BTL cơ cấu chấp hành và điều khiển Nhóm 23

Máy uốn tôn thuỷ lực dài 3 m lắp ráp với 2 xy lanh được liên kết bằng dấm máy ép như hình. Hai xy lanh phải thực hiện hành trình làm việc ở cùng một tốc độ. Áp suất làm việc phải được hiệu chỉnh thích hợp với vật liệu của chi tiết phôi. Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong là 1000 kg, vận tốc chuyển động ổn định của pittong là 0.05 ms, thời gian tăng tốc từ 0 tới 0.05ms là 1(s) là; thời gian giảm tốc ở cuối hành trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hiện được một hành trình bằng 5s; áp suất của chất lỏng làm việc p=70at. Máy ép phải có khả năng chỉ vận hành trong chế độ từng bước (INCHING). Máy ép phải đi đến trạng thái dừng nếu nút ấn dừng khẩn cấp (EMERGENCY STOP) được nhấn Hoạt động của sinh viên Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống? Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài? 2. Phần động cơ điện Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW; Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vgphút. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với Rưf = 0,78. Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vgph. Biết rằng Mmaxmm 200%Mđm , mở máy với 3 cấp điện trở. Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 29 KW; Uđm = 440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vgph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái sinh. Xác định khi Iư = 60 A, Rưf = 0. Bài 4 Động cơ không đồng bộ ba pha có thông số Pđm = 22,5 kW; Uđm = 380V; nđm = 1460vgph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46. Hãy xác định tốc độ động cơ khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto mắc thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75 Câu 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số sau: Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW. Áp dây định mức: Vđm = 660V 380V – Y. (Tần số nguồn điện f = 50 Hz ). Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòngphút. Hiệu suất định mức là :đm = 93,5%. Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ -   -

BÀI TẬP LỚN CƠ CẤU CHẤP HÀNH & ĐIỀU KHIỂN

Giáo viên hướng dẫn: ThS Phan Đình Hiếu Nhóm sinh viên thực hiện:

Đỗ Công Duy 2019600451 Nguyễn Quang An 2019600321

Vũ Văn Hiến 2019601648

Hà Nội - - Năm 2021

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp:Cơ điện tử 1 Khóa:14

2 Tên nhóm: Nhóm 233.Họ và tên thành viên: Đỗ Công Duy-2019600451

Vũ Văn Hiến -2019601648

Nguyễn Quang An-2019601145

II Nội dung học tập

1 Phần thuỷ khí: Máy uốn tôn thuỷ lực dài 3 m lắp ráp với 2 xy lanh được

liên kết bằng dấm máy ép như hình

Hai xy lanh phải thực hiện hành trình làm

việc ở cùng một tốc độ Áp suất làm việc

phải được hiệu chỉnh thích hợp với vật liệu

của chi tiết phôi Tải trọng tĩnh cực đại tác

dụng lên pittong là 1000 kg, vận tốc

chuyển động ổn định của pittong là 0.05

m/s, thời gian tăng tốc từ 0 tới 0.05m/s là

1(s) là; thời gian giảm tốc ở cuối hành

trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hiện được một hành trình bằng5s; áp suất của chất lỏng làm việc p=70at Máy ép phải có khả năng chỉ vận hànhtrong chế độ từng bước (INCHING) Máy ép phải đi đến trạng thái dừng nếu nút

ấn dừng khẩn cấp (EMERGENCY STOP) được nhấn

Hoạt động của sinh viên

- Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống?

- Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài?

2 Phần động cơ điện

Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW;

Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính

cơ nhân tạo với Rưf = 0,78

Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lậpcó: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết rằng

Mmax

mm  200%MM

đm , mở máy với 3 cấp điện trở.

Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 29 KW; Uđm =

440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm táisinh Xác định khi Iư = 60 A, Rưf = 0

Bài 4 Động cơ không đồng bộ 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 xácđịnh tốc độ động cơ khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto mắcthêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch stato mắc thêm điệnkháng X1f = 0,75

Câu 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông sốsau:

Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW

Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/ (Tần số nguồn điện f = 50 Hz ).Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòng/phút

Hiệu suất định mức là :đm = 93,5%M

Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86

Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6.

Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định:

1 Tần số của rotor?

2 Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?

