Khảo sát và thiết kế hệ truyền động một chiều cho truyền động chính máy doa ngang 2620

Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, hiệu chỉnh máy,… Ví dụ: di chuyển thanh dao hoặc phôi, nâng h

Khảo sát và thiết kế hệ truyền động một chiều cho truyền động

chính máy doa ngang 2620

Trưởng bộ môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : ThS Tạ Duy Hà

Sinh viên thực hiện : Đoàn Quang Huy Lớp : CN – ĐK & TĐH1 - K59

Giáo viên duyệt :

Hà nội, 6-2018

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Khảo sát và thiết kế hệ truyền động một chiều cho truyền động chính máy doa ngang 2620 do em tự thiết kế dưới sự hướng

dẫn của thầy giáo ThS Tạ Duy Hà Các số liệu và kết quả hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Đoàn Quang Huy

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU 9

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 10

LỜI NÓI ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY DOA NGANG 2620 12

1.1 Khái niệm chung về nhóm máy cắt gọt kim loại 12

1.1.1 Phân loại các máy cắt gọt kim loại 12

1.1.2 Các loại chuyển động của máy 12

1.1.3 Các yếu tố của quá trình cắt gọt 13

a Tốc độ cắt 13

b Lực cắt 14

c Công suất cắt 14

d Thời gian máy 14

f Phụ tải của động cơ truyền động các cơ cấu điển hình 15

g Tổn hao trong máy cắt gọt kim loại 18

1.2 Tổng quan về máy doa 18

1.2.1 Đặc điểm công nghệ 18

1.2.2 Yêu cầu đối với truyền động điện và trang bị điện máy doa 19

a Truyền động chính 19

b Truyền động ăn dao 20

c Độ ổn định tốc độ khi làm việc 20

d Sự phù hợp giữa đặc tính của hệ thống và đặc tính phụ tải 20

e Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải 22

f Yêu cầu về kinh tế 22

1.2.3 Sơ đồ truyền động máy doa ngang 2620 22

a Sơ đồ truyền động ăn dao 23

b Sơ đồ truyền động chính 24

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 27

2.1 Thiết kế mạch lực 27

2.1.1 Lựa chọn động cơ 27

2.1.2 Lựa chọn phương án truyền động 27

a Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ) 27

b Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ) 30

2.1.3 Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu 31

2.1.4 Lựa chọn phương án đảo chiều 36

a Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ 36

b Đảo chiều dòng điện phần ứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu triristor mắc song song ngược 37

2.1.5 Lựa chọn van mạch lực 38

2.1.6 Lựa chọn cuộn kháng san bằng 38

2.1.7 Lựa chọn aptomat bảo vệ mạch lực 40

2.1.8 Bảo vệ tốc độ tăng điện áp và dòng điện cho van du/dt,di/dt 40

2.1.9 Sơ đồ mạch lực 42

2.2 Thiết kế mạch điều khiển 43

2.2.1 Khâu đồng bộ và phát xung răng cưa 44

a Mạch đồng bộ 45

b Mạch tạo xung răng cưa 46

2.2.2 Khâu so sánh 47

2.2.3 Khâu truyền xung 48

a Mạch sửa xung 48

b Mạch khuyếch đại và truyền xung 49

2.2.4 Khâu phản hồi dòng điện 50

2.2.5 Khâu phản hồi tốc độ 51

2.2.6 Một số mạch khác 53

a Mạch tạo nguồn nuôi 53

b Mạch hạn chế gia tốc điện áp đặt 53

c Mạch giới hạn điện áp 55

d Mạch chống bão hòa tích phân 55

2.2.7 Sơ đồ mạch điều khiển 57

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC VÀ MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG 58 3.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống 58

3.1.1 Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển 58

3.1.2 Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập 59

3.1.3 Mạch vòng dòng điện 61

3.1.4 Mạch vòng tốc độ 63

3.1.5 Cấu trúc hệ truyền động 64

3.2 Xét điều kiện ổn định tĩnh của hệ thống 65

3.3 Xét ổn định động hệ thống 66

3.4 Kết quả mô phỏng 66

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Phân loại máy cắt gọt kim loại 12

