tìm hiểu về hệ thống bào.thiết kế chương trình giám sát điều khiển truyền động chính máy bào cho hệ

+ Đồ thị tốc độ của bàn có dạng nh hình giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tôc đến tốc độ vo=5 15 m/ph tốc đồ vào dao trong khoảng thơI gian t1.. Sau khi chạy ổn

Khoa đIện-điện tử tàu biển

Môn :trang bị đIện máy gia công kim loại Giáo viên hớng dẫn :ts hoàng xuân bình

Họ tên : đặng văn hợp Lớp : đtđ 43

HảI phòng : ngày tháng năm

1.Giới thiệu tổng quan về máy bào giờng 4

2.Đi sâu mô phỏng sơ đồ đIều khiển máy bào giờng hệ T-Đ

Đòi hỏi mỗi chúng ta phảI học tạp và nỗ lực không ngừng để góp phần xây dựng

đất nớc theo con đờng công nghiệp hoá hiện đại hoá Mà cơ sỏ của con đờng công nghiệp hoá hiện đại hoá đó là sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ mới và tự động hoá Do là nớc đi sau cho nên chúng ta cần phảI lắm bắt đợc những kĩ thuật những phát minh thế giới đã có và có thể có những cảI tiến để phục vụ mọt cách hiệu quả nhất cho quá trình sản xuất Trong nền công nghiệp của nớc ta thì lĩnh vực gia công kim loại la một khâu rất quan trọng Chinh vì vậy để quá trình sản xuất có hiệu quả thì chúng ta cần phảI nghiên cứu và hiểu thấu đáo về các thiết bị máy móc Vì vậy khi nhận bài tập lớn em đã chọn mô phỏng sự hoạt động của máy bàogiờng đợc sự giúp đỡ của thầy giáo ho ng xuân bìnhãng xuân bình

để có thể hiểu kĩ hơn đặc tính làm việc của máy cũng nh phơng pháp để tổng hợp

bộ điều khiển phù hợp vói các yêu cằu công nghệ

1.giới thiệu tổng quan về máy bào giờng :

1.1.đặc đIểm công nghệ của máy bào giờng :

+ Máy bào giờng là máy có thể gia công những chi tiết lớn Chiều dài bàn có thể

từ 1.5 đến 12 m Tuỳ thuộc vào chiều dàI bàn máy và lực kéo có thê phân máy làm

ba loại:

- Máy cõ nhỏ có chiều dàI bàn: Lb < 3m , lực kéo Fk =30 50 kN

- Máy cỡ trung bình : Lb = 45m , lực kéo Fk =50 70 kN

- Máy cỡ nặng : Lb >5m , lực kéo Fk >70 kN

+Chi tiết gia công đợc kẹp chặt trên bàn máy chuyển đông tịnh tiên qua lại Dao căt đợc kẹp chặt trên bàn dao đứng Bàn dao đợc đặt trên xà ngang cố định khi gia công Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo chu kì lặp lại , mỗi chu kì gồm hai hành trinh thuận và nguợc ở hành trình thuận thực hiệngia công chi tiết gọi là hành trình cắt gọt Trong hành trình ngợc bàn máy chạy

về vị trí ban đầu ,không cắt gọt cho nên gọi là hành trình không tảI Cứ sau khi kết thúc hành trình nguợc thì bàn dao lại di chuyển một khoảng gọi là lợng ăn dao

s (mm/ hành trình kép) chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển

động chính Dịch chuyển của bàn dao sau một hành trình kép đợc gọi là chuyển

động ăn dao Chuyển động phụ là chuyển động của xà , bàn dao , nâng đầu dao trong hành trình không tảI

+ Đồ thị tốc độ của bàn có dạng nh hình ()

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

vo=5 15 m/ph (tốc đồ vào dao) trong khoảng thơI 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

ở tốc độ thấp để tránh mẻ dao hoặc chi tiết ) Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tôc độ đó cho hết thời gian t3=thì tăng tốc đến tốc độ vth (tốc độ cắt gọt) trong thời gian t5 bàn máy chyển động với tốc độ vth và thực hiện gia công chi tiết Gần hết hành trình thuận bàn máy sơ bộ đợc giảm đến vo dao đuợc gia khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn là 1 Sau đô bàn máy đuợc đảo chiều sang hành trình ngợc đến tốc

