Môn: Cơ cấu chấp hành và điều khiển Đề: Thiết kế tính toán hệ thống cửa thủy lực kho lạnh Thiết kế tính toán mô phỏng hệ thống cửa thủy lực đóng mở bằng điện
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MƠN CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Hà Nội- PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM I Thơng tin chung Tên lớp: Khóa: Tên nhóm: 3.Họ tên thành viên: II Nội dung học tập: Phần thuỷ khí: Cửa kho đơng lạnh mở đóng xy lanh thuỷ lực Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong 150 kg, vận tốc chuyển động ổn định pittong 0.06 m/s, thời gian tăng tốc từ tới 0.06 m/s 1(s) là; thời gian giảm tốc cuối hành trình thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hành trình s; áp suất chất lỏng làm việc p=30at Bình tích thuỷ lực lắp cho phép cửa đóng mở trường hợp hỏng nguồn điện Van 4/3 sử dụng để điều khiển xy lanh Van nối theo cách mà làm cần piston van vị trí thường Hệ thống dự phịng cho an toàn cắt mạch để tránh cho người bị mắc kẹt cửa trường hợp không cần thiết Chức ngắt thông thường thực hệ thống điều khiển điện dùng cho hệ thống thuỷ lực Hoạt động sinh viên – Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình hệ thống? - Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài? 2 Phần động điện Bài 1: Cho động chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 2,2 KW; Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính tự nhiên, đặc tính nhân tạo với Rưf = 0,78 Bài 2: Tìm trị số cấp mở máy động chiều kích từ độc lập có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết đm max Mmm = 200%M , mở máy với cấp điện trở Bài 3: Động chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 29 KW; Uđm = 440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc chế độ hãm tái sinh Xác định Iư = 60 A, Rưf = Bài Động khơng đồng ba pha có thơng số Pđm = 22,5 kW; Uđm = 380V; nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46 Hãy xác định tốc độ động mô men phụ tải định mức, mạch rôto mắc thêm điện trở phụ quy đổi stato 1,2Ω; mạch stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75 Câu 5: Cho động khơng đồng pha rotor lồng sóc có thông số sau: Công suất định mức động cơ: Pđm = 55 KW Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/ (Tần số nguồn điện f = 50 Hz ) Tốc độ định mức động : nđm = 980 vòng/phút Hiệu suất định mức : đm = 93,5% Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86 Bội số dòng điện mở máy động mI = Khi cấp nguồn áp pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định: Tần số rotor? Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ? Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng tổn hao động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án theo thời gian quy định (từ ngày …/…/2020 đến ngày …/…/2020) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước giảng viên sinh viên khác IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Giáo Trình Truyền Động Điện, Hệ Thống Tự Động Thủy Khí Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA/TRUNG TÂM LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển ngày mạnh mẽ tất lĩnh vực đời sống xản xuất Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào hoạt động sản xuất đòi hỏi người phải khơng ngừng học hỏi nâng cao trình độ hiểu biết để kịp thời cập nhật tiến giới Chính vậy, phát triển ngành điện tử có ý nghĩa quan trọng sản phẩm ngành phục vụ tất ngành khác kinh tế như: phục vụ lĩnh vực tự động