Hình 1.2: Các dạng gia công điển hình trên MCGKL 13

Hình 1.3: Cơ cấu hệ truyền động ăn dao trục vít êcu 16

Hình 1.4: Cơ cấu truyền động phụ máy khoan hướng kính 17

Hình 1.5: Hình dạng bên ngoài của máy doa 19

Hình 1.6: Đồ thị phụ tải truyền động MCGKL 20

Hình 1.7: Đặc tính điều chỉnh khi kết hợp 2 phương trình 22

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ 27

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ có ngắt 28

Hình 2.3: Sơ đồ hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ) 30

Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng 32

Hình 2.5: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha 33

Hình 2.6: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng 34

Hình 2.7: Sơ đồ đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ 36

Hình 2.8: Sơ đồ đảo chiều bởi hai bộ chỉnh lưu cầu triristor mắc song song ngược 37

Hình 2.9: Mạch bảo vệ tốc độ tăng điện áp và dòng điện cho van 40

Hình 2.10: Sơ đồ thiết kế mạch lực 42

Hình 2.11: Sơ đồ điều khiển theo nguyên tắc pha đứng 44

Hình 2.12: Mạch tạo xung đồng bộ 45

Hình 2.13: Giản đồ điện áp tạo xung đồng bộ 45

Hình 2.14: Mạch tạo xung răng cưa 46

Hình 2.15: Giản đồ điện áp tạo xung răng cưa 47

Hình 2.16: Mạch so sánh 47

Hình 2.17: Giản đồ điện áp so sánh 48

Hình 2.18: Mạch sửa xung 49

Hình 2.19: Giản đồ điện áp sau khi sửa xung 49

Hình 2.20: Mạch khuyếch đại và truyền xung đến van 50

Hình 2.21: Mạch phản hồi dòng điện 50

Hình 2.22: Mạch phản hồi tốc độ 52

Hình 2.23: Mạch tạo nguồn nuôi và điện áp đặt 53

Hình 2.24: Mạch hạn chế gia tốc điện áp 54

Hình 2.25: Mạch giới hạn điện áp đặt bộ điều khiển mạch vòng dòng điện 55

Hình 2.26: Mạch phản hồi chống bão hòa tích phân 56

Hình 2.27: Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển 57

Hình 3.1: Sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu điều khiển 58

Hình 3.2: Quan hệ giữa U d và U dk 58

Hình 3.3: Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh lưu 59

Hình 3.4: Sơ đồ thay thế động cơ một chiều 60

Hình 3.5: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều 61

Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 61

Hình 3.7: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện sau biến đổi 62

Hình 3.8: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ 63

Hình 3.9: Sơ đồ cấu trúc toàn bộ hề truyền động 64

Hình 3.10: Sơ đồ cấu trúc hệ thống ở chế độ tĩnh 65

Hình 3.11: Biểu đồ tốc độ khi thay đổi tải 67

Hình 3.12: Biểu đồ dòng điện phần ứng khi thay đổi tải 67

Hình 3.13: Biểu đồ tốc độ khi đảo chiều động cơ 68

Hình 3.14: Biểu đồ dòng điện phần ứng khi đảo chiều động cơ 68

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1: Bảng hiệu suất các khâu truyền động 18

Bảng 2.1: Thông số động cơ 27

Bảng 2.2: Thông số Thyristor 38

Bảng 3.1: Bảng Routh xét tính ổn định hệ thống 66

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay nền công nghiệp đóng vai trò rất quan trọng đối với phát triển kinh tế nước

ta, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ phục vụ cho quá trình sản xuất thì việc hiện đại hóa các trang thiết bị, máy móc rất cần được quan tâm Để đáp ứng được công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nâng cao năng suất, chất lượng sảm phẩm, tiết kiệm chi phí, giá thành thì đòi hỏi phải nắm vững quy trình hoạt động của từng loại máy Đồng thời kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn các phương án phù hợp nhất

Việc làm đồ án tốt nghiệp này là một lần nữa giúp em có thêm cơ hội, thời gian để củng cố kiến thức về trang bị điện, truyền động điện các máy móc công nghiệp Đây cũng là bài học kinh nghiệm và là hành trang vô cùng quan trọng cho những sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp như chúng em Vận dụng kiến thức bản than, đặc biệt là sự chỉ bảo

tận tình của ThS Tạ Duy Hà đã giúp em hoàn thành đúng thời hạn đề tài: “Khảo sát và thiết kế hệ truyền động một chiều cho truyền động chính máy doa ngang 2620”

Nội dung phần thuyết mình gồm có 3 phần:

Chương 1: Giới thiệu về máy doa ngang 2620

Chương 2: Thiết kệ hệ truyền động

Chương 3: Xây dựng cấu trúc và mô phỏng hệ truyền động

Qua đây em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy giáo, cô giáo Viện Điện- trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã dạy dỗ và trang bị cho em những kiến thức chuyên ngành quý giá trong suốt thời gian học tập Đặc biệt là ThS Tạ Duy Hà đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài này

Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Đoàn Quang Huy

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY DOA NGANG 2620

1.1 Khái niệm chung về nhóm máy cắt gọt kim loại

Máy cắt gọt kim loại dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt, hớt các lớp kim loại dư thừa để sau khi gia công chi tiết có hình dạng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thỏa mãn yêu cầu với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh)

1.1.1 Phân loại các máy cắt gọt kim loại

MÁY CẮT KIM LOẠI

Đặc điểm quá

trình công nghệ

Đặc điểm quá trình sản xuất

Trọng lượng và kích thước chi tiết

Độ chính xác và gia công

Hình 1.1: Phân loại máy cắt gọt kim loại

1.1.2 Các loại chuyển động của máy

Có 2 loại chuyển động chủ yếu: chuyển động cơ bản và chuyển động phụ

Chuyển động cơ bản là sự di chuyển tương đối của dao cắt so với phôi để đảm bảo quá trình cắt gọt Chuyển động này lại chia ra: chuyển động chính và chuyển động ăn dao

- Chuyển động chính (chuyển động làm việc) là chuyển động đưa dao cắt ăn vào chi tiết

- Chuyển động ăn dao là các chuyển động xê dịch lưỡi dao hoặc phôi để tạo ra một lớp phoi mới

Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, hiệu chỉnh máy,… Ví dụ: di chuyển thanh dao hoặc phôi, nâng hạ xà của máy bào giường, kẹp đầu trục máy khoan,…

Các chuyển động chính, ăn dao có thể là chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến của dao hoặc phôi Trên hình 1.2 là các dạng gia công điển hình được thực hiện trên MCGKL: máy tiện (hình 1.2a); máy bào giường (hình 1.2b); máy phay (hình 1.2c); máy khoan, doa (hình 1.2d); máy mài (hình 1.2e)

Hình 1.2: Các dạng gia công điển hình trên MCGKL

1- Chiều của chuyển động chính

2- Chiều của chuyển động ăn dao

3- Chi tiết gia công

(m/ph) V V

V

x y m

z

s T

C t

Trong đó: - t là chiều sâu cắt (mm)

- T là tuổi thọ (độ bền) của dao (phút)

- s là lượng ăn dao khi chi tiết quay được một vòng (mm/vòng)

- CV, xV, yV, m là hệ số mũ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm giao và phương pháp gia công

b Lực cắt

Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy tại điểm tiếp xúc gọi

là lực pháp tuyến chia làm ba thành phần:

- Lực tiếp tuyến FZ: chống lại sự quay của chi tiết

- Lực dọc trục FX: chống lại sự di chuyển của bàn dao

- Lực hướng kính FY: Chống lại sự tì của dao và chi tiết

Trong đó: CF, xF, yF, n là hệ số và mũ phụ thuộc vào vật liệu làm dao, chi tiết gia công

và phương pháp gia công

Z Z Z

F V

d Thời gian máy

Thời gian máy là thời gian để gia công chi tiết Nó còn được gọi là thời gian công nghệ hoặc thời gian hữu ích Để tính thời gian máy, ta phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt và phương pháp gia công ví dụ như máy tiện: (theo TL 1)

(ph)

M

L t

n s

(1.4)

Trong đó: - L: chiều dài của hành trình làm việc (mm)

- n: tốc độ quay của chi tiết (vg/ph)

f Phụ tải của động cơ truyền động các cơ cấu điển hình

• Cơ cấu truyền động chính:

Trong truyền động chính của MCGKL, lực cắt là lực hữu ích, nó phụ thuộc vào chế

độ cắt (t, s, V), vật liệu chi tiết và dao

- Đối với chuyển động chính là chuyển động quay như tiện, phay, doa, khoan và mài, mômen trên trục chính được xác định theo công thức: (theo TL 1)

(Nm) 2

Z Z

Z Z hi

M

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

Mômen cản tĩnh trên trục động cơ là: (theo TL 1)

(Nm)

