THIẾT kế hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH máy bào

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 ngược và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy tốc độ thấp nhất tr

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TRANG BỊ ĐIỆN

I ĐỀ.TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY BÀO

GIƯỜNG

II CÁC SỐ LIỆU KỸ THUẬT:

Tốc độ hành trình thuận (Vth) 40[m/ph]

Tốc độ hành trình ngược (Vng) 80[m/ph]

Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ (ρ =v/ω) 0,02[m]

Hiệu suất định mức của cơ cấu (η) 0,8

Hệ số ma sát trượt giữa bàn và gờ trượt (µ) 0,08

Chiều dài hành trình bàn (Lb) 3,5[m]

III NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:

1 Tính chọn công suất động cơ truyền động

2 Lựa chọn phương án truyền động

3 Thiết kế mạch lực hệ truyền động

4 Thiết kế hệ thống điều khiển

5.Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

6 Thuyết minh nguyên lý làm việc hệ truyền động

IV CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ (GIẤY A3):

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG

1

1.1.1 Khái niệm

Máy bào giường là loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết Chiều dài bàn máy có thể từ 1,5 m đến 12 m Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể chia máy bào giường làm 3 loại :

Hình 1.1 Đồ thị tốc độ tối ưu của máy bào giường

1.1.2 : Nguyên lý hoạt động của máy bào giường:

Hoạt động của nó như sau:

Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc đến tốc độ vo = 5

÷ 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 thời 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 ngược đến tốc độ vng, thực hiện hành trình không tải, đưa bàn máy về vị trớ ban đầu Gần hết hành trình ngược 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 được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết

Tốc độ hành trình thuận vth được xác định tương ứng bởi chế độ cắt

vth=5 ÷ ( 75 ÷ 120 )m/p.Tốc độ gia công lớn nhất có thể đạt vth = ( 75 ÷ 120 ) m/p

Để tăng năng suất của máy,tốc độ hành trình ngược chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận : vng=k vth=(2 ÷ 3)vth

Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian : n=l /Tck=l /(tth+tng) ;

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

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

L :Chiều dài hành trình của bàn máy

n=

dc ng dc

ng

th L v t k L v t v

1/

k = - Tỉ số giữa tốc độ hành trình ngược và thuận.

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 nhưng 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 hưởng đến năng suất mà chủ yếu là

k Khi Lb nhỏ vth lớn vth = 75 ÷ 120 m/p thì tdc ảnh hưởng nhiều đến năng suất

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

số truyền tối ưu 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 phương trình chuyển động trên trục làm việc:

3

d J i J M

m D

c

ω

)

.( 2 +

=

−

Ta có gia tốc của trục làm việc:

m D

c

J i I

M i M

Mc M

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

Nếu coi Mc= 0 thì:

Itu=

Jd Jm

Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá được 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 GIƯỜNG :

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 ngược) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận)

D = vmax/vmin= vngmax/vthmin

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 kỳ, trong mỗi hành trình kép làm việc một lần

Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao D = ( 100 ÷ 200)/1

Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, cú 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 thường sử dụng rộng rải hệ thống điện cơ : động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng

CHƯƠNG 2 : CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

Động cơ trong truyền động chính là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay Như vậy để thực hiện truyền động cho máy bào giường ta có thể có hai phương 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 phương 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 một chiều

5

Hệ thống truyền động này thường 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 dư nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu tốc độ

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

Do chỉnh lưu Thyristor chỉ dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi mở

và khóa theo điện áp lưới 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 ứng 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

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

Hệ thường dựng cho công suất lớn và ít đảo chiều

Đ

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 được giữ không đổi

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

Hệ truyền động này thường 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 được giữ không đổi

Hình 2-4: Sơ đồ đảo chiều điẹn ỏp 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 ngược 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

7

Hệ truyền động này dùng cho dải công suất vừa và lớn, có tần số đảo chiều cao, nó thực hiện đảo chiều êm, nhưng lại có kích thước cồng kềnh do có thêm các cuộn kháng cân bằng, vốn đầu tư 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 thước cồng kềnh, tổn thất, vốn đầu tư 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 đụng 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 được 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 khoa 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)

Tại một thời điểm cả hai bộ điều khiển đều nhận được xung mở nhưng luôn ở chế

độ khác nhau Một mạch ở chế độ chỉnh lưu, mạch còn lại làm việc ở chế độ nghịch lưu

2 1 4 Nhận xét.

