Đồ án môn cơ sở truyền động điện

Đồ án môn cơ sở truyền động điện

Mục lục

Lời mở đầu 2

CH ƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG V Ề MÁY XÚC 3

1.1 Khái niệm chung và phân loại 3

1.2 Ứng dụng của máy xúc trong công nghiệp .6

1.3 Xác định các thông số .7

CHƯƠNG II TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 8

2.1Tính chọn công suất .8

2.2.Kiểm nghiệm động cơ đã chọn 10

2.3 Vẽ đặc tính tự nhiên của động cơ 1 chiều 11

Chương III.M Ô PH ỎNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 14

3.1 Chọn phương pháp khởi động động cơ một chiều 14

3.2 Mô phỏng quá trình khởi động cơ 17

Kết luận 23

Lời mở đầu

Qua thời gian thực hiện đồ án môn án môn học Cơ sở Truyền động điện đã giúp em hiểu những vấn đề lý thuyết và thực tế liên quan đến hệ thống truyền động của máy xúc nhằm củng cố thêm những kiến thức đã học ở trường Trong quá trình giảng dạy thầy giáo Khổng Cao Phong đã cung cấp nhiều kiến thức và tài liệu cho chúng để hoàn thành tốt đồ án môn học này

Đề tài nghiên cứu hệ thống truyền động của cơ cấu nâng hạ máy xúc được khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đề tài đồ án cũng đề cập đến phương pháp xây dựng mô hình quan sát dòng điện, tốc độ thông qua việc

mô phỏng bằng chương trình MATLAB SIMULINK trên máy tính Các kết quả

mô hình hoá trên máy tính cho thấy đã đủ cơ sở để khẳng định hệ thống truyền động điện đã đề xuất trong đồ án hoàn toàn có thể áp dụng được trong thực tế

Do thời gian có hạn và khả năng sử dụng phần mềm của em còn kém nên

đồ án có nhiều thiếu sót, mong thầy góp ý cho em

Em xin chân thành cảm ơn !

Vũng tàu , ngày 05 , tháng 04, năm 2014

CH ƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG V Ề MÁY XÚC

1.1 Khái niệm chung và phân loại

Máy xúc được sử dụng rộng rãi trong ngành khai thác mỏ lộ thiên, trên công

trường xây dựng công nhiệp và dân dụng, trên các công trình thuỷlợi, xây dựng

cầu đường và nhiều hạng mục công trình khác nhau, ở những nơi mà yêu cầu

bốc xúc đất đá với khối lượng lớn Máy xúc có nhiều loại, nhưng có thể phân

loại theo các chỉ tiêu sau:

1.Phân loại theo tính năng sử dụng

a) Máy xúc dùng trong ngành xây dựng chạy bằng bánh xích, bánh lốp có

thểtích gầu xúc từ 0,25 ÷ 2m

b) Máy xúc dùng trong ngành khai thác mỏ lộ thiên có thể tích gàu xúc từ 4 ÷

8m

c) Máy xúc dùng để bốc xúc đất đá có thể tích gầu xúc từ 4 ÷ 35m

d) Máy xúc bước gàu ngoạm có thể tích gàu xúc từ 4 ÷ 80

2 Phân loại theo cơ cấu bốc xúc

a) Máy xúc có cơ cấu bôc xúc là gàu thuận, gàu xúc di chuyển vào đất đá theo

hướng từ máy xúc đi ra phía trước dưới tác dụng của hai lực kết hợp: cơ cấu

nâng - hạ gàu và cơ cấu tay gàu

b) Máy xúc có cơ cấu hướng từ ngoài vào trong dưới tác dụng của hai lực kết hợp: cơ cấu nâng hạ gàu và cơ cấu đẩy tay gàu

c) Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gàu cào Gàu cào di chuyển theo mặt phẳng