độ vng thực hiện hành trình không tảI đa máy về vị trí ban đầu gần hết hành trình nguợc bàn máy bàn máy đợc giảm tốc sơ bộ đến vo đảo chiều sang hành trình

thuận và thực hiện một hành trình khác Bàn dao bắt đầu đuợc di chuyển từ thời

đIúm bàn máy đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình nguợc và kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết

+ Tốc độ hành trình thuận đợc xác định tơng ứng với chế độ căt , thờng

tck - thời gian một chu kì làm việc của bàn máy (s);

tth - thời gian bàn máy ở hành trình thuận (s);

tng - thời gian bàn máy ở hành trình ngợc (s);

giả sử gia tốc của bàn máy lúc tăng hay giảm là không đổi thì :

2 /

.

th

th h th g th

th

L L v

ng

L L v

ng

th L v t k L v t v

1 /

/ 1

trong đó :

L= Lth + Lg.th + Lh.th = Lng + Lg.ng + Lh.ng - chiều dàI hành trình của bàn máy ;

k= vng/ vth -tỉ số giữa tốc độ hành trình ngợc và hành trình thuận ;

tdc -thời gian đảo chiều của bàn máy

+ Có thể thấy răng k tăng thì năng suất của máy tăng nếu k>3 thì năng suất của

máy tăng không đáng kể do lúc đó thời gian đảo chiều lại tăng

khi Lb nhỏ thì thi tdc ảnh hởng ít đến năng suất

Do đó cần chú ý thiết kế truyền động chính máy bào giờng để lâm giảm thời gian quá độ

+ Một trong các biện pháp để làm giảm thời thời gian quá độ là xác định tỉ số tryền tối u của cơ cấu truyền đồng từ trục động cơ đến truyền động chính đảm bảo máy khởi động với gia tốc nhanh nhất

+ Xuất phát từ phơng trình mô men trên trục động cơ :

dt

d j i j M i

m d

c



* )

* (





Trong đó :

M- mô men động cơ lúc khởi động ,Nm;

Mc-mô men cản trên trục làm việc ,Nm;

jd - mô men quán tính của động cơ ,kgm;

jm - mô men quán tính của máy ,kgm;

m

 -tốc độ góc của trục làm việc ,rad/s;

I - tỉ số truyền của bộ truyền

Ta có gia tốc của trục làm việc :

m d

c m

j i j

m i M dt

j M

M M

-Việc lựa chọn tỉ số truyền tối u ở máy bào giờng là khá quan trọng Thời gian quá

độ phụ thuộc vào mô men quán tính của máy mô men quán tính tỉ lệ với chiều dàícủa bàn máy ta có thể tham khảo thêm trong [1] trang 43

+Tuy nhiên thời gian quá độ cũng không thể giảm nhỏ quá vì nó bị hạn chế bởi :

-Lực động phát sinh trong hệ thống

-Thời gian quá độ phảI đủ lớn để di chuyển đầu dao

Phụ tảI của truyền động chính đợc xác định bằng lực kéo tổng Nó là tổng của hai thành phần lực cắt và lục ma sát :

m , ct m b -khối lợng của chi tiết và bàn , kg

+ Trong chế độ không tảI (hành trình thuận ) do thành phần lực cắt bầng không cho nên lực ma sát băng :

1.3.chọn công suât động cơ cho tryền động chính :

+Đậc đỉểm chung của truyền động chính máy bào giờng là đào chiều với tần số lớn , mô men hãm và khơỉ động lớn Quá trình quá độ chiếm thời gian khá lớn trong chu kì làm việc Chiều dàI của bàn càng giảm thì ảnh hởng của của quá trình quá độ càng tăng Cho len cần xét đến cả phụ tảI tĩnh và cả động

+Các thông sô lựa chọn của động cơ truyền động chính kích từ độc lập là :

(s) là hằng số thời gian của phần ứng động cơ

+Các thông số của các cảm biến và của bộ chỉnh lu :