2

k c

F d M

i

Trong đó: Fk = FZ + Fms

𝜂: hiệu suất bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính

- Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến như máy bào giường và một

số máy khác, mômen hữu ích trên trục động cơ là:

Mômen cản tĩnh trên trục động cơ được tính như sau: (theo TL 1)

(Nm)

hi c

M M



• Cơ cấu truyền động ăn dao

Trong hệ truyền động ăn dao, động cơ thực hiện di chuyển bàn dao hoặc chi tiết để đảm bảo quá trình cắt Hệ truyền động ăn dao được thực hiện bằng nhiều phương án khác nhau Dạng sơ đồ động học điển hình là hệ truyền động trục vít êcu

Hình 1.3: Cơ cấu hệ truyền động ăn dao trục vít êcu

tv ad tv

M = F d tg   + (1.11)

Trong đó: - dtv: đường kính trung bình trục vít vô tận (m)

-𝛼 : góc lệch của đường ren trục vít (o) -𝜑 : góc ma sát của đường ren trục vít (o) Mômen cản trên trục động cơ được xác định bằng công thức: (theo TL 1)

(Nm).

tv c

M M

i

• Cơ cấu truyền động phụ

Lấy cơ cấu truyền động ở máy khoan hướng kính làm ví dụ:

Hình 1.4: Cơ cấu truyền động phụ máy khoan hướng kính

Khi động cơ 6 quay theo chiều thuận, qua hộp điều tốc 5, chêm 2, 1 xiết chặt trụ 4

và ngược lại Để đảm bảo xiết được trụ thì lực sinh ra bởi cơ cấu phải lớn hơn lực làm

di chuyển trụ sinh ra do lực cắt và trọng lượng: (theo TL 1)

(N)

N

Q l F

Trong đó: - FN: lục tác dụng lên trụ do cơ cấu xiết tạo ra (N)

-Q: lực đặt vào trọng tâm xà máy (N) -R: bán kính ngoài của trụ

-l: khoảng cách từ tâm trụ đến trọng tâm xà máy -𝜇: hệ số ma sát

Mômen trên trục động cơ điện: (theo TL 1)

Đối với trường hợp nới trụ, mômen phụ tải ban đầu rất lớn (lớn hơn mômen cực đại khi xiết trụ) Động cơ không thể khởi động được, để khắc phục khó khăn dùng một

cơ cấu nới trụ đặc biệt để tạo khoảng thời gian khởi động không tải cho động cơ

g Tổn hao trong máy cắt gọt kim loại

Tổn hao trong MCGKL phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố: dạng và số lượng khâu động học, dạng ổ đỡ (trượt hoặc lăn), dạng và nhiệt độ dầu bôi trơn, sự thay đổi phụ tải, tốc độ của máy,… Do đó tổn hao của máy thường được xác định bằng thực nghiệm Khi tính toán thường sử dụng các giá trị định mức sau: (theo TL 1)

Bảng 1.1: Bảng hiệu suất các khâu truyền động

Khâu truyền bằng dây đai phẳng 0,94÷0,96

Khâu truyền bằng bánh răng phẳng 0,98

có thể đạt độ chính xác cấp 6 Doa đạt độ cứng vững cao, lưỡi cắt thường bố trí không đối xứng nên khắc phục được độ rung động

Máy doa ngang dùng cho gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng Hình dạng bên ngoài của máy được mô tả như hình 1.5

Hình 1.5: Hình dạng bên ngoài của máy doa

Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên trụ có ụ trục chính 5 Giá đỡ 3 đặt trên trụ sau 2

để giữ trục dao khi gia công Bàn quay 4 gá chi tiết có thể di chuyển theo phương ngang hoặc dọc bệ máy Ụ trục chính có thể di chuyển theo phương thẳng đứng cùng trục chính Bản thân trục chính có thể chuyển động theo phương ngang Động cơ trục chính được gắn trên thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển được thực hiện nhờ trục chính hoặc động cơ truyền động ăn dao

Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa Chuyển động ăn dao có thể

là chuyển động theo phương ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao Chuyển động phụ là chuyển động thẳng đứng của ụ dao,…

1.2.2 Yêu cầu đối với truyền động điện và trang bị điện máy doa

a Truyền động chính

Yêu cầu phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D= 130/1, công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh 𝜑=1,26 Hệ thống truyền động chính phải hãm dừng nhanh Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ Những máy doa cỡ vừa, nặng có thể sử dụng động cơ điện