hóa, kỹ thuật robot, chế tạo, điều khiển cảm ứng, … Động điện dùng hầu hết lĩnh vực, từ động nhỏ dùng lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến đồ nghề máy khoan, hay máy gia dụng máy giặt, hoạt động thang máy hay hệ thống thơng gió dựa vào động điện Ở nhiều nước động điện dùng phương tiện vận chuyển, đặc biệt đầu máy xe lửa Trong cơng nghệ máy tính: Động điện sử dụng ổ cứng, ổ quang, chúng động bước nhỏ Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng vơ rộng rãi nhiều lĩnh vực mà mơi trường lao động có nguy hiểm, nên hạn chế có góp mặt người, nơi hay xảy cháy nổ như: vị trí làm việc đồ gá kẹp chi tiết làm vật liệu nhựa, chất dẻo… Hoặc sử dụng ngành khí chế tạo sản xuất cấp phơi cho q trình gia cơng, mơi trường u cầu vệ sinh công nghệ sản xuất thiết bị điện tử Ngoài hệ thống điều khiển khí nén ứng dụng dây chuyền sản xuất thực phẩm như: tẩy rửa bao bì đóng gói tự động, chiết rót nước vào chai, lọ… Trong đề tài tập lớn môn Cơ cấu chấp hành điều khiển này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày cách cụ thể trình nghiên cứu tìm hiểu tính tốn hệ thống thủy khí động điện Thơng qua áp dụng vào nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành trường MỤC LỤC Lời nói đầu _5 Mục lục Danh mục hình ảnh _7 Danh mục bảng Phần 1: Phần thủy khí _8 Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái lưu đồ tiến trình _8 Nội dung 2: Tính chọn bơm dầu, tính chọn xy lanh, thiết kế mạch thủy lực _11 Phần 2: Động điện 15 Bài 1: _15 Bài 2: _17 Bài 3: _18 Bài 4: _19 Bài 21 Tài liệu tham khảo _23 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thống cửa thủy lực Hình 1.2 Biểu đồ trạng thái Hình 1.3 Lưu đồ thuật toán 10 Hình 1.4 Thiết kế hệ thống thủy lực điều khiển điện 14 Hình 2.1 Đường đặc tính 16 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Xác định đường kính cần pittong theo áp suất làm việc chất lỏng _12 PHẦN 1: PHẦN THỦY KHÍ Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái lưu đồ tiến trình 1.1 Tổng quan hệ thống Hình 1.1 Hệ thống cửa thủy lực - Các thiết bị cần có hệ thống: + Xy lanh tác động kép + Van 4/3 điều khiển tín hiệu điện có giữ trạng thái + Bình tích áp + Bơm thủy lực 1.2 Biểu đồ trạng thái Theo yêu cầu đề tài ta thiết lập trạng thái hệ thống sau: Hình 1.2 Biểu đồ trạng thái Các bước thao tác: Bước 1: Nhấn nút ấn ‘ MỞ’ tác động điện lên van 4/3 làm cho cần pitong chuyển động vào Khi cần pitong hết hành trình vị trí S1, ngắt tín hiệu điện van 4/3 giữ trạng thái Bước 2: Nhấn nút ‘ ĐÓNG’ , tác động điện lên van 4/3 làm cho cần pitong di chuyển Khi cần pitong hết hành trình vị trí S2, ngắt tín hiệu điện van 4/3 giữ trạng thái 1.3 Lưu đồ thuật tốn Hình 1.3 Lưu đồ thuật tốn 10 Nội dung 2: Tính chọn bơm dầu, tính chọn xy lanh, thiết kế mạch thủy lực 2.1 Tính chọn xy lanh Xy lanh chịu tải trọng tĩnh: Pt = m.a = 150.9,8 = 1470( N ) Tải trọng động xylanh pittong tăng hay giảm tốc: Pd = m.a = m v 0.06 = 150 = 9( N ) t Tải trọng tổng cộng: P = Pt + Pd = 1470 + = 1479( N ) Đường kính xy lanh xác định theo cơng thức: 4P K p D= (1.1) Trong : + P = Pt + Pd + K - hệ số ảnh hưởng tổn thất ( K=1,3 ) + p - áp suất chất lỏng làm việc ( p = 30at = 294,3N/𝑐𝑚2 ) Thay vào (1) ta D= 4P 4.1479 K = 1,3 = 2,9(cm) p 3,14.294,3 Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2014:197 Ta D =32mm Xác định lại áp suất chất lỏng làm việc xy lanh thắng tải trọng tác dụng: p= PK 4.1479.1,3 = = 239( N / cm ) = 24, 4(at ) 2 D 3,14.3, 11 