Chọn động cơ điện

Chương 1. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CHO CÁC BỘ TRUYỀN

1.2. Chọn động cơ điện

Chọn động cơ điện được tiến hành theo các bước sau:

- Tính công suất cần thiết của động cơ;

- Xác định số vòng quay của động cơ và chọn động cơ;

- Kiểm tra điều kiện mở máy và quá tải để chọn động cơ phù hợp yêu cầu thiết kế.

1.2.1. Tính công suất cần thiết của động cơ

Động cơ điện được tiêu chuẩn hóa và sản xuất hàng loạt. Các thông số cơ bản của động cơ điện được cho trong phụ lục P1. Khi tính toán thiết kế phải chọn động cơ điện theo tiêu chuẩn với 3 điều kiện sau:

1) Động cơ khi làm việc dài hạn không bị quá nóng, đảm bảo nhiệt độ động cơ nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ cho phép.

2) Động cơ có thể thắng sức cản ban đầu để khởi động được.

3) Động cơ có thể làm việc quá tải trong thời gian ngắn (một vài giây).

Động cơ điện được chọn theo điều kiện 1 và kiểm nghiệm lại theo điều kiện 2 và 3.

Theo điều kiện 1 thì công suất động cơ phải thỏa mãn:

®t®c  ®c

N N (1.1)

trong đó: Nđtđc là công suất đẳng trị trên trục động cơ được xác định theo điều kiện nhiệt, Nđc là công suất định mức của động cơ.

Gọi Nđtbt là công suất đẳng trị trên trục của băng tải, ta có:

 ®tbt

®t®c

ht

N N (1.2)

với ht là hiệu suất hệ thống và Nđtbt được xác định theo công thức sau:

®tbt

N t +N t +N t N =

t +t +t

2 2 2

0 0 1 1 2 2

0 1 2

(1.3) trong đó: N0, t0 là công suất làm việc của băng tải và thời gian làm việc ở chế độ mở máy và quá tải; N1, t1 là công suất làm việc của băng tải và thời gian làm việc ở chế độ đủ tải. N2, t2 là công suất làm việc của băng tải và thời gian làm việc ở chế độ non tải. Vì thời gian mở máy và quá tải rất ngắn (t0 thường từ 23s) nên coi t0≈0 và không ảnh hưởng đáng kể đến Nđtbt.

Với đề bài không cho công suất làm việc của băng tải mà cho lực vòng thì:

37

1 1000

N  Fv (1.4)

ở đây F (N) là lực vòng trên băng tải, v (m/s) là vận tốc vòng của băng tải.

Công suất trên trục băng tải ở chế độ non tải:

N2=KntN1 (1.5)

với Knt là hệ số non tải.

Hiệu suất của hệ thống dẫn động được xác định tùy thuộc vào sơ đồ dẫn động được cho trong đề đồ án. Hiệu suất của toàn hệ thống được xác định theo:

1

ηht n ηi

i

 (1.6)

với ηi là hiệu suất của tất cả các bộ phận trong hệ thống, lấy theo bảng 1.1.

Bảng 1.1. Trị số hiệu suất của các bộ truyền, ổ, khớp nối

Bộ truyền bánh răng trụ  brt 0,96 0,98

Bộ truyền bánh răng côn  brc 0,95 0,97

Bộ truyền xích  x 0,95 0,97

Bộ truyền đai  ® 0, 95 0, 96

Bộ truyền trục vít  TV 0, 70 0, 75

Một cặp ổ lăn  ol 0,99 0,995

Một khớp nối ống – chốt đàn hồi  K 0,995 1

Từ (1.1), theo phụ lục P1.1 đến P1.3, chọn động cơ có Nđc lớn hơn gần nhất so với giá trị Nđtđc đã tìm được để tránh lãng phí công suất động cơ.

1.2.2. Xác định số vòng quay của động cơ

Cần chú ý, cùng một công suất định mức thường có một số loại động cơ với tốc độ động cơ nđc khác nhau. Ví dụ theo bảng phụ lục P1.1 với Nđc=4 (kW) thì có thể chọn một trong bốn loại động cơ sau:

Động cơ kiểu 3K112M2 có nđc=2890 (vòng/ phút);

Động cơ kiểu 3K112M4 có nđc=1440 (vòng/ phút);

Động cơ kiểu 3K132Ma6 có nđc=975 (vòng/ phút);

Động cơ kiểu 3K160Sa8 có nđc=730 (vòng/ phút).

Thấy rằng, nếu chọn động cơ có tốc độ nhỏ thì giá thành động cơ cao, kích thước, khối lượng động cơ lớn, nhưng các bộ truyền trong các hệ thống dẫn động sẽ nhỏ gọn. Ngược lại nếu chọn động cơ có tốc độ lớn thì động cơ sẽ rẻ hơn, kích thước, khối lượng động cơ nhỏ hơn nhưng các bộ truyền trong hệ thống dẫn động sẽ có giá thành và kích thước lớn hơn (do tỷ số truyền của chúng lớn). Khi trong hệ thống dẫn động có bộ truyền trục vít - bánh vít hoặc có từ 3 bộ truyền trở lên

thì có thể chọn động cơ điện có tốc độ cao. Khi hệ thống dẫn động có ít bộ truyền hoặc có những bộ truyền chỉ dùng với tỷ số truyền không lớn (ví dụ bộ truyền bánh răng côn) thì phải chọn động cơ có tốc độ nhỏ hơn.

