bài tập lớn máy khoan

Muốn thực hiện được điều đó chúng ta cần phải nắm được yêu cầu công nghệ mà các công cụ, trang thiết bị, dây chuyền sản xuất đặt ra… Với bộ môn Trang bị điện chúng ta hoàn toàn có khả nă

LỜI NÓI ĐẦU

Kinh tế nước ta đang ngày một phát triển, yêu cầu về giải phóng sức lao động, nâng cao năng suất lao động được đặt lên hàng đầu ở hầu hết các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân Để giải phóng sức lao động và nâng cao năng suất lao động chúng ta cần tự động hóa các quá trình công nghệ và hiện đại hóa các công cụ sản xuất Muốn thực hiện được điều đó chúng ta cần phải nắm được yêu cầu công nghệ mà các công cụ, trang thiết bị, dây chuyền sản xuất đặt ra…

Với bộ môn Trang bị điện chúng ta hoàn toàn có khả năng nắm được các yêu cầu công nghệ, các đòi hỏi cần cung ứng những thiết bị điện như thế nào để thỏa mãn các công nghệ, thiết bị, dây chuyền sản xuất đó thông qua việc tìm hiểu một loạt các loại máy, thiết bị điển hình như : máy cắt gọt kim loại, thiết bị gia nhiệt và luyện kim, thiết

bị nâng - vận chuyển… Tuy nhiên với khuôn khổ bài tập lớn và trình độ có hạn thì em xin trình bày những nôi dung cơ bản của một loại máy điển hình trong các loại máy gia công, cắt gọt kim loại : Trang bị điện - điện tử cho máy khoan

Trong quá trình thực hiện bài tập này em đã nhận được rất nhiều sự khuyến khích

và góp ý từ các bạn cũng như các thầy cô, đặc biệt là thầy Nguyễn Ngọc Khoát - Giảng viên khoa Công nghệ tự động trường Đại học Điện lực Do trình độ nhận thức

và thời gian có hạn nên trong bài viết không thể tránh khỏi có các lỗi sai sót Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về các lỗi đó và hy vọng các bạn và thầy cô góp ý sửa chữa

để bài tập được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

1 Các thông số của chế độ làm việc của máy 7

Chương II Phân tích sơ đồ truyền động điện cho máy khoan 2A55 10

Chương III Đánh giá phân tích ứng dụng của máy khoan trong công nghiệp 14

I Một số sơ đồ truyền động khác của máy khoan 14

II Ứng dụng của máy khoan trong công nghiệp 15III Mô hình khoan tự động với PLC S7 300 16

3 Lưu đồ thuật toán và chương trình điều khiển 18

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY KHOAN

I ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ

Máy khoan là một công cụ được trang bị mũi khoan dùng để khoan lỗ trên bề mặt các vật liệu khác nhau hoặc gắn các vật liệu lại bằng cách sử dụng ốc vít Khoan thường được sử dụng trong việc chế biến gỗ, kim loại, ngành xây dựng… Một số loại khoan đặc biệt được thiết kế sử dụng trong y học, thám hiểm không gian và nhiều ứng dụng khác

Ngoài khả năng gia công lỗ, máy khoan còn được dùng để khoét, doa, cắt ren bằng tarô – bàn ren hoặc gia công những bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hoặc cùng chiều trục của mũi khoan

Hình 1 Hình dạng và các bộ phận của máy khoan

Hình 2 Kết cấu của mũi khoanĐối với gia công lỗ thì máy khoan có thể được dùng để gia công lỗ đặc có đường kính D<=30 (mm) hoặc gia công lỗ có sẵn có đường kính >30 (mm).

Chuyển động tạo hình của máy khoan gồm :

+ Chuyển động chính : Chuyển động quay tròn của dao (mũi khoan) tạo ra vận tốc V→

+ Chuyển động chạy dao : →S là chuyển động dọc trục của khoan để tạo ra bước tiến S

Thực hiện kết hợp giữa chuyển động quay tròn và chuyển động tịnh tiến của mũi khoan, hình thành nên bề mặt gia công, trong đó khi gia công các bề mặt tròn xoay có đường chuẩn là đường tròn, đường sinh là đường thẳng cong, gãy khúc Chủ yếu là bề mặt trong, nếu phát triển thêm đồ gá thì có thể gia công được các bề mặt khác