Tv = 0.0025 s là hằng số thời gian của các van bán dẫn



T = 0.001 s là hằng số thời gian của máy phát tốc

1.4.các phơng trình của động cơ đIện một chiều :

K

R R K

2

) ( 



   

2.đI sâu mô phỏng sơ đồ đIều khiển máy bào hệ t-đ :

+Sơ đồ nguyên lí hinh 3-10 [1] trang 59

Động cơ truyền động chính là động cơ một chiều cóng suát 50 kW điện áp 440V cấp tù bộ biến đổi thisistor có đảo chiều với khuyếch đại từ trung gian

Đây là hệ điều khiển thực hiện phản hồi kín âm tốc độ ,tự động ổn định tốc độ

động cơ có dảI điều chỉnh tốc độ D=20/1 Kích từ độc lập bằng bộ chỉnh lu không

đảo chiều Điều chỉnh tôc độ đông cơ bằng cách thay đổi điện áp

+ Trong sơ đồ điều khiên của em đã thay hệ thống đặt tín hiệu điều khiển : ” cácxen xin + câu chỉnh lu v.v “ bằng tín hiệu đặt đợc viết trong M-file

Dùng hai mạch vòng : mạch vòng dòng điện và mạch vòng dòng điện

+Sơ đồ cấu trúc của hệ :

( T p

K i

i

 -Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ là :

) 1

) 1

)(

1 )(

1 (

/ )

(

) (

p T p T p T

R K K p

U

p U S

u dk

i

u i cl dk

i oi

) 1

)(

1 (

/

p T p T

R K K S

u si

u i cl oi





 -áp dụng tiêu chuẩn mô đun tối u ta có hàm truyền của hệ thông kín :

2 2

2 2

1

1

p p

oi i

oi i oMi

S p R

S p R p

F

) ( 1

) ( )

(





-Sau qu¸ tr×nh tÝnh to¸n vµ chän   =T si ta cã :

- Hµm truyÒn cña kh©u ®IÒu chØnh dßng lµ :

2 /

2

1 )

(

u si

i cl

u u u

si cl i

u i

pT T

K K

T R R

T K pK

p T p

u o

T p

T K K

K R

p T p

R

s c i

u

s

2

8 ) (

4 1 )

47 118

= 1.04

I

U

) 1

( 5

0   =

64 113

440 ) 9 0 1 ( 5

2 0

01 0



u

U K

Ud  10V

  15710 0.064

dm id

U K





+Nh vậy ta sẽ tìm ra thông số cho bộ RI :

) 05 0

*

1 1

( 10

* 6 4

* 052 0

* 44

* 2

05 0

* 2 0 )

1 1 ( 2

)

p pT

T K K

T R

p

R

u si

i cl

u u

-Sau khi tính toán ta đợc các thông só cài đặt cho bộ PI:

48 0

2 0

* 1 )

T T K K

K R

p T p

R

s c i

u

s

* ) 01 0 (

* 8

* 185 0

* 04 1

* 052 0

064 0

* 2 0

* 01 0

* 4 1 8

) (

4 1

)

(

2 2

R

* 00102 0

1 40

proportion , integal  0 00102

+NgoàI ra để hệ thống hoạt động ổn định và tin cậy thi ta cần đặt thêm khâu hạn chế dòng và khâu gia tốc:

-Giá trị đặt cho khâu hạn ché dòng là :



-Nh vậy ta sẽ tính đợc thời gian máy chạy thuận tth ,thời gian máy chạy ngợc

tng ,va thời gian tổng hay cũng chính là chu kì làm việc của máy bào giờng :

t1- là thời gian máy tăng tốc đến v0 ,động cơ làm việc không tảI

t2- là thời gian động cơ làm việc không tảI và ổn định tốc độ ở v0

t3- là thời gian máy bắt đầu gia công chi tiết ,khi đó động cơ làm việc ổn định cótảI ở tốc độ v0

t4- là thời gian máy tăng tốc độ cắt gọt đến vth

t5- là thời gian máy cắt gọt ổn định ở tốc độ vth

t6- là thời gian máy giam tốc độ cẳt gọt đến v0

t7- là thời gian máy làm việc ổn định với tốc độ v0

t8- là thời gian dao tiện ra khỏi chi tiết động cơ làm việc không tảI

t9- là thời gian động cơ đảo chiều từ thuận sang ngợc

t10- là thời gian động cơ đảo chiều từ thuận sang ngợc

t11-là thời gian động cơ làm việc với tốc độ cc đại theo chiều ngợc

t12-là thời gian động cơ giảm tốc độ theo chiều ngợc

t13-là thời gian động cơ quayvới tốc độ ổn định ngợc v0

t14 là thời gian động cơ đảo chiều sang thuận và bắt đầu một hành trình mới+Viết tín hiệu mô men cản cho máy bào giờng :