Đường kính pittông d xác định gần phụ thuộc vào áp suất p theo tỷ số d sau: D 𝑝 ≤ 15𝑎𝑡 d D =0,3 ÷ 0,35 15 < 𝑝 ≤ 50𝑎𝑡 d D 50 < 𝑝 ≤ 80 ÷ 100𝑎𝑡 = 0,5 d D =0,7 Bảng 1.1 Xác định đường kính cần pittong theo áp suất làm việc chất lỏng Áp suất chất lỏng làm việc có điều kiện toán: p = 239( N / cm ) = 24,4(at ) 50at ta chọn Đường kính cần pittơng có giá trị d = 0,5.D = 16mm Xác định hành trình pittong: Đoạn đường pittong chuyển động có gia tốc: at 2S1 = = 0,06.12 = 0,06m = 60mm Đoạn đường pittong chuyển động đều: S = V p t = 0,06.4 = 0, 24m = 240mm Hành trình pittong : S = S1 + S = 60 + 240 = 300mm 12 d = 0,5 D 2.2 Tính chọn bơm Thể tích xy lanh hành trình ra: D2 3,14.0,0322 V1 = s = 0,3 = 0,24(l ) 4 Thể tích xy lanh hành trình vào: V2 = (D2 − d ) s = 3,14(0,0322 − 0,0162 ) 0,3 = 0,18(l ) Ta có: t= V1 + V2 V + V2 0, 24 + 0,18 = 12 Q = = = 0,035(l / s) Q 12 12 Chọn bơm động bánh rang ăn khớp có lưu lượng tăng dần bước 1ml/vịng đến đạt 5ml/vịng ; Hiệu suất thể tích 88%, Hiệu suất tổng 80% Bơm điều khiển trực tiếp thơng qua mơ tơ điện có tốc độ 1430 vịng/phút Ta có lưu lượng riêng bơm: Dp = Q 0,035.60 = = 1,67(ml / vòng ) n p nv 1430.0,88 Công suất truyền vào động : N= p.Q.nt 29,42.0,035.60.0.8 −2 10−2 = 10 = 0.0824(kW ) 6 13 2.3 Thiết kế hệ thống thủy lực Theo yêu cầu đề tài ta thiết kế hệ thống thủy lực sau: Hình 1.4 Thiết kế hệ thống thủy lực điều khiển điện 14 PHẦN 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN Bài 1: Cho động chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 2,2 KW; Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính tự nhiên, đặc tính nhân tạo với Rưf = 0,78 Bài làm Tóm tắt: Pđm = 2,2kW Uđm = 110V Iđm = 25,6A nđm = 1430v/p Vẽ đường đặc tính nhân tạo với Rưf=0,78 Ta có: dm = ndm = 149,74(v / p) 9,55 M dm = Pdm dm K dm = = 2200 = 14,69(v / p) 149,74 M dm = 0,573(Wb) I dm Ta có phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: = Uu Ru − M K ( K )2 (2.1) Xác định điểm A(0, 0) B(Mđm, đm) Khi M = 0 = Uu Uu = = 192,9(rad / s) K M dm / I dm Hai điểm tìm A(0,192,9) B(14,69,149,74) 15 dm = Uu Ru − M dm K ( K )2 Ru = 0,94 Khi có điện trở phụ phần ứng Ruf, phương trình đặc tính điện có dạng: = U u ( Ru + Ruf ) − I dm K K (2.2) Ta có: = U dm − I dm ( Ru + Ruf ) K dm = 110 − 25,6.(0,94 + 0,78) = 115,13(rad / s) 0,573 Đường đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo: Hình 2.1 Đường đặc tính Đường đặc tính tự nhiên Đường đặc tính nhân tạo 16 Bài 2: Tìm trị số cấp mở máy động chiều kích từ độc lập có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết đm max Mmm = 200%M , mở máy với cấp điện trở Tóm tắt: Pđm = 13,5kW Uđm = 110V Iđm = 145A nđm = 1050v/p Biết M mm = 200% M dm , mở máy với cấp điện trở max Tìm trị số cấp mở máy động chiều kích từ độc lập Bài làm max = 200% M M mm dm I mm = I1 = I dm Ta có khởi động cấp điện trở m = R1 = U dm U dm 110 = = = 0,38() I1 I dm 2.145 Ru = 0,5.(1 − ) Ta có = m U dm Pdm U dm = 0,5.1 − = 0,0583() I dm U dm I dm I dm R1 0,38 =3 = 1.87 Ru 0,0583 17 Trị số cấp điện trở: R f = ( − 1) Ru = 0.051() R f = ( − 1) Ru = 0.095() R f = ( − 1) Ru = 0.177() Bài 3: Động chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 29 KW; Uđm = 440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc chế độ hãm tái sinh Xác định Iư = 60 A, Rưf = Tóm tắt: Pđm = 29kW Uđm = 440V Iđm = 79A nđm = 1000v/p Rư = 0,05Rđm làm việc chế độ hãm tái sinh Tìm = ? Iư = 60A, Rưf=0 Bài làm Ta có dịng điện làm việc chế độ hãm tái sinh: Ih = U u − Eu k 0 − k = 0 R R Tốc độ quay động hãm: = −Ih Khi Ru + 0 K I u = = 0 = = U dm U I U I = dm dm = dm dm dm K dm M dm Pdm 440.1000.79 = 125,51(rad / s ) 29000.9,55 18 (2.3) Ta có : Ru = 0,05.Rdm = 0,05 K = K dm = U dm 440 = 0,05 = 0,28() I dm 79 Pdm 29000.9,55 = = 3,5(Wb) dm I dm 1000.79 Tốc độ I h = −60(A) : = 60 0, 28 + 0 = 130.31( rad / s) 3,5 Bài 4: Động khơng đồng ba pha có thông số Pđm = 22,5 kW; Uđm = 380V; nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46 Hãy xác định tốc độ động mô men phụ tải định mức, mạch rôto mắc thêm điện trở phụ quy đổi stato 1,2Ω; mạch stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75 Tóm tắt: Pđm = 22.5W Uđm = 440V R1 = 0.2 R2’=0,24 X1 = 0,39 X2’ = 0,46 Xác định =? Rf = 1,2 mạch stator mắc thêm X1f = 0,75 Bài làm Ta có phương trình đặc tính cơ: M= 3.U12f R2' (2.4) R2' S 1 R1 + + X nm S 19 Trong U1 f = 380 = 220(V ) R2' = r2' + r2' f = 0,24 + 1,2 = 1,44() R1 = 0,2() X nm = X + X 2' + X u = 0,39 + 0,46 + 0,75 = 1,6() M= Pdm 22500 = 1 1 Thay vào (1) ta được: 22500 1 [ = 3.U12f R2' 1,44 S 1 0,2 + + 1,6 S 𝑆 = 3,095 > 1( 𝑙𝑜ạ𝑖) 𝑆 = 0,258 < 1( 𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛) Ta có : = 1.(1 − s ) = Vậy tốc độ động cơ: 1460.2 (1 − 0, 258) = 113, 45( rad / s) 60 = 113,45(rad / s) 20 Bài 5: Cho động không đồng pha rotor lồng sóc có thơng số sau: Cơng suất định mức động cơ: Pđm = 55 KW Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/ (Tần số nguồn điện f = 50 Hz) Tốc độ định mức động : nđm = 980 vòng/phút Hiệu suất định mức : đm = 93,5% Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86 Bội số dòng điện mở máy động mI= Khi cấp nguồn áp pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định: Tần số rotor? Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ? Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng tổn hao động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao Bài làm Ta có tốc độ quay từ trường: n 1= 60 f 60 50 = = 1000(v / p) p Hệ số trượt định mức động : sdm = n1 − ndm 1000 − 980 = = 0,02 n1 1000 Tần số dòng điện rotor lúc tải định mức : f = sf1 = 0,02 50 = 1( Hz) Dòng định mức từ nguồn cấp vào động tải định mức: Idmdây = Pdm 55000 = = 103,92( A) dm 3.Vdm cos dm 3.380.0,95.0,86 21 Vì mắc I dm pha = I dm dây = 103,92 = 60( A) Tổng tổn hao động cơ: ton hao = P1 − P2 = Pdm dm − Pdm = 55000 − 55000 = 3823,53(W ) 0,935 Từ điều kiện tổng tổn hao ma sát chiếm 15% tổng tổn hao: Pmq = 0,15 ton hao = 0,15.3823,53 = 573,53(W) Công suất chưa trừ ma sát cơ: Pco = Pdm + Pmq = 55000 + 573,53 = 55573,53(W ) Công suất điện từ cấp vào rotor tải định mức: Pdt = Pco 55573,53 = = 56707,68 (W ) (1 − s) − 0,02 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ thống tự động thủy khí, Hà Nội, 2015 [2] Cơ cấu chấp hành điều khiển, Hà Nội 23 ... Ngồi hệ thống điều khiển khí nén ứng dụng dây chuyền sản xuất thực phẩm như: tẩy rửa bao bì đóng gói tự động, chiết rót nước vào chai, lọ… Trong đề tài tập lớn môn Cơ cấu chấp hành điều khiển này,... 13 2.3 Thiết kế hệ thống thủy lực Theo yêu cầu đề tài ta thiết kế hệ thống thủy lực sau: Hình 1.4 Thiết kế hệ thống thủy lực điều khiển điện 14 PHẦN 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN Bài 1: Cho động chiều kích... suất điện từ cấp vào rotor tải định mức: Pdt = Pco 55573,53 = = 56707,68 (W ) (1 − s) − 0,02 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ thống tự động thủy khí, Hà Nội, 2015 [2] Cơ cấu chấp hành điều khiển, Hà