II ĐẶC TÍNH PHỤ TẢI

1 Cơ cấu truyền động chính

Trong truyền động chính các máy cắt gọt kim loại, lực cắt là hữu ích, nó phụ thuộc vào chế độ cắt (t, s, v) vật liệu chi tiết gia công và vật liệu làm dao

Đối với chuyển động chính là chuyển động quay như ở máy tiện, phay, khoan, doa và máy mài, mômen trên trục chính của máy được xác định theo công thức:

[Nm]

2

z z

F d

M =Trong đó: F z - Lực cắt (N)

d - Đường kính của chi tiết gia công (m)Mômen hữu ích trên động cơ là:

.[Nm]

2

z z hi

M F d M

Trong đó : i - Tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy

Mômen cản tĩnh trên trục động cơ được xác định theo biểu thức sau:

[Nm]

hi c

M M

η

=Trong đó : η - Hiệu suất bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính

2 Cơ cấu chuyển động ăn dao

Trong hệ truyền động ăn dao, động cơ thực hiện di chuyển bàn dao, hoặc dịch chuyển chi tiết để thực hiện được quá trình cắt gọt Hệ truyền động ăn dao được thực hiện bằng nhiều phương án khác nhau Phương án điển hình là cơ cấu ăn dao kiểu trục vít – êcu Sơ đồ động học của cơ cấu ăn dao đó được biểu diễn trên hình 2

Hình 2 Sơ đồ động học của cơ cấu ăn dao

1 Động cơ điện; 2 Hộp tốc độ; 3 Trục vít vô tận; 4 Êcu; 5 Bàn dao; 6 Gờ trượt

Chuyển động quay của động cơ điện 1 qua bộ điều tốc 2 làm quay trục vít vô tận

3 Êcu 4 được kẹp chặt trên bàn dao hoặc bàn máy sẽ làm bàn 5 chuyển động tịnh tiến theo gờ trượt 6 Động cơ truyền động ăn dao sẽ đảm bảo một lực cần thiết để di chuyển tịnh tiến bàn dao Lực này được xác định bởi lực cản chuyển động khi di chuyển bàn dao :

F =µ g m +F +F

Trong đó : µ - Hệ số ma sát của bàn theo hướng gờ trượt

Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao :

Khi khởi động, lực ăn dao xác định bởi hai lực ma sát do khối lượng của bộ phận

di chuyển và lực dính :

0 [N]

ad kd b d

F =µ g m +F

Với : µ =0 0.2 0.3÷ - Hệ số ma sát khi khởi động

Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ma sát được tính :

ad lv x b y x

F =kF +µ g m +F +F

Với : µ =0.05 0.15÷ - Hệ số ma sát khi làm việc

Mômen trên trục vít vô tận được xác định theo công thức :

tv ad tv

M = F d tg α ϕ+Trong đó : d tv - Đường kính trung bình của trục vít vô tận (mm)

α - Góc lệch pha của đường ren trục vít (độ)

ϕ - Góc ma sát của đường ren trục vít (độ)

Góc lệch đường ren trục vít xác định bởi đường kính trục vít d tv và bước ren của đường ren trục vít t :

ar

tv

t ctg d

α =Mômen cản tĩnh trên trục động cơ được xác định bằng công thức :

[Nm]

tv c

M M

iη

=Trong đó : i - Tí số truyền của bộ truyền

η - Hiệu suất truyền của bộ truyền

Khi xác định công suất động cơ truyền động ăn dao cần lựa chọn từ điều kiện mômen lớn nhất trong hai trị số mômen tương ứng với hai lực ăn dao khi khởi động và làm việc Bởi vì truyền động ăn dao thường có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng nên động cơ cần được kiểm tra theo điều kiện mômen cản tĩnh ở tốc độ nhỏ nhất có tính đến sự giảm mômen động cơ do điều kiện làm mát xấu và kiểm tra theo điều kiện mômen khởi động

III YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG

Chuyển động chính thường dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có đảo chiều quay, một hay nhiều cấp tốc độ làm việc dài hạn Phạm vi điều chỉnh tốc độ trong khoảng D=(50-60)/1, thực hiện bằng hộp tốc độ