1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng Nhờ vậy có thể giảm kết cấu và có thể hạn chế được mômen ở vùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều chỉnh tốc độ hai vùng

b Truyền động ăn dao

Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động ăn dao D = 1500/1 Lượng ăn dao

s điều chỉnh trong khoảng 2  600 (mm/ph) Khi dịch chuyển nhanh có thể đạt 2,5  3 (m/ph) Lượng ăn dao s ở những máy cỡ nặng yêu cầu giữ không đổi khi thay đổi tốc

độ trục chính Đặc tính cơ cần có độ cứng cao và độ ổn định tốc độ < 10%, truyền động

ăn dao phải đảm bảo tác động nhanh, dừng máy chính xác đảm bảo sự liên động với truyền động chính khi làm việc tự động

Với những máy doa cỡ trung bình và nặng, hệ thống truyền động ăn dao thường sử dụng hệ thống khuếch đại máy điện - động cơ một chiều hoặc hệ thống T – Đ

% i dmi (5 10)%

i

n n n

n

−

d Sự phù hợp giữa đặc tính của hệ thống và đặc tính phụ tải

Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất khái quát bởi phương trình: (theo TL 1)

• 𝑞 = −0 ta có Mc = Mdm = const - ứng với truyền động ăn dao

• 𝑞 = −1 ta có Mc = 1/ 𝜔 (Pc = const) - ứng với truyền động chính

Hình 1.6: Đồ thị phụ tải truyền động MCGKL

Trong thực tế, đặc tính cơ của máy thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc điều kiện tự nhiên

Đối với truyền động chính MCGKL, nói chung công suất không đổi khi điều chỉnh tốc độ còn mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ vì vậy ở vùng tốc độ thấp mômen có thể lớn Thực tế sản xuất, vùng tốc độ thấp chỉ dùng cho chế độ cắt nhẹ (FZ nhỏ, PZ

nhỏ), vì vậy ở vùng tốc độ thấp người ta giữ mômen không đổi còn công suất cắt thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ

Đối với truyền động ăn dao MCGKL, nói chung mômen không đổi khi điểu chỉnh tốc độ Tuy nhiên ở vùng tốc độ thấp, lượng ăn dao s nhỏ, lực cắt bị hạn chế bởi chiều sâu cắt tới hạn t Trong vùng này, khi tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao và momen ăn dao cũng giản theo Ở tốc độ cao, tương ứng tốc độ 𝑣𝑧 của truyền động chính cũng phải lớn, nếu giữ Fad lớn như cũ thì công suất truyền động sẽ quá lớn Do đó cho phép giảm nhỏ lực ăn dao trong vùng này, momen truyền động ăn dao cũng giảm theo

Một hệ thống truyền động điện có điểu chỉnh gọi là tốt nếu đặc tính điều chỉnh của

nó giống đặc tính cơ của máy Khi đó động cơ được sử dụng hợp lý nhất, tức là có thể làm việc đầy tải ở mọi tốc độ Nhờ vậy, hệ thống đạt được các chỉ tiêu năng lượng cao Nói các khác, có thể lựa chọn động cơ có kích thước nhỏ nhất cho máy

Đặc tính điều chỉnh của truyền động là quan hệ giữa công suất hoặc mômen của động cơ với tốc độ Ví dụ đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập, khi điều chỉ điện áp phần ứng và giữ từ thông máy không đổi ta sẽ có: (theo TL 1)

Hình 1.7: Đặc tính điều chỉnh khi kết hợp 2 phương trình

e Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải

Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động Trong đó:

- Quá tải tĩnh: Là do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải

- Quá tải động: Là các quá trình khởi động, hãm, đảo chiều Để rút ngắn thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này

Các biện pháp hạn chế phụ tải:

- Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao

- Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phương pháp sử dụng khâu phản hồi âm dòng

có ngắt

f Yêu cầu về kinh tế

Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiện cho vận hành và sửa chữa Vốn đầu tư mua sắm thiết bị, chi phí vận hành phải hợp lý nhưng đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật

1.2.3 Sơ đồ truyền động máy doa ngang 2620

Thông số máy doa ngang 2620:

- Máy doa ngang 2620 có kích thước cỡ trung bình

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động ăn dao: 2,1  1500 (vg/ph); tốc