3 Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15%M tổng tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25%M tổng tổn hao

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Giáo Trình Truyền Động Điện, Hệ Thống Tự Động Thủy

Khí.

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếucó): Máy tính

MỤC LỤ

CHƯƠNG 1 PHẦN THỦY LỰC 1

1.1 Biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình của hệ thống 1

1.1.1 Biểu đồ trạng thái 1

1.1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống 2

1.2 Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài 3

1.2.1 Tính chọn xilanh 3

1.2.2 Tính chọn bơm dầu: 5

1.2.3 Thiết kế mạch thủy lực 7

1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành hệ thống theo yêu cầu 8

CHƯƠNG 2 PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 9

Bài 1 9

Bài 2 10

Bài 3: 11

Bài 4: 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái 1

Hình 1.3 Mạch thủy lực 7

Hình 1.4 Mạch điện điều khiển 8

Hình 2.1 Đường đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo 10

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Danh sách các thiết bị sử dụng……….8

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng mạnh mẽ trong tất cả các lĩnhvực của đời sống và sản xuất Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào các hoạt độngsản xuất đòi hỏi con người phải không ngừng học hỏi và nâng cao trình độ hiểu biết

để kịp thời cập nhật những tiến bộ mới nhất của thế giới Chính vì vậy, phát triểnngành cơ điện tử có ý nghĩa hết sức quan trọng vì các sản phẩm của ngành phục vụtrong tất cả các ngành khác trong nền kinh tế như: phục vụ trong lĩnh vực tự độnghóa, kỹ thuật robot, chế tạo, điều khiển và cảm ứng, … Bài tập lớn môn Cơ cấu chấphành và điều khiển giúp cho sinh viên có thể tìm hiểu và khai thác hiệu quả các loạithủy khí và động cơ điện, hệ thống hay các dây chuyền công nghiệp Động cơ điệnđược dùng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng đểchuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến các

đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt động củathang máy hay các hệ thống thông gió cũng dựa vào động cơ điện Ở nhiều nướcđộng cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc biệt trong các đầumáy xe lửa Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổcứng, ổ quang, chúng là các động cơ bước rất nhỏ Hệ thống điều khiển thủy lựcđược sử dụng vô cùng rộng rãi ở rất nhiều lĩnh vực mà ở đó môi trường lao động có

sự nguy hiểm, nên hạn chế có sự góp mặt của con người, những nơi hay xảy ra cháy

nổ như: ở vị trí làm việc của các đồ gá kẹp các chi tiết làm bằng vật liệu nhựa, chấtdẻo… Trong đề tài bài tập lớn môn Cơ cấu chấp hành và điều khiển này, nhóm sinhviên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu vàtính toán về hệ thống thủy lực cũng như động cơ điện Để bài báo cáo được hoànthiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được những góp ý từ phía các thầy cô Quađây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến thầy Phan Đình Hiếu đã nhiệt tìnhhướng dẫn đồ án môn cho chúng em

Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2021

CHƯƠNG 1 PHẦN THỦY LỰC 1.1 Biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình của hệ thống

1.1.1 Biểu đồ trạng thái

Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái

Chú giải:

1S1, 2S1: Nút nhấnA+, A-, B+, B- : Trạng thái hoạt động của Xilanht: Thời gian pittong thực hiện được một hành trình

- Qua biểu đồ trạng thái ta thấy được quá trình di chuyển của 2 xilanh Hai quátrình di chuyển là di chuyển lên và di chuyển về Trong quá trình di chuyển lên, 2xilanh đã tăng tốc 0-0.05m/s trong 1s đầu và giữ tốc độ 0.05m/s trong 2s tiếp theo vàcuối cùng giảm tốc từ 0.05m/s-0 trong 1s cuối hành trình Khi xi lanh di chuyển vềvới vận tốc lớn để tiết kiệm thời gian cho hành trình mới bắt đầu

1

1.1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống

2

- Hành trình xilanh di chuyển lên (hành trình đẩy):

Ban đầu khởi động nút START

Khi nhấn nút 1S1, 2 xi lanh bắt đầu di chuyển đẩy lên Trong quá trình đẩy lên

xi lanh đã thực hiện tăng tốc