Truyền động ăn dao cũng được thực hiện từ động cơ trục chính thông qua hộp tốc

độ ăn dao

Ngoài ra còn có động cơ bơm nước, nâng hạ cần khoan, xiết cần, xiết đầu khoan

IV PHƯƠNG PHÁP CHỌN CÔNG SUẤT MÁY

Việc chọn đúng công suất động cơ truyền động là hết sức quan trọng Nếu chọn công suất động cơ lớn hơn trị số cần thiết thì vốn đầu tư sẽ tăng, động cơ thường xuyên làm việc non tải, làm cho hiệu suất và hệ số công suất thấp Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn trị số yêu cầu thì máy sẽ không đảm bảo năng suất cần thiết, động cơ thường phải chạy non tải, làm giảm tuổi thọ động cơ, tăng phí tổn vận hành do sửa chữa nhiều

Để tính chọn được công suất động cơ, cần phải có các số liệu ban đầu sau:

1 Các thông số của chế độ làm việc của máy

Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt là: tốc độ cắt, lực cắt hoặc các thông số của chế độ cắt gọt như chiều sâu cắt, lượng ăn dao, vật liệu được gia công , vật liệu dao v.v… , trọng lượng chi tiết gia công, thời gian làm việc, thời gian nghỉ

Khối lượng của chi tiết gia công

Thời gian làm việc và thời gian nghỉ

2 Kết cấu cơ khí của máy

Bao gồm sơ đồ động học của các cơ cấu và khối lượng các bộ phận chuyển động.Quá trình chọn công suất động cơ có thể chia làm 2 bước sau:

* Bước 1 : chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động theo trình tự sau:

- Xác định công suất hoặc momen tác dụng trên trục làm việc của hộp tốc độ (P z

- Xác định công suất trên trục động cơ điện và thành lập đồ thị phụ tải tĩnh:

Muốn thành lập đồ thị phụ tải cho truyền động trong một chu kỳ, ta phải xác định công suất hoặc momen trên trục động cơ và thời gian làm việc ứng với từng giai đoạn.Công suất trên trục động cơ xác định theo biểu thức:

z c

P P

η

=Trong đó : η - Hiệu suất của cơ cấu truyền động ứng với phụ tải P z

Thời gian làm việc của từng giai đoạn có thể xác định tuỳ thuộc điều kiện

làm việc của từng cơ cấu truyền động như khoảng đường di chuyển của bộ phận làm việc, tốc độ làm việc, thời gian làm việc hoặc điều khiển máy… Trong đó có thời gian hữu công (thời gian làm việc thực sự) và thời gian vô công (thời gian làm việc không tải, điều khiển máy, chuyển đổi trạng thái làm việc…) Thời gian hữu công được xác định theo công thức ứng với từng loại máy Thời gian vô công được lấy theo kinh nghiệm vận hành

- Dựa vào đồ thị phụ tải tĩnh đã xây dựng ở phần trên, tiến hành tính toán chọn động cơ như đã nêu trong giáo trình Trang bị điện

+ Khi chế độ làm việc là dài hạn, phụ tải biến đổi (loại biến đổi) động cơ thường được chọn theo đại lượng trung bình hoặc đẳng trị

+ Khi chế độ làm việc là ngắn hạn lặp lại, động cơ được chọn theo phụ tải làm việc và hệ số đóng điện tương đối

+ Khi chế độ làm việc là ngắn hạn, động cơ được chọn theo phụ tải làm việc

và thời gian có tải trong chu kỳ

* Bước 2 : kiểm nghiệm động cơ theo những điều kiện cần thiết Tuỳ thuộc vào

đặc điểm của cơ cấu truyền động mà động cơ đã chọn được kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng , quá tải và mở máy

Để kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng, ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động Phụ tải động của động cơ phát sinh trong quá trình quá độ và được xác định từ quan hệ:

Khi kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét tới hiện tượng sụt áp lưới điện Thông thường cho phép sụt áp 10%, nên mômen tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn:

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG

ĐIỆN CHO MÁY KHOAN 2A55

I SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG

Hình 3 Sơ đồ truyền động điện máy khoan 2A55

II GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ VÀ TRANG BỊ ĐIỆN

Máy khoan 2A55 là máy dùng để khoan, khoét lỗ… đường kính lớn nhất là 50mm

Trên máy có 5 động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc U=220/380V (∆ / Y)

+ Động cơ 1Đ : Quay trục chính, có khả năng đảo chiêu quay, công suất

KC : tay gạt chữ thập, 4 vị trí, 4 tiếp điểm

III THUYẾT MINH HỌAT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ

1 Điều khiển động cơ bơm nước 4Đ

Mạch điện cung cấp từ lưới qua cầu dao tổng 1CD, cầu dao 2CD cấp điện cho động cơ bơm nước 4Đ hoạt động