độ lớn nhất :3000 (vg/ph)

a Sơ đồ truyền động ăn dao

Hệ thống truyền động ăn dao thực hiện theo hệ MĐKĐ có bộ khuếch đại điện tử trung gian, thực hiện theo hệ kín phản hồi âm tốc độ Tốc độ ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi (2,2 ÷ 1760)mm/ph Di chuyển nhanh đầu dao với tốc độ 3780mm/ph chỉ bằng phương pháp điện khí Tốc độ ăn dao được thay đổi bằng cách chuyển đổi sức điện động của khuếch đại máy điện khi từ thông động cơ là định mức, còn di chuyển nhanh đầu dao được thực hiện bằng cách giảm nhỏ từ thông động cơ khi sức điện động của MĐKĐ là định mức

Hình 1.8: Sơ đồ hệ truyền động ăn dao máy doa ngang 2620

b Sơ đồ truyền động chính

Hình 1.9: Sơ đồ mạch lực máy doa ngang 2620

Hình 1.10: Sơ đồ mạch điều khiển máy doa ngang 2620

Hình là sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động chính (đơn giản hóa) Động cơ truyền động chính là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc hai cấp tốc độ: 1460 rmp khi dây cuốn stato đấu hình (𝛥) và 2890 rmp khi đấu hình sao kép (⅄⅄) Việc chuyển đổi tốc độ

từ thấp đến cao tương ứng với chuyển đổi từ đấu 𝛥 thành đấu ⅄⅄ và ngược lại được thức hiện bởi tay gạt cơ khí 2KH liên quan đến thiết bị chuyển đổi tốc độ Nếu tiếp điểm

2KH hở, dây quấn động cơ được đấu 𝛥 tương ứng tốc độ thấp Tiếp điểm 1KH liên quan đến thiết bị chuyển đổi tốc độ trục chính Nó ở trạng thái hở trong thời gian chuyển đổi tốc độ và chỉ kín khi đã chuyển đổi xong Động cơ được đảo chiều nhờ các công tắc tơ 1T, 1N, 2T, 2N

Giả thiết 1KH, 2KH kín Sau khi ấn nút khởi động MT (hoặc MN) động cơ được khởi động qua hai cấp: Lúc đầu động cơ được đấu 𝛥 (tốc dộ thấp) do công tắc tơ Ch có điện Sau thời gian duy trì của role thời gian RTh, công tắc tơ Ch mất điện, công tắc tơ 1Nh, 2Nh có điện, động cơ được đấu ⅄⅄ (tốc độ cao)

Sau khi ấn nút dừng D, động cơ được hãm ngược đến dừng máy Quá trình hãm được giải thích như sau: Để chuẩn bị mạch hãm và kiểm tra tốc độ động cơ, ở sơ đồ dùng role kiểm tra tốc độ RKT Khi máy đang làm việc theo chiều thuận, tiếp điểm RKT-1 kín sẵn, rơ le 1RH có điện Do đó trong quá trình hãm, công tắc tơ 2N có điện, đấu nối hai trong ba pha điện áp stato để thực hiện hãm ngược động cơ Khi tốc độ động

cơ đã giảm nhỏ tiếp điểm RKT-1 mở ra, công tắc tơ 2N mất điện, quá trình hãm hết thúc Để hạn chế dòng điện hãm, đưa điện trở phụ vào mạch stato Quá trình hãm động

cơ ở chiều ngược xảy ra tương tự, chỉ khác là tiếp điểm RKT-2 sẽ điều khiển sự tác động của công tắc tơ 2T

Muốn điều chỉnh (thử) máy, ấn nút TT hoặc TN ở chế độ này, dây quấn động cơ luôn được đấu 𝛥 và có điện trở phụ trong mạch stato (2T hoặc 2N có điện) nên tốc độ động cơ thấp

Trong sơ đồ còn có động cơ bơm dầu bôi trơn DB Nó được đóng cắt điện đồng thời với động cơ chính nhờ công tắc tơ KB và các tiếp điểm liên động

Hệ truyền động này có ưu điểm là điều chỉnh 2 vùng tốc độ, giá thành rẻ, mạch điều khiển tương đối đơn giản nhưng thay đổi tốc độ bằng cơ khí khó tự động hóa, chưa có các mạch vòng phản hồi để điều chỉnh tốc độ, không đảo được chiều động cơ khi máy đang hoạt động Vì vậy ta sẽ thiết kế hệ truyền động mới cho truyền động chính máy doa ngang 2620 trong chương 2