ngang từ ngoài vào trong trên cần gàu dẫn hướng

d) Máy xúc có cơ cấu bốc xúc là gàu treo trên dây, gàu di chuyển theo hướng từ

ngoài vào trong máy xúc dưới tác dụng của hai lực kết hợp: cơ cấu kéo cáp và

cơ cấu nâng cáp

e) Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gàu ngoạm, quá trình bốc xúc đất đá được

thực hiện bằng cách kéo khép kín dần hai nửa thành gàu dưới tác dụng của cơ

cấu kéo cáp và cơ cấu nâng cáp Cơ cấu bốc xúc kiểu gàu ngoạm có thể thay

thế bằng cơ cấu móc gọi là máy xúc - cần cẩu

g) Máy xúc rôto, có cơ cấu bốc xúc gàu quay Gàu quay gồm một bánh xe, có nhiều gàu xúc nhỏ gá lắp trên bánh xe theo chu vi của bánh xe

h) Máy xúc nhiều gàu xúc, gồm nhiều gàu nhỏnối tiếp theo băng xích di chuyển liên tục Trong các loại máy xúc kể trên, máy xúc gàu thuận (h.10-1a) có mức đứng hơn so với mức gương lò (mức đất đá cần bốc xúc) Máy xúc gàu cào có mức đứng của máy xúc ngang với mức của gương lò, còn tất cảcác máy bốc xúc là gàu ngược, gàu di chuyển vào đất đá theo xúc còn lại có mức đứng của máy xúc cao hơn mức của gương lò

3 Phân loại theo thể tích gàu xúc (hoặc theo công suất)

a) Máy xúc công suất nhỏ dùng trong ngành xây dựng có thể tích gầu xúc từ 0,25 ÷ 2m

b) Máy xúc công suất trung bình dùng trong ngành khai thác mỏ lộ thiên có thểtích gàu xúc từ 2 ÷ 8m

c) Máy xúc công suất lớn có nhiều gàu xúc với tổng thể tích của các gàu xúc từ

6 ÷ 80m

3) Phân loại theo cơ cấu động lực (cơ cấu sinh công)

a) Máy xúc có cơ cấu sinh công là động cơ điện

b) Máy xúc có cơ cấu sinh công là động cơ đốt trong

4 Phân loại theo cơ cấu di chuyển

a) Máy xúc chạy bằng bánh xích

b) Máy xúc chạy bằng bánh lốp

c) Máy xúc chạy theo đường ray

d) Máy xúc chạy theo bước

10-2 Kết cấu và cấu tạo của máy xúc

Kết cấu và cấu tạo của các loại máy xúc rất đa dạng Ta chỉ nghiên cứu loại máy máy xúc gầu thuận

Hình 1 Sơ đồ tổng kết cấu hệ thống truyền động Cho hệ thống truyền động điện của máy xúc như trên hình vẽ 1 Hệ thống bao gồm 03 cơ cấu truyền động chính: cơ cấu nâng - hạ; cơ cấu đẩy tay gàu;