Để chọn được động cơ có tốc độ quay hợp lý, thì khi thiết kế nên chọn sơ bộ tốc độ quay của động cơ nsb :

nsb=nlvuht (1.7) trong đó:

- nlv (vòng/phút) là tốc độ quay của trục công tác (trục băng tải, trục xích tải, trục thùng trộn…):

Nếu trục công tác là trục băng tải thì:

nlv nbt 60000 / (v D) (1.8a) Nếu trục công tác là trục xích tải thì:

60000 / ( )

 

lv xt x

n n v zP (1.8b)

trong đó: v (m/s) là tốc băng tải hoặc xích tải; D (mm) là đường kích tang quay; z là số răng đĩa xích tải; Px (mm) là bước của xích tải.

- uht là tỷ số truyền của toàn bộ hệ thống dẫn động, tính bằng tích tỷ số truyền của các bộ truyền trong hệ thống:

uht=u1u2u3… (1.9) với u1, u2 ,u3...là tỷ số truyền của các bộ truyền trong hệ thống. Tỷ số truyền của các bộ truyền được chọn theo bảng 1.2.

Bảng 1.2. Tỷ số truyền nên dùng cho các bộ truyền

Loại bộ truyền Tỷ số truyền u

Bộ truyền bánh răng trụ:

+ Hộp giảm tốc 1 cấp + Hộp giảm tốc 2 cấp

3…5 8…40 Bộ truyền bánh răng côn:

+ Hộp giảm tốc 1 cấp

+ Hộp giảm tốc côn – trụ 2 cấp

2…4 10…25 Bộ truyền trục vít:

+ Hộp giảm tốc 1 cấp

+ Hộp giảm tốc 2 cấp trục vít – bánh răng hay bánh răng – trục vít

10…40 60…90 Bộ truyền đai dẹt:

+ Không có bánh căng đai + Có bánh căng đai

2…4 4…6

Bộ truyền đai thang 2…5

Bộ truyền xích 2…5

39 Khi chọn sơ bộ tỷ số truyền cho các bộ truyền cần chú ý:

- Do đường kính bánh đai của bộ truyền đai được tiêu chuẩn hóa nên chọn tỷ số truyền của bộ truyền đai theo dãy số tiêu chuẩn sau:

2 ; 2,24 ; 2,5 ; 2,8 ; 3,15 ; 3,56 ; 4 ; 4,5 ; 5

- Tỷ số truyền của các bộ truyền được chọn sao cho số vòng quay sơ bộ của động cơ theo (1.7) gần bằng số vòng quay đồng bộ của động cơ là: 750 (vòng/phút), hoặc 1000 (vòng/phút), hoặc 1500 (vòng/phút) hoặc 3000 (vòng/phút).

Sau khi có được số vòng quay sơ bộ theo (1.7) thì chọn số vòng quay động cơ xấp xỉ bằng số vòng quay sơ bộ (tra phụ lục P1.1, P1.2, P1.3):

nđc≈nsb (1.10)

Như vậy, để chọn động cơ có số vòng quay hợp lý thì cần phân tích theo những lưu ý trên để chọn sơ bộ tỷ số truyền các bộ truyền một cách hợp lý.

1.2.3. Kiểm nghiệm động cơ

Để khẳng định động cơ đã chọn là động cơ dùng được cho hệ thống thì phải kiểm nghiệm điều kiện mở máy khi khởi động và điều kiện quá tải ngắn hạn trong quá trình làm việc.

Kiểm tra điều kiện mở máy

Để mở máy được, thì phải thỏa mãn điều kiện:

Tmm<TK (1.11)

trong đó:

- Tmm là mômen cản của hệ thống tác động lên trục của động cơ khi ấn nút mở máy (khởi động):

mm bt mm

ht ht

K T T  u

 (1.12)

với: Tbt là mômen trên trục băng tải ở chế độ đủ tải:

bt 2

T  FD (1.13)

- Kmm là hệ số cản ban đầu được đưa vào để kể đến sự tăng mômen cản trên trục động cơ khi mở máy (Kmm được chọn trong đề đồ án).

- TK là mômen cản động cơ khi mở máy (khởi động):

K

K dn

dn

T T T

T

 

  

  (1.14)

với Tdn là mômen của động cơ khi làm việc ở chế độ định mức, còn gọi là mômen danh nghĩa:

 ®

dn

®

T N

n

6 c c

9,55.10

(1.15) trong đó: Nđc (kW) là công suất danh nghĩa (công suất định mức) của động cơ;

nđc (vòng/phút) là tốc độ quay danh nghĩa (tốc độ quay định mức) của động cơ; tỷ số K

dn

T T

 

 

  được cho trong bảng số liệu của động cơ.

Kiểm tra điều kiện quá tải

Điều kiện quá tải trong thời gian gian ngắn của động cơ là:

qt cp

T   T  (1.16)

trong đó:

- Tqt là mômen tải tác động lên trục của động cơ khi quá tải:

qt bt qt

ht ht

T K T

 u

 (1.17)

với Kqt là hệ số quá tải, được đưa vào để kể đến sự tăng mômen truyền khi quá tải; Tbt là mômen trên băng tải.

- [Tcp] là mômen lớn nhất cho phép động cơ làm việc khi quá tải mà không bị chết máy. Như đã trình bày ở mục 1.1 là Tqt   Tcp  s Tmax; hệ số an toàn [s]<1, thường lấy [s]=0,81. Ta có:

  max

cp dn

dn

T s T T T

 

    

    (1.18)

Tỷ số max

dn

T T

 

 

  được cho trong bảng số liệu của động cơ (phụ lục P1.1; P1.2; P1.3).

Nếu các điều kiện ở (1.11), (1.16) không đồng thời thỏa mãn thì phải chọn lại động cơ theo điều kiện (1.1) và kiểm nghiệm lại điều kiện ở (1.11) và (1.16).

Khi cả 3 điều kiện ở (1.1), (1.11) và (1.16) đã đồng thời thỏa mãn thì việc chọn động cơ được chấp nhận.