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG

2.1 Thiết kế mạch lực

2.1.1 Lựa chọn động cơ

Dựa theo đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động chính máy doa lựa chọn động

cơ truyền động chính là động cơ 1 chiều kích từ độc lập do simotop group sản xuất có thông số như bảng 2.1:

Bảng 2.1: Thông số động cơ

Kiểu Pđm Uđm Iđm 𝜔đm Rư Lư 𝜂đm J Z4-112/2-2 4kW 220V 23A 1500rpm 0,716Ω 11,5mH 72,3% 0,088kg.m2

2.1.2 Lựa chọn phương án truyền động

a Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ)

• Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ

Hệ thống có khả năng tự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi nhờ khâu phản hồi tốc

độ Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc Roto của FT được nối đồng trục với rotor động cơ Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của động cơ

Ta có: - F2 = I2W2 (2.1)

-EFT = Ke.𝜙FT .nFT = Ke.𝜙FT.n (2.2) -UFH = 𝛾.𝜔dc với 𝛾 là hệ số phản hồi âm tốc độ (2.3)

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ

Quá trình tự động này như sau: Giả sử khi Mc tăng sẽ làm cho nĐ giảm < nyc Mà khi n giảm nên EFT giảm do đó I2 giảm ⟶ F2 giảm nên F = F1 – F2 tăng dẫn đến EKĐMĐ

tăng nên UĐ tăng do đó n tăng đạt đến nyc Và khi Mc giảm thì quá trình sẽ tự động xảy

ra theo chiều ngược lại

Phương trình cân bằng sức từ động:

F = F1 – F2 (2.4) Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điều chỉnh gia tốc của hệ khi khởi động Có thể tiến hành điều chỉnh ở vùng tốc độ rất thấp

do đó mở rộng được phạm vi điều chỉnh Chất lượng điều chỉnh cũng như ổn định tốc

độ rất tốt

• Hệ thống F- Đ với âm dòng có ngắt

Khi thực hiện các phản hồi trong hệ F - Đ, động cơ được duy trì theo tốc độ đặt cho trước Khi quá tải động cơ có thể bị cháy Để giảm bớt thiết bị bảo vệ có thể gây khó khăn khi vận hành, người ta đưa vào hệ thống khâu phản hồi âm dòng có ngắt

- Phản hồi được thực hiện qua điện trở R và khâu so sánh gồm Uss, Rss và van D

- Khi Iư bé hơn trị số cho phép thì Uph < Uss do đó van D khóa nên F2 = 0

- Khi Iư lớn hơn Icp dẫn đế Uph > Uss do đó van D mở nên F2≠ 0 → F = F1 – F2 giảm xuống làm giảm sức từ động của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động

cơ giảm tốc độ nên động cơ được bảo vệ

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ có ngắt

- Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không

- Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ

- Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với tải có tính thế năng (khi hạ tải trọng)

→ Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ

Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt

- Do các phần tử trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rất tốt

- Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt giải điều chỉnh

- Hệ số cos𝜑 khá cao

Nhược điểm :

Nhược điểm cơ bản của hệ thống F - Đ là sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếm diện tích không gian lớn, gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc Máy phát điện một chiều có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khó khăn Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làm việc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều )

b Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ)

Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ động lập Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dòng thyristor

Hình 2.3: Sơ đồ hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ)

Hoạt động của hệ thống:

- Bộ biến đổi biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha hay 1 pha thành nguồn điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ

- Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ,

sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu

- Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển lên biến trở R và đưa vào

bộ phát xung rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi

- Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống

Nhược điểm :

- Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế

- Hệ số cos𝜑 nói chung của hệ thống thấp

- Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới

cơ mang bộ phận làm việc của máy và quán tính điện trở của máy phần ứng

Do đó so với hệ F - Đ sử dụng hệ T - Đ có quá trình quá độ hợp lí hơn, nên ta có thể tạo ra được những thiết bị tổ hợp hiện đại về công nghệ, để gia công các sản phẩm với chất lượng tốt hơn, tốc độ cao hơn, độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng, luôn sẵn sàng khởi động, bảo dưỡng đơn giản, không gây ồn ào, giá thành hạ hơn do vậy ta lựa chọn sử dụng hệ T - Đ làm hệ truyền động chính máy doa