+ Ưu điểm: dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vũng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống

+ Nhược điểm chủ yếu của hệ T- Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các

hệ truyền động có công suất lớn còn làm xấu điện áp của nguồn và lưới 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 được

sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Sự phát triển của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha mới được khai thác hết các ưu điểm của mình Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lưu 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 được xác định bởi lực kéo tổng Nó là 2 thành phần lực cắt và lực ma sát:

1000.60

V F

Trong đó Vth =35m/ph là tốc độ hành trình thuận

Công suất đầu trục động cơ khi quay ngược không tải có tốc độ không tải

Vng= 70 m/ph là:

82,185,0.1000.60

70.1333

1000.60

V F

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

35

70.7,

25 =

=

th

ng th

N: số đôi mạch nhánh song song

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

wcks = 950

wckn là số vòng dây một cực của cuộn song song

Do công suất của động cơ lớn (>30kW) do đó ta phải dùng chỉnh lưu cầu 3 pha

Người ta điều chỉnh điện áp trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở α

của các thyristor

Xét sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 Thyristor chia thành 2 nhóm:

Nhóm katot chung: T1 , T3 và T5

Nhóm anot chung: T4 , T6 và T2

Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:

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:

ud = uab = va - vb

Khi θ = θ2 =

6

3π

+ α cho xung điều khiển mở T2 Thyristor này mở vì khi T6

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

Các xung điều khiển lệch nhau π/3 được lần lượt đưa 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 trước nó:

Ud = ∫

+

+

α π

α π

θθπ

6 5

6

2sin

22

u

d nv nv

U K U K

220

=

dtv

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

)(5,4143,230.8,

tb K I

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

)(3,95286.3/1.3/

tb i

Ig

(mA)

Ug

(V)

Ir Max (mA)

Ih

Max(mA)

)(

(V/

s)

TMax (C)

Uđm - Điện áp ngược 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 điện 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 khóa)

Tmax - Nhiệt độ làm việc cực đại

3.3 TÍNH TOÁN MBA CHỈNH LƯU

3.3.1 Tính các thông số cơ bản

Chọn MBA 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mặt bằng không khí tự nhiên

- Điện áp pha sơ cấp MBA:U1=380(V)

- Điện áp pha thứ cấp MBA

Phương 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 điện áp lưới

∆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 :

)(9,24010

cos

2,1300,2.22220cos

2

0 min

9,240

π

15

- Công suất tối đa của tải

Pdmax=Ud0.Id=240,9.286=68898(w)

- Công suất biến áp nguồn được tính

Sba=Ks.Pdmax

Sba- Công suất biểu kiến MBA (VA)

Ks- Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực, Ks=1,05

)(234286.3

103

1

2 2

U

U I K

3.3.2 Tính toán sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ)

-Tiết diện sơ bộ trụ

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

Chọn loại thộp 330 cỏc lỏ 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

W1=4,44 . 4,44.50380.129.10 4.1 132,7

T

fe B Q f

U

(vòng) → Lấy W1= 133 vòng

- Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA

W2=

36133.380

103 1

= (2÷2,75) A/mm2, chọn J = 2,75A/mm2

- Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA

S1=

)(2375,2

4,

Kích thước dây có kể cách điện : S1cd =a1.b1=3,24.7,47(mm.mm)

 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp

J1= 2,6( / )

4,24

4,

Kích thước dây có kể cách điện ; S2cd=a2b2=5,34.16,1(mm2)

*Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp

2,71( / )

2,86

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

17

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- Hệ số ép chặt;ke= 0,95Thay số

42,4095,0.47,0

5,1.223

W (vòng) ≈ 41 (vòng)

- Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp

2,341

Chọn số lớp n11= 4 (lớp) Như vậy chia thành 3 (lớp) mỗi lớp có 33 (vòng)

- Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp

)(3,1895

,0

47.0.41

11

k

b W h

93,12122

1 11

Chọn bề dầy cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cdnl=1,0(cm)

3.3.5 Kết cấu dây quấn thứ cấp

- Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp

h1 = h2 =18,3(cm)

- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp

2,2595,0.69,0

3,18

69,0.26 2

k

b W h

56,1503,152

2 2

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

)05,0)(23

)(05,52.02133,

l

)/(

02133,

0 Ωmm2 m

=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.(

05,0004,0)

1

2 1

=

W

W R R

R ba

- Sụt áp trên điện trở biến áp

)(86,2286.01,0

1 2

2

3).(

.(

)(.8

12

−

++

qd ba

B B a h

r W X

3

438,054,001,0).(

147,22

837,8.(

)36(

- Điện cảm MBA quy đổi về thứ cấp

3

10.01,0314

03,

)(028,003,0

3

ddm d

U max = 0cosαmin =

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

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

U dmin =U d0cosαmax

tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin

0

min max

min max

=

n

n D

nmax = Uđ đm – IưđmRư Σ

nmin = Uđ min – IưđmRư Σ

D

D R I U U

R I U

R I U

d u

udm d

u udm

min min

−+

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

Thay số ta có

)(3410

)110(04,0.28610

cos103.34,2

)1(cos

34,2

0 min

min 2

min

V U

D

D R I U

U

d

u ddm d

=

−+

=

−+

0 0

min

103.34,2

34arccos(

Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao ,cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn

Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở α = αmax

Ta cú

21