Cơ cấu quay (bàn quay) 1 được lắp trên cơcấu di chuyển bằng bánh xích

1 2 Cần gàu 6 và tay gàu 5 cùng được lắp trên bàn quay 1 Tay gàu 5 cùng với

2 gàu xúc 7 di chuyển theo gương lò do cơcấu đẩy tay gàu 4 và cáp kéo 9 của

3 cơ cấu nâng - hạ gàu Quá trình bốc xúc được thực hiện kết hợp giữa hai cơ

4 cấu: cơ cấu đẩy tay gàu tạo ra bề dày lớp cắt, cơ cấu nâng - hạ gàu tạo ra lớp

5 cắt là đường di chuyển của gàu theo gương lò Để đổ tải từ gàu xúc sang các

6 phương tiện khác được thực hiện nhờ cơ cấu mở đáy gàu 3 lắp trên thành

7 thùng xe của máy xúc

8 Máy xúc có ba chuyển động cơ bản: nâng - hạ gàu, ra - vào tay gàu và

9 quay, ngoài ra còn có một số chuyển động phụ khác như: nâng cần gàu, di

10 chuyển máy xúc, đóng - mở đáy gàu v.v…

11 Chu trình làmviệc của máy xúc bao gồm các công đoạn sau: đào, nâng gàu

12 đồng thời quay gàu về vị trí đổ tải, quay gàu về vị trí đào và hạ gàu xuống

13 gương lò Thời gian của một chu trình làm việc khoảng từ 20 ÷ 60s

14 Cơ cấu nâng hạ gàu và cơ cấu tay gàu của máy xúc thường xuyên làm việc

15 quá tải (gọi là quá tải làmviệc) do gàu bốc xúc phải đất đá cứng hoặc lớp cắt

16 quá sâu

17 Các cơ cấu chính của máy xúc làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ số

1.2 Ứng dụng của máy xúc trong công nghiệp

Ở Việt Nam, máy được sử dụng rộng rãi ở những nơi mà yêu cầu bốc xúc đất

đá với khối lượng lớn trong ngành khai thác mỏ lộ thiên, trên các công trình thuỷ lợi, trên công trường xây dựng công nhiệp và dân dụng, xây dựng cầu

đường và nhiều hạng mục công trình khác nhau

Máy xúc đóng vai trò rất quan trọn trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, và được ứng dụng ngày càng nhiều trong các khu công nghiệp, công trình xây dựng, công nghiệp mỏ giữ một vai trò quan trọng trong nền kinh tế,Trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nước ta, do đó việc ứng dụng các thành tựu khoa học để nâng cao hiệu quả sản xuất là tất yếu, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm nhân , rút ngắn thời gian thi công, đảm bảo an toàn lao động cho nhân công và đặc biệt máy xúc làm việc thay thế con người

ở môi trường khắc nghiệt hay nguy hiểm Công dụng của máy xúc lật là dùng để bốc đất, đá,than nên nó thường phải làm việc trong điều kiện phụ tải thay đổi thường xuyên và một cách đột ngột, máy xúc có nhiều cơ cấu truyền động như:truyền động ra vào tay gầu,nâng hạ tay gầu,truyền động quay và di chuyển

1.3 Xác định các thông số

Bảng số liệu xác định theo số tự STT=18

STT Các thông số kĩ thuật Giá trị Đơn vị

2 Khối lượng đất đá trong gàu 750 kg

3 Khối lượng tương ứng với tác dụng lực

Bảng 1 Giá trị momen Đơn vị : Nm

Bảng 2 Thời gian Đơn vị : giây(s)

CHỌN CHƯƠNG II TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

Hình 2 Đồ thị phụ tải của cơ cấu nâng – hạ

Trong đó, chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng-hạ tay gầu máy xúc bao gồm các giai đoạn sau: t1 - thời gian tăng tốc chuẩn bị cho quá trình đào, bốc; t2 - thời gian nâng tay gầu trong giai đoạn bốc xúc; t3 - thời gian dừng gầu sau lúc bốc xong; t4 - thời gian giữ tay gầu cân bằng khi quay gầu về vị trí dỡ tải; t5 - thời gian đổ tải; t6 - thời gian tăng tốc khi hạ gầu; t7 - thời gian hạ gầu với tốc độ không đổi; t8 - thời gian hãm gầu trước khi hạ gầu xuống đất đá

Từ biểu đồ phụ tải, ta rút ra kết luận sau:

- Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu làm việc dài hạn với hệ số tiếp