Điện áp lưới thông qua các khởi động từ dẫn điện đến các động cơ 1Đ, 2Đ, 3Đ1, 3Đ2 Đồng thời điện áp cũng được dẫn đến mạch điều khiển qua tiếp điểm thường đóng RN

2 Điều khiển động cơ 3Đ 1 , 3Đ 2

Ấn nút 1M, cấp điện cho cuộn hút 3K1, tiếp điểm thường mở 3K1 ( 3-5 ) được đóng lại để cung cấp điện cho cuộn hút RU tác động, tiếp điểm thường mở RU ( 3-5 ) đóng lại để chuẩn bị cho các động cơ 1Đ, 2Đ, hoạt động, đồng thời tiếp điểm thường

mở 3K1 bên mạch lực cũng được đóng lại, động cơ 3Đ1, 3Đ2 được cấp điện, động cơ hoạt động để kẹp chặt cần khoan và đầu cần khoan

3 Điều khiển động cơ 1Đ

Đóng điện cho động cơ 1Đ tùy thuộc vào tay gạt chữ thập KC và tay gạt cơ khí có liên quan đến công tắc hành trình 3KH như sau :

+ Giả sử tay gạt chữ thập KC ở vị trí 1 ( bên phải ) thì tiếp điểm KC ( 7-9 ) kín và đưa tay gạt cơ khí xuống làm cho 3KH bị nhấn, đồng thời nối khớp giữa trục động cơ và trục khoan để quay phải Cuộn hút 1K1 được cấp điện theo đường ( 1- 3-5-7-9 ), các tiếp điểm thường mở 1K1 ở mạch động lực được đóng lại, động cơ 1Đ được cấp điện, hoạt động để truyền động trục khoan quay phải

+ Nếu để tay gạt chữ thập KC ở vị trí 1 ( bên phải ), tiếp điểm KC ( 7-9 ) kín

và đưa tay gạt cơ khí lên trên thì 3KH vẫn được nhấn nhưng sẽ nối khớp giữa trục động cơ và trục khoan để quay trái Cuộn hút 1K1 được cấp điện theo đường ( 1- 3-5-7-9 ), các tiếp điểm thường mở 1K1 ở mạch động lực được đóng lại, động cơ 1Đ được cấp điện, hoạt động để truyền động trục khoan quay trái

+ Nếu để tay gạt chữ thập KC ở vị trí 2 ( bên trái ), tiếp điểm KC ( 7-11 ) kín

và đưa tay gạt cơ khí lên trên hoặc xuống dưới, nhấn 3KH thì sẽ nối khớp giữa trục động cơ và trục khoan để quay trái hoặc quay phải Cuộn hút 1K2 được cấp điện theo đường ( 1-3-5-7-11 ), các tiếp điểm thường mở 1K2 ở mạch động lực được đóng lại, động cơ 1Đ được cấp điện, hoạt động để truyền động trục khoan quay trái hoặc phải

Ta có thể tóm tắt quá trình làm việc của trục khoan như sau :

4 Điều khiển động cơ 2Đ

Điều khiển động cơ 2Đ bằng cách điều khiển bằng tay gạt chữ thập KC

Đưa tay gạt KC về vị trí số 3 ( bên trên ) làm cho KC ( 5-13 ) kín, cuộn hút 2K1

có điện theo đường ( 1-3-5-13-17 ) Các tiếp điểm 2K1 ở mạch động lực được đóng lại, động cơ 2Đ được cấp điện

Động cơ 2Đ hoạt động như sau :

+ Đầu tiên động cơ này quay trục vít để nới lỏng cần khoan, khi cần khoan đã lỏng thì một cơ cấu cơ khí riêng làm tiếp điểm 1KH ( 5-19 ) đóng lại để chuân bị cho việc giữ cần khoan trên trụ sau khi cần ngừng đi lên Động cơ 2Đ tiếp tục làm việc và

bộ phận cơ khí sẽ chuyển sang chuyển động nâng cần đi lên

+ Khi cần khoan đã lên đến vị trí yêu cầu thì đưa tay gạt KC về vị trí giữa làm cuộn hút 2K1 mất điện, các tiếp điểm thường mở 2K1 ở mạch động lực mở ra, động

cơ 2Đ mất điện, cần khoan ngừng đi lên tiếp điểm thường đóng 2K1 ( 19-23 ) được đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút 2K2 theo đường ( 1-3-5-19-23 ), các tiếp điểm thường đóng động cơ 2Đ quay theo chiều ngược lại để bắt đầu quá trình xiết cần khoan

