tổng hợp hệ điện cơ.thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giường

đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giờng. Với thông số kĩ thuật: - Tốc độ hành trình thuận (V th ) - Tốc độ hành trình ngợc (V ng ) - Bán kính qui đổi lực cắt về trục động cơ điện( /v= ) - Hiệu suất định mức của cơ cấu( ) - Hệ số ma sát trợt giữa bàn và gờ trợt( à ) - Chiều dài hành trình bàn(L b ) - Khối lợng bàn m b - Lực cắt(F z ) - Khối lợng chi tiết m ct 35[m/ph] 70[m/ph] 0,028[m] 0,85 0,08 2,2[m] 900[kg] 35[kN] 800[kg] 1 Chơng 1: Tổng quan về máy bào giờng 1.1 giới thiệu chung về máy bào giờng 1.1.1 khái niệm Máy bào giờng là loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết. Chiều dài bàn máy có thể từ 1,5m đến 2m. Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể chia máy bào giờng làm 3 loại : Máy cỡ nhỏ: L b < 3m , F k = 30 ữ 50 KN Máy cỡ trung bình : L b = 4 ữ 5m , F k = 50 ữ 70 KN Máy cỡ lớn : L b > 5m , F k > 70 KN Truyền động chính của máy bào là truyền động tịnh tiến qua lại của bàn máy. Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo chu kỳ. Mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngợc. Hành trình ngợc bàn máy chạy về vị trí ban đầu không cắt gọt nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình ngợc thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lợng ăn dao. Truyền động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong một hành trình không tải. 2 1.1.2 nguyên lý hoạt động của máy bào giờng Hoạt động của nó nh sau: Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc đến tốc độ v o = 5 ữ 15 m/p (tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t 1 . Sau khi chạy ổn định với tốc độ v o trong khoảng thời gian t 2 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 v o cho hết thời gian t 2 thì tăng tốc độ đến v th ( tốc độ cắt gọt ). Trong thơì gian t 5 bàn máy chuyển động với tốc độ v th và thực hiện gia công chi tiết. Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến v o . Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành trình ngợc đến tốc độ v ng , thực hiện hành trình không tải, đ- a bàn máy về vị trí ban đầu. Gần hết hành trình ngợc bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến tốc độ v o , đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện một chu kỳ khác. Bàn dao đợc di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngợc sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết. Tốc độ hành trình thuận v th đợc xác định tơng ứng bởi chế độ cắt v th =5 ữ ( 75 ữ 120 )m/p. Để tăng năng suất của máy,tốc độ hành trùnh ngợc chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận : v ng =k. v th =(2 ữ 3)v th Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian : n=l /T ck =l /(t th +t ng ) ; T ck : thời gian của một chu kì làm việc của bàn máy. t th ,t ng :Thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận và ngợc L :Chiều dài hành trình của bàn máy. =n dcngdcngth tvLktvLvL +ì+ = ++ /)1( 1 // 1 t dc :Thời gian đảo chiều của máy. ng th v v k = - Tỉ số giữa tốc độ hành trình ngợc và thuận. 3 Khi chọn v th thì năng suất phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều t dc .Khi tăng k thì năng suất của máy tăng nhng khi k>3 thì năng suất tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều t dc lại tăng. Nếu chiều dài bàn máy L b >3m thì t dc ít ảnh hởng đến năng suất mà chủ yếu là k . Khi L b nhỏ v th lớn v th = 75 ữ 120 m/p thì t dc ảnh hởng nhiều đến năng suất. Do vậy một trong những điều chú ý khi thiết kế truyền động chính của máy bào giờng là phấn đấu giảm thời gian quá độ. Một trong những biện pháp đó là xác định tỉ số truyền tối u 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 phơng trình chuyển động trên trục làm việc: dt d JiJMMi m mDc ) ( 2 += Ta có gia tốc của trục làm việc: mD c JiI MiM dt d + = 2 . . Lấy đạo hàm của gia tốc và cân bằng với không ta tìm đợc tỉ số truyền tối - u là: I tu = Jd Jm M Mc M Mc ++ 2)( M : Momen của động cơ lúc khởi động. M c :Momen cản trên trục làm việc. J m , J d :Momen quán tính của máy và động cơ. Nếu coi M c = 0 thì: I tu = Jd Jm Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá đợc 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 giờng 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 ngợc) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận). D = v max /v min = v ngmax /v thmin 4 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 kì,trong mỗi hành trình kép làm việc một lần Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao D = ( 100 ữ 200)/1. Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có 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 thờng sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ : động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng. 5 Chơng 2 : chọn phơng án truyền động Động cơ trong truyền động chính là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay. Nh vậy để thực hiện truyền động cho máy bào giờng ta có thể có hai phơng 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 ph- ơng 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 !"# $%" 6 Hệ thống truyền động này thờng dùng cho máy cỡ trung bình L b = 3 ữ 5m,F k = 50 ữ 70 KN.Dải điều chỉnh D= ( 6 ữ 8)/1. Ưu điểm : Hệ thống này không có phần tử phi tuyến nên có đặc tính tốt , linh hoạt khi chuyển trạng thái , khả năng quá tải lớn. Điều chỉnh động cơ đợc cả hai phía : Điều chỉnh dòng kích từ máy phát F và dòng kích từ động cơ Đ. Có thể thực hiện đợc các chế độ làm việc : Động cơ , hãm tái sinh , hãm động năng và hãm ngợc. Nhợc điểm : - Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phí lắp đặt,gây tiếng ồn - Máy phát một chiều có từ d nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu tốc độ. 2.1.2: Hệ chỉnh lu Thyristor - Động cơ điện một chiều. Do chỉnh lu Thyristor chỉ dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển đợc khi mở và khóa theo điện áp lới cho nên truyền động van thực hiện đảo chiều khó khăn. Cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển hệ truyền động T - Đ đảo chiều quay có yêu cầu an toàn cao và có điều khiển logic chặt chẽ. - Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều quay. + Giữ nguyên chiều dòng điện phần và đảo chiều dòng kích từ động cơ. + Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng. a) Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng, đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ. !"&"'&"() 7 Đ Hệ thờng dùng cho công suất lớn và ít đảo chiều. b) Hệ truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng trong khi từ thông động cơ đợc giữ không đổi. * &"'&"$# Hệ truyền động này thờng 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 đợc giữ không đổi. + &",##-. 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 ngợc điều khiển chung để đảo chiều quay động cơ, dòng kích từ giữ cố định. / &""01 8 Hệ truyền động này dùng cho dải công suất vừa và lớn, có tần số đảo chiều cao, nó thực hiện đảo chiều êm, nhng lại có kích thớc cồng kềnh do có thêm các cuộn kháng cân bằng, vốn đầu t lớn, tổn thất lớn. e) Hệ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung. 2 !"&" Hệ này dùng cho dải công suất vừa và lớn, có tần số đảo chiều lớn, thực hiện đảo chiều êm, kích thớc cồng kềnh, tổn thất, vốn đầu t 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 đông 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 đợc 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 khóa 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). 9 Tại một thời điểm cả hai bộ điều khiển đều nhận đợc xung mở nhng luôn ở chế độ khác nhau. Một mạch ở chế độ chỉnh lu, mạch còn lại làm việc ở chế độ nghịch lu. 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 vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống. + Nhợc điểm chủ yếu của hệ T- Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lu 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 là xấu điện áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số cos 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 đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp . Sự phát trển của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha mới đợc khai thác hết các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lu 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 đợc xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành phần lực cắt và lực ma sát: F K = F Z + F ms F Z : lực cắt F ms : lực ma sát a. Chế độ làm việc hành trình thuận F ms = [ ] )( ctby mmgF ++ à à : hệ số ma sát gờ trợt, ở đây ta chọn à =0,08. z F 4,0= y F thành phần áp lực lên dao cắt b m : khối lợngbàn ct m : khối lợng chi tiết Ta có: F ms =0,08[0,4.35000+9,8(800+900)] = 2452,8N Do đó: F kth =F ms +F z = 2453+35000 =37453N. 10 [...]