-Nh đã nói ở trên thì khi động cơ truyền động chính cũng đã phảI nhận một mô men cản Mô men này tăng tuyến tính ở trong vùng tốc độ 0 < v < vgh

nhng khi tốc độ thay đổi : vgh < v < vmax thì mô men cản nay lại giảm đi

-Và mô men cản tăng lên khi dao bào ăn vào chi tiết : trong quá trinh mới ăn dao vào chi tiết và tăng tốc thì mô men cản tăng đột biến , sau đó khi dao ăn và chạy ổn định tốc độ thì mô men cản lai giam đi

-Nh vậy ta viết dạng mô men cản trong M-file với giá trị mô men cản cực đại là

10 Nhng sau đó khi mô phỏng ta sẽ cho tín hiệu này qua khâu Gain để khuyếch

đại mô men cản cực đại lên 8 lần

-Trơng trình viết mô men cản trong M-file :

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -2

+Dạng tín hiệu phản hồi bám theo tín hiệu đặt :

+Dạng điện áp đặt cho bộ chỉnh lu :

+Dạng điện áp vào cho động cơ :

+Dạng dòng phần ứng của động cơ :

+D¹ng m« men c¶n :

+Sai lệch tốc độ :

§Æc tÝnh c¬ cña m¸y bµo:

Đặc tính cơ của hệ thống với đáp ứng bớc nhảy:khi Mc=56 Nm

4.nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng:

+Do hệ truyền động điện dùng bộ biến đổi cấp nguồn cho động cơ một chiều cho lên ta cần phải lắp thêm vào khâu gia tốc trớc bộ chỉnh lu để làm cho quá trình

điều khiển đợc trơn và tránh quá tải cỡng bức cho động cơ truyền động

+Cần phải lắp thêm khâu hạn chế dòng trớc bộ chỉnh dòng để tránh quá dòng cho

động cơ

+Từ những kết quả thu đợc qua mô phỏng ta có thể thấy rằng tốc độ của động cơ truyền động chính là bám theo tốc độ đặt thoả mãn đựoc yêu cầu điều khiển của máy bào

+Tuy nhiên điện áp ra của bộ chỉnh lu để cấp cho động cơ một chiều truyền động chính còn dao động

+Dòng phần ứng của động cơ còn dao động và có lúc tăng gấp hai lần dòng định mức nhng sự quá dòng đó chỉ trong những thời gian ngắn nh vậy quá trinh hoạt

động của máy vẫn bình thờng

+Sai lệch tốc độ là rất nhỏ chấp nhận đợc

+Tốc độ động cơ trong quá trình ngợc gần đạt định mữc nh vậy thì sẽ thoả mãn

đ-ợc yêu càu tăng năng suất cho máy

+Nh vậy ta có thấy rằng MATLAB là một công cụ rất mạnh ,Qua mô phỏng trên MATLAB chúng ta có thể thấy đợc đặc tính hoạt động ,quá trình biến đổi các thông số của máy bào nói riêng và các máy móc thiết bị nói chung, khi thiết lập đ-

ợc phơng trình toán học mô tả đối tợng Nhơ vậy đối vơI sinh vien cha có diều kiệnthiết kế mô hình vật lí thì mô phòng trên máy tính là một công cụ rất hữu hiệu

Tài liệu tham khảo :

[1] nguyễn mạnh tiến – vũ quang hồi

trang bị đIện -đIện tử máy gia công kim loại.

[2].bùi quốc khánh –ngyuễn văn liễn

Tự động đIều chỉnh truyện động đIện.

[3].pgs-tskh.thân ngọc hoàn

máy đIện tàu thuỷ