+ Khi cần khoan đã được xiết chặt thì 1KH ( 5-19 ) mở ra kết thúc quá trình xiết cần

Trường hợp muốn hạ cần khoan xuống thì di chuyển tay gạt KC về vị trí 4 ( bên dưới ), quá trình xảy ra tương tự : 2K2 hạ cần, 1’KH và 2K1 xiết cần

Công tắc hành trình 2KH dùng để giới hạn hành trình chuyển động của cần khoan

về phía trên và phía dưới

Muốn dừng máy thì di chuyển tay gạt KC về vị trí 0

5 Bảo vệ và liên động

Bảo vệ quá tải động cơ 1Đ bằng rơle nhiệt RN

Bảo vệ ngắn mạch cho động cơ 4Đ là cầu chì 1CC

Bảo vệ ngắn mạch cho động cơ 2Đ, 3Đ1, 3Đ2 là cầu chì 2CC

Bảo vệ điện áp không là rơle điện áp RU

Liên động :

+ Cơ khí : Tay gạt chữ thập KC

+ Điện : khóa chéo, duy trì

CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CỦA MÁY KHOAN TRONG CÔNG NGHIỆP

I MỘT SỐ SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG KHÁC CỦA MÁY KHOAN

Máy khoan có rất nhiều loại tùy theo yêu cầu công nghệ, dưới đây là sơ đồ truyền động của máy khoan 2A125

Hình 4 Sơ đồ truyền động điện máy khoan 2A125

K1, K2, K3 : Bộ công tắc xoay dùng để đảo chiều động cơ trục chính

BA : Biến áp 380/36 V dùng để cấp nguồn cho đèn Đ

* Thuyết minh hoạt động

Đóng cầu dao 1CD cấp nguồn cho mạch chuẩn bị làm việc

Chuyển công tắc xoay ( K1, K2, K3 ) sang phải ( quay thuận ), do được liên động

cơ khí nên K1 ( 5-7 ) và K3 ( 3-5 ) đóng lại đồng thời nên cuộn hút 1K được cấp nguồn, các tiếp điểm thường mở K1 bên mạch lực được đóng lại, động cơ 1Đ được cấp điện và truyền động cho trục khoan quay thuận chiều

Do cấu tạo cơ khí nên K1 ( 5-7 ) chỉ đóng lại trong thời gian rất ngắn, sau đó tự động được mở ra Tuy nhiên động cơ vẫn hoạt động bình thường nhờ tiếp điểm duy trì 1K ( 5-7)

Nếu chuyển công tắc xoay ( K1, K2, K3 ) về bên trái thì động cơ sẽ quay nghịch

do các tiếp điểm K2 ( 13,5 ) và K3 ( 3-5 ) được đóng lại Sau đó mạch được duy trì bằng tiếp điểm 2K ( 5-13 )

Muốn động cơ bơm nước 2Đ hoạt động thì đóng cầu dao 2CD

Đóng công tắc K để cung cấp điện áp cho đèn chiếu sáng Đ thông qua biến áp BA

Dừng máy bằng cách gạt công tắc xoay ở giữa, lúc đó trạng thái của bộ công tắc xoay giống như trong hình vẽ

* Bảo vệ và liên động

Ngắn mạch : Cầu chì CC

Quá tải : Rơle nhiệt RN

Liên động :

+ Cơ khí : Bộ công tắc xoay K1, K2, K3

+ Điện : khóa chéo và duy trì

II ỨNG DỤNG CỦA MÁY KHOAN TRONG CÔNG NGHIỆP

Máy cắt gọt kim loại theo số lượng và chủng loại thì chiếm vị trí hàng đầu trong tất cả các máy công nghiệp Điều này nói lên vai trò và mức độ ứng dụng của các loại máy gia công kim loại trong công nghiệp

Tương tự vậy, các loại máy khoan được sử dụng rất nhiều trong các quá trình công nghiệp, đặc biệt máy khoan có thể kết hợp với các loại máy khác để thực hiện nhiều chức năng hơn như khoét, doa, cắt ren… Không chỉ dửng lại ở các quá trình gia công kim loại, máy khoan cũng được sử dụng ở trong nhiều ngành nghề khác như xây dựng như các loại máy khoan cắt bêtông, máy khoan cọc nhồi…