệ truyền động T - Đ đảo chiều quay có yêu cầu an toàn cao và có điều khiển logic chặt chẽ

- Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều quay

+ Giữ nguyên chiều dòng điện phần và đảo chiều dòng kích từ động cơ + Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng

a) Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng, đảo chiều quay bằng

đảo chiều dòng kích từ

Hình 2-2: Sơ đồ truyền động đảo chiều bằng đảo chiều từ thông

7

Đ

Hệ thờng dùng cho công suất lớn và ít đảo chiều.

b) Hệ truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng trong khi từ thông động cơ đợc giữ không

đổi

Hình 2-3: Sơ đồ đảo chiều bằng đảo chiều điện áp

Hệ truyền động này thờng dùng trong hệ thống truyền động với công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp

c) Hệ truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng động cơ điều khiển riêng, dòng kích từ động cơ đợc giữ không đổi

Hình 2-4: Sơ đồ đảo chiều điẹn áp phần ứng

Hệ này dung cho mọi dải công suất có tần số đảo chiều lớn, an toàn

d) Hệ truyền động dùng hai bộ biến đổi mắc song song ngợc điều khiển chung

để đảo chiều quay động cơ, dòng kích từ giữ cố định

Hình 2-5: Sơ đồ đảo chiều điều khiển chung

8

Hệ truyền động này dùng cho dải công suất vừa và lớn, có tần số đảo chiều cao, nó thực hiện đảo chiều êm, nhng lại có kích thớc cồng kềnh do có thêm các cuộn kháng cân bằng, vốn đầu t lớn, tổn thất lớn.

e) Hệ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung

Hình 2-6: Sơ đồ truyền động đảo chiều

Hệ này dùng cho dải công suất vừa và lớn, có tần số đảo chiều lớn, thực hiện

đảo chiều êm, kích thớc cồng kềnh, tổn thất, vốn đầu t lớn

2 1 3 Các nguyên tắc điều khiển

Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển, có thể chia làm hai loại chính:a) Hệ truyền đông T - Đ đảo chiều điều khiển riêng

Khi điều khiển, hai bộ biến đổi làm việc độc lập, riêng rẽ đối với nhau Tại một thời điểm chỉ phát xung cho một bộ biến đổi còn bộ kia bị khóa do không

có xung điều khiển (hình 2-3) Loại mạch này loại bỏ đợc dòng cân bằng chạy quẩn giữa các van Vì vậy không cần dùng cuộn kháng cân bằng Song trong quá trinh đảo chiều cần có “thời gian chết” ( nhỏ nhất là vài ms) để cho các van của bộ này ngừng hoạt động kịp phục hồi tính chất khóa rồi mới bắt đầu phát xung điều khiển cho bộ kia hoạt động Vì vậy cần một khối logic đảo chiều tin cậy và phức tạp

Truyền động T-Đ đảo chiều điều khiển chung (hình 2 – 4)

9

Tại một thời điểm cả hai bộ điều khiển đều nhận đợc xung mở nhng luôn ở chế độ khác nhau Một mạch ở chế độ chỉnh lu, mạch còn lại làm việc ở chế độ nghịch lu

điện và ở các hệ truyền động có công suất lớn còn là xấu điện áp của nguồn và lới xoay chiều Hệ số cosϕ của hệ nói chung là thấp

2.2 Hệ truyền động: Bộ biến đổi - Động cơ điện xoay chiều

Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ ba pha Loại động cơ này đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Sự phát trển của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha mới đợc khai thác hết các u điểm của mình Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lu Thyristor - Động cơ

2.3 Tính chọn động cơ truyền động chính

2.3.1 Phụ tải truyền động chính

Phụ tải truyền động chính đợc xác định bởi lực kéo tổng Nó là 2 thành phần lực cắt và lực ma sát:

35 37453

1000 60

=

η

th th th

V F

70 1333

1000 60

V F

Do đó phải chọn động cơ có Pđm >Pttmax = 51 , 4

35

70 7 ,

=

th

ng th

V

V

Mặt khác, hệ thống phơng án truyền động đă chọn là hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu Đồng thời, trong thực tế, để động cơ làm việc an toàn, ngời ta phải dự trữ một hệ số an toàn cho động cơ

N: số đôi mạch nhánh song song

 2a =2; số nhánh song song của phần ứng

vc = 2U2sin(θ -

3

4 π)

ud

id

Va Vb Vc

Hoạt động của sơ đồ: Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua VF = vc ,

VG = vb

Khi θ = θ1 =

6

π + α cho xung điều khiển mở T1 Thyristor này mở vì va > 0

Sự mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì va > vc Lúc này T6 và

T1 cho dòng chảy qua Điện áp trên tải:

u d = u ab = va - vb

Khi θ = θ2 =

6

3 π + α cho xung điều khiển mở T2 Thyristor này mở vì khi

T6 dẫn, nó đặt v b lên anot T2 Khi θ = θ2 thì vb > vc Sự mở của T2 làm cho T6 bị khóa lại một cách tự nhiên vì vb > vc

Các xung điều khiển lệch nhau π/3 đợc lần lợt đa đến cực điều khiển của các Thyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, Trong mỗi nhóm, khi một Thyristor

mở nó sẽ khóa ngay tiristor dẫn dòng trớc nó:

Thời điểm θ1 =

6

π + α mở T1 khóa T5

α π

θ θ π

6 5

6

2 sin

2 2

Tính chọn tiristor dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn,

điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van đợc tính đến

nh sau

-Điện áp ngợc lớn nhất mà tiristor phải chịu

u

d nv nv

U K U K

220

=

dtv

K -hệ số dự trữ điện áp ,chọnK dtv = 1 , 8

) ( 5 , 414 3 , 230 8 ,

→

-Dòng điện trung bình của van :

d tb

Trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng điện hiệu dụng K hd = 1 / 3

) ( 3 , 95 286 3 / 1 3 /

tb i

I g

(mA )

U g

(V)

Ir Max (mA)

(V/

s)

T Max (C)

Trong đó

Uđm - Điện áp ngợc cực đại của van

Iđm - Dòng điện định mức của van

Ipik - Đỉnh xung dòng điện

Ig - Dòng điện xung điều khiển

Ug - Điện áp xung điều khiển

Ih - Dòng điện tự giữ

Ir - Dòng diện rò

∆U - Sụt áp trên tiristor ở trạng thái dẫn

du/dt - Tốc độ biến thiên điện áp

Tx - Thời gian chuyển mạch ( mở và khoá)

Tmax - Nhiệt độ làm việc cực đại

3.3 Tính toán MBA chỉnh lu

3.3.1 Tính các thông số cơ bản

Chọn MBA 3 pha, 3 trụ sơ đồ

đấu dây ∆ /Y làm mát bằng không khí tự nhiên

- Điện áp pha sơ cấp MBA:U 1 =380(V)

- Điện áp pha thứ cấp MBA

Phơng trình cân bằng điện áp khi có tải

Udocosαmin=Ud+2∆U v+∆U dn+ ∆ba

α min=100 là góc dự trữ khi có suy giảm diện áp lới

∆Uv=2(V):sụt áp trên van

∆Udn=0: sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆U r + ∆U x sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA

Chọn sơ bộ :

∆Uba=6%.220 =13,2(V)

Thay số ta có :

) ( 9 , 240 10

cos

2 , 13 0 0 , 2 2 2220 cos

2

0 min

Ku- hệ số điện áp của sơ đồ

) ( 103 /

6 3

9 , 240

) ( 234 286 3

103

1

2 2

U

U I K

Kq - Hệ số phụ thuộc vào phơng thức luôn mát Kq=6.

m - Số trụ của MBA ,m=3

f - Tần số nguồn xoay chiều f=50(hz)

Thay số:

Qfe= 6 129 ( )