2.1.3 Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu

Để cấp nguồn cho tải 1 chiều, chúng ta cần thiết kế bộ chỉnh lưu với mục đích biến đổi năng lượng xoay chiều thành 1 chiều các loại bộ biến đổi này có thể chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển

Theo dạng nguồn cần cấp có thể chia thành chỉnh lưu 1 pha hoặc 3 pha Các thông

số quan trọng của sơ đồ chỉnh lưu là: dòng điện và điện áp tải, dòng điện thứ cấp máy biến áp , số lần đạp mạch trong 1 chu kỳ

Xét 3 phương án chỉnh lưu sau:

- Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha

- Mạch chỉnh lưu tia 3 pha

- Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha

• Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng

Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng

Nguyên lý hoạt động:

Trong nửa chu kỳ điện áp anot của T1 dương (lúc đó catot T2 âm ) Nếu có xung điều khiển cho cả 2 van T1,T2 đồng thời các van này sẽ được mở thông để đặt điện áp lưới lên tải, điện áp tải 1 chiều còn bằng điện áp lưới xoay chiều chừng nào các van còn dẫn Đến nửa chu kỳ âm sau, điện áp đổi dâu , anot T3 dương , catot T4 âm nếu có xung điều khiển cho cả 2 van T3, T4 đồng thời thì các van này sẽ mở thông, đặt điện áp lưới lên tải với chiều trùng với nửa chu kỳ dương trước

- Điện áp chỉnh lưu trung bình: Ud ≈ 0,9 U2.cos𝛼

- Điện áp ngược cực đại trên van : Ungmax =√2 U2

- Số lần đập mạch trong 1 chu kỳ : 2

- Dòng điện trung bình qua van : Iv = Id

2

Ưu điểm :

- Điện áp ngược trên van bé hơn

- Biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn

- Mạch điều khiển tương đối dễ

Nhược điểm :

- Chất lượng điện áp chưa cao

- Biên độ đập mạch lớn

• Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha

Hình 2.5: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha

Nguyên lý hoạt động

Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thyristor T1 dương nhất, khi cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R,L và chạy về nguồn, trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trên thì dòng sẽ qua T2 qua R,L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R,L và về nguồn

Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dẫn sẽ vẫn dẫn khi điện áp âm mà van còn lại chưa mở Xét t1: Van T1 đang dẫn, do suất điện động cảm ứng nên T1 vẫn dẫn điện cho đến thời điểm t2 Khi đưa xung vào mở T2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngược đặt vào T1 làm T1 khoá lại và quá trình khoá T1 là quá trính khoá cưỡng bức Từ thời điểm t2 ÷ t3 thì T2 dẫn điện, thời điểm t4 là khi chúng ta đưa xung

mở T3

- Điện áp chỉnh lưu trung bình : Ud ≈ 1,17 U2 .cos𝛼

- Điện áp ngược cực đại trên van : Ungmax =√6 U2

- Số lần đập mạch trong 1 chu kỳ : 3

- Dòng điện trung bình qua van : Iv = Id

3

- Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm

- Điện áp ra có độ đập mạch lớn, xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao

- Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao

• Chỉnh lưu cầu 3 pha

Hình 2.6: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng

- Nhóm katốt chung gồm 3 triristor: T1,T3,T5

- Nhóm anốt chung gồm 3 triristor: T2,T4,T6

Điện áp các pha thứ cấp MBA có phương trình :

Ua = U2 sin𝜃

Ub = U2sin(𝜃 - 2𝜋/3)

Uc = U2sin(𝜃 - 4𝜋/3)

Nguyên lý hoạt động

Góc mở 𝛼 được tính từ giao điểm của hai điện áp pha

Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua:

- Điện áp chỉnh lưu trung bình : Ud ≈ 2,34 U2 .cos𝛼

- Điện áp ngược cực đại trên van : Ungmax =√6 U2

- Số lần đập mạch trong 1 chu kỳ : 6

- Dòng điện trung bình qua van : Iv = Id

3

Ưu điểm:

- Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lượng điện áp tốt

- Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt do dòng điện chạy trong van đối xứng

- Điện áp ngược trên van là lớn nhưng do Ud0 = 2,34U2 => nó có thể được sử dụng với điện áp khá cao

Nhược điểm:

- Cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp

- Sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia

- Nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa

Kết luận:

Từ yêu cầu thiết kế về chất lượng điện áp một chiều không đòi hỏi quá cao để có thể cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập công suất chỉ <5kW