điện tương đối TĐ% = 100%

- Trị số của mômen động cơ truyền động xác định bằng mômen cản tĩnh của

phụ tải, mômen cản tĩnh của cớ cấu nâng - hạ có tính thế năng

[

658

121253,22,23,2

1.14002

.501.8902

.2805

.4343

,2.6152

,2.8903

8.87

.76

.65

.54

.43

.32

.2,2.1

1

Nm

t t t t t t t t t

t M t

M t

M t

M t

M t

M t

M t

Nhận xét : Từ biểu đồ phụ tải ta thấy Động cơ truyền động cơ cấu nâng

hạ gàu làm việc dài hạn với hệ số tiếp điện tương đối TĐ=100% v à làm

vi ệc ở chế độ dài hạn

Công suất định mức của Động cơ được chọn sơ bộ bằng

Nhận xét: Ưu điểm và nhược điểm của động cơ 1 chiều cho cơ cấu nâng

hạ của máy xúc

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành, giá thành thấp

ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến

Nhược điểm :chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi

than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ., cồng kềnh

ĐỘNG C Ơ DC π-102

Pđm=125kW

U đm=220V

I đm= 632A nđm=1500vòng/phút R∑=0,146Ω

L∑u=0,0013 H

GD =12 kg.m

2.2.Kiểm nghiệm động cơ đã chọn

Kiểm nghiệm động c ơ đã chọn theo điều kiện phát nóng như sau:

*Phương pháp momen đẳng trị:

Dựa hình trên ta tính được Mđ

] [

3

,

711

1 2 1 2 5 3 , 2 2 , 2 3 , 2

1 1400 2

50 1 890 3

, 2 615 2

, 2 890 3

, 2 1400

8 7 6 5 4 3 2 1

8 8 7

7 6

6 3

3 2

2 2

1

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

Nm

t t t t t t t t

t M t

M t

M t

M t

M t

M Mdt

Do đó động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng

*Kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo điều kiện khởi động:

Từ thông số của động cơ ở trên ta tính được:

t6

t7

t8

Mco=434 Nm ( Momen cản tại thời điểm bằng 0 dựa trên đồ thị phụ tải

ta xác định M4 và M5 tốc độ quay bằng 0)

Mđm> Mco

Suy ra động cơ đã chọn đã thoả mãn điều kiện khỏi động

*Kiểm tra động cơ theo tổn th ất công suất

Hiệu suất định mức của động cơ : 0 89

632 220

10 125

dm dm

I U

P



W dm

dm Pdm

89 0

89 0 1 10 125

 => Động cơ thoả mãn điều kiện tổn thất trung bình

2.3 Vẽ đặc tính tự nhiên của động cơ 1 chiều

Ru

185 0 164

)



) / ( 164 32 , 1

10 125

dm dm

I U

Đ ồ th ị đi qua 2 đi ểm A(Mđm, w đm) và B(0,w 0 )

Hay A(739,7;157,5);B(0;164)

Đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập

Thực hiện lệnh trong MATLAB

Đi qua điểm C(0;164) và D(632;157,5)

Phương trình cơ điện như sau: w  w0  0 014 IĐặc tính cơ điện của động

Chương III.MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

3.1 Chọn phương pháp khởi động động cơ một chiều

Phương trình cân bằng điện áp của động cơ :

U=E + Iu.Ru (1)

Trong đó : E là sức điện động của động cơ (V)

Iu: Dòng điện phần ứng (A)

Ru: Điện trở mạch phần ứng của động cơ (Ω)

Từ phương trình (1 ) ta xác định dòng của động cơ khi làm việc ở chế

độ động cơ :

Iu=

Ru

K U Ru

E

Iu    w

Tại thời điểm khởi động w  0 do đó dòng khởi động có giá trị : Iu=

Ru U

Ở những động cơ có công suất trung bình và lớn có Ru có giá trị rất nhỏ, nên dòng khởi động ban đầu là rất lớn , thường rơi vào khoảng

20 ->25lần dòng định mức Với giá trị dòng khởi động lớn như vậy sẽ phá hỏng động cơ cũng như vậy gây sụt áp rất lớn ở lưới điện

Để giảm dòng khởi động bằng biện pháp tăng điện t rở mạch phần ứng

Em chọn phương pháp khởi đ dùng điện trở điện phụ

10 125

dm dm

I U

Ta th ấy R4>Rmax Từ đó ta 4 cấp điện trở khởi động

Động cơ khởi bằng 4 cấp biến trở cấp 4 (m=4)