50 3

Chuẩn hoá đờng kính trụ theo tiêu chuẩn: d=12 (cm)

Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5 (mm)

Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT=1(T)

Chọn tỷ số m=h/d=2,3 Suy ra h=2,3d=2,3 12 =28 (cm)

Vậy chọn chiều cao trụ 28 (cm)

3.3.3 Tính toán dây quấn

- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA

1 10 129 50 44 , 4

380

103 1

1

U U

(vòng)

Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA; với dây dẫn bằng đồng và loại MBA khô J = (2ữ2,75) A/mm2, chọn J=2,75A/mm2

- Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA

S1=

) ( 23 75 , 2

4 ,

4 ,

3.3.4 Kết cấu dây quấn sơ cấp

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ

- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp

e

g k b

h h

1 11

−

=

Trong đó

h- Chiều cao trụ, chọn chiều cao trụ=25cm

hg- Khoảng cách từ gồng đến cuộn dây sơ cấp, chọn sơ bộ

hg=1,5cm

kc- HÖ sè Ðp chÆt;ke= 0,95Thay sè

42 , 40 95 , 0 47 , 0

5 , 1 2 23

- TÝnh s¬ bé líp d©y ë cuén s¬ cÊp

2 , 3 41

Chän sè líp n11=4 (líp) Nh vËy chia thµnh 3 (líp) mçi líp cã 33 (vßng)

- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp

)(3,1895

,0

47.0.41

11

k

b W h

§êng kÝnh ngoµi cña cuèn s¬ cÊp

Dn1= D11+2.Bd1 = 12 + 2.0,464=12,93(cm)

§êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp

) ( 5 , 12 2

93 , 12 12 2

1 11

Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp: cdnl=1,0(cm)

3.3.5 KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp

- Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp

h1 = h2 =18,3(cm)

- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp

2 , 25 95 , 0 69 , 0

3 , 18

69 , 0 26

. 2

k

b W h

Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp :cd22= 0,1(mm)

BÒ dÇy cuèn thø cÊp

Bd2= ( a2+cd22) n12= (0,181 +0,01).1.4 =0,267(cm)

§êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp

Dn2 =Dt2 + 2.Bd2 = 15,03+2.0,267 = 15,56(cm)

Đờng kính trung bình của cuộn thứ cấp

) ( 3 , 15 2

56 , 15 03 , 15 2

2 2

3.3.6 Tính các thông số của máy biến áp

- Điện trở trong của cuộn sơ cấp MBA ở 750C

) 05 , 0 ) ( 23

) ( 05 , 52 02133 ,

l

) / (

02133 ,

= ρ

- Điển trở cuộn thứ cấp ở 750C

004 , 0 ) ( 85

) ( 3 , 17 02133 ,

l

- Điện trở của máy biến áp quy đổi về thứ cấp

) ( 01 , 0 ) 133

36 (

05 , 0 004 , 0 )

1

2 1

=

W

W R R

R ba

- Sụt áp trên điện trở biến áp

) ( 86 , 2 286 01 , 0

1 2

2

3 ).(

.(

) (

qd ba

B B a h

r W X

3

438 , 0 54 , 0 01 , 0 ).(

147 , 22

837 , 8 (

) 36 (

- Điện cảm MBA quy đổi về thứ cấp

10 01 , 0 314

03 ,

) ( 028 , 0 03 , 0

3

đợc sự giảm điện áp lới

- Khi góc mở nhỏ nhất α = α minthì điện áp trên tải là max

ddm d

tơng ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax=nđm

- Khi góc mở lớn nhấtα = α maxthì điện áp trên tải sẽ nhỏ nhất

U dmin =U d0 cos α max

tơng ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin

0

min max

min max

d

d do

d

U

U U

=

n

n D

nmax = Uđ đm – IđmRΣ

nmin = Uđ min – IđmRΣ

D

D R I U U

R I U

R I U

d u

udm d

u udm

min min

− +

RΣ = Rba +Rdt = 0,01 + 0,028 = 0,04(Ω)