... trên điện trở đờng dây + Trị số RC đợc chọn :R2= 12,5 ;C2 = 4 àF Chơng 4: Tổng hợp mạch điều khiển 4.1 Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lợng nhiễu lên hệ điều chỉnh Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ... tốc Hệ thống truyền động điện động cơ quay chi tiết máy bào giờng có hằng số thời gian cơ học Tc rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng T nên ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh hởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện đợc thể hiện trên hình 9.2, trong đó F là mạch lọc tín hiệu, R i là bộ điều chỉnh dòng điện, ... 70 = 51,4 (kw) 35 Mặt khác, hệ thống phơng án truyền động đă chọn là hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu Đồng thời, trong thực tế, để động cơ làm việc an toàn, ngời ta phải dự trữ một hệ số an toàn cho động cơ Kat = 1,05 đến 1,1 ở đây ta chọn hệ số an toàn là: Kat= 1,05 Do đó: Pttđc = 1,05.Pđc =1,05.51,4=54(kw) Nh vậy ta có thể chọn động cơ loại: 101 có các thông số: Pđm = 55kW... hởng của sức điện động động cơ thì do tính chất cản dịu của nó mà trong nhiều có thể không xảy ra quá điều chỉnh dòng điện 4.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ Sensor tốc độ : K = U d 10 = và hằng số thời gian lọc T = 0,001 (s) dm 100 R u đ P HCD 1 / Ki 1 + 2pTs I k u M 1 Jp M K 1 + pT S c Theo kết quả tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện, ta có hàm truyền của mạch vòng dòng điện là: I (... 3.5.4 Bảo vệ quá điện áp cho van Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristo đợc thực hiện bằng cách mắc R - C song song với Thyristor Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anod... trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: = Uu R 220 0,0262 M = M = 328,36 0,06M 2 k (k ) 0,67 (0,67) 2 Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: = Uu R 220 0,0262 Iu = I u = 328,36 0,039I k k 0,67 0,67 4.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện Mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống, xác định mômen kéo của động cơ và thực hiện... chi tiết máy bào giờng có cấu trúc đợc trình bày trên hình 8 gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy bào giờng Mx và thiết bị biến đổi năng lợng - chỉnh lu cầu ba pha BĐ (đợc gọi là phần lực), các thiết bị đo lờng ĐL và các bộ điều chỉnh R (đợc gọi là phần điều khiển) Tín hiệu điều khiển hệ thống đợc gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống NL... động lên hệ thống NL THĐ R BĐ M Mx ĐL Động cơ truyền động đợc sử dụng là động cơ một chiều kích từ độc lập và đợc cấp năng lợng từ bộ biến đổi chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển Bộ biến đổi có chức năng biến đổi năng lợng điện thích ứng với động cơ truyền động và mang thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi (nh công suất, điện áp, dòng điện, tần số ) Tín hiệu điều khiển đợc... lệch điều chỉnh, ta có thể chọn đợc các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp để nâng cao chính xác của hệ thống 4.2 Mô tả toán học động cơ điện một chiều U 220 dm Điện cảm phần ứng L = k L I p.n = 5,6 361.2.600 = 0,003(H) = 3 (mH ) dm dm trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 ữ 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 ữ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực kđm = U dm I dm R 220 - 361.0,0262 = = 0,67... và T2 Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp: va = 2 U2sin vc = 2 U2sin( - vb = 2 U2sin( 4 ) 3 2 ) 3 Hình 3.2 đồ thị dạng sóng chỉnh lưu cầu 3 pha Hoạt động của sơ đồ: Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua VF = vc , VG = vb Khi = 1 = + cho xung điều khiển mở T1 Thyristor này mở vì va > 0 6 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 . trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lu 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. đây ta sẽ đi phân tích hai loại truyền động này từ đó chọn ra một ph- ơng 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. động có công suất lớn còn là xấu điện áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số cos 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