Điện trở :

) ( 26 0 3

) ( 145 0

) ( 063 0

) ( 34 0 82 , 1 019 0

4

2 3

1 2 1

R R

R R R

R u

126 0 019 0 145 0 3

044 0 019 0 063 0 2

32 0 019 0 34 0 1

4 3 2 1

u f

u f

u f

u f

R R R

R R R

R R R

R R R

Sơ đồ nguyên lý của động cơ khi khởi động sử dụng biến trở 4 cấp , yêu cầu của khởi động là khi khởi động tốc độ góc w=0 thì dòng điện không đƣợc vƣợt quá 2,5 Idm Trong quá trình khởi động các cấp điện trở loại dần nhờ các công tắc tơ gia tốc 1G,2G, 3G,4G

0

Qu á trình khởi động được diễn ra như sau:

Khi khởi động các công tắc tơ gia tốc (1G ->4G) được mở ra Động cơ khởi động trên toàn bộ cấp điện trở phụ Rf=R1+ R2+R3+R4 Dòng khởi động với I1=1264 N.m Động cơ bắt đầu khởi động tại điểm 1 , tốc độ tăng dần đến điểm thứ 2 có dòng điện I2 , tại đây sẽ loại cấp điện trở thứ nhất ra (1G đ óng l ại) Động cơ sẽ chuyển sang khởi động trên đường đặc tính mới tại điểm 3 với dòng I1 Điện trở lúc này chỉ còn R2+R3+R4 Quá trình tương tự như vậy cho đến khi cấp biến trở cuối cùng bị loại ra động cơ chuyển sang khởi động trên đường đặc tính tự nhiên tại điểm 9 Sau đó lại tiếp tục tăng tốc về làm việc tại điểm cân bằng A Quá trình khởi động kết thúc

3.2 Mô phỏng quá trình khởi động cơ

a/ Tính toán các thông số

Sơ đồ nối dây và đường đặc tính từ hóa của động cơ kích từ một chiều

Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy dòng kích từ chính là dòng phần ứng, nên từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và phụ tải của động cơ

Theo sơ đồ hình , có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:

U = E + R.Iư = k + R.Iư

Trong đó: U là điện áp nguồn, (V)

R = Rư + Rkt + Rưf

Trong này: Rư là điện trở phần ứng động cơ

Rkt là điện trở cuộn dây kích từ

Rưf là điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng

Từ các phương trình trên kết hợp với các quan hệ :E=K w và M K  w

Ta rút các phương trình :

M K

R R K U

I K

R R K U

f u

f u

) (

.

2



 w



 w

Mô hình toán của động cơ một chiều kích từ độc lập

Mạch tương đương của động cơ một chiều kích từ độc lập

Moment và dòng điện khởi động của động cơ một chiều kích từ độc lập

Mô hình động của động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thông kích từ không

đổi

Dựa bảng trên ta xác định các thông số bị bôi đen nhƣ sau :

=

5,157

019,0.632

= 1,32(Wb) Momen quán tính của các phần chuyển động quy đổi về trục động cơ:

J= 4 36( . )

12

4

2 2

2

m kg GD





Ru

1 s Integrator -K-

1/j -K-

1/Lu

Kết luận

Trong quá trình làm đồ án môn Cơ Sở Truyền động điện giúp em củng

cố kiến thức hơn Hơn nữa thấy được rõ vai trò của hệ truyền động điện được áp dụng trong cuộc sống Các phần trình bày ở trên em trình bày giới thiệu máy xúc , chọn động cơ cho cơ cấu nâng hạ, mô phỏng động

cơ một chiều …… Qua đó phần mềm MATLAB mô phỏng cho ta rõ phương pháp chọn động cơ phù hợp cho cơ cấu truyền động, thúc đẩy quá trình làm việc hiệu quả hơn

Em xin gửi đến thày Khổng Cao Phong lời cảm đã hướng dẫn giúp cho

em hoàn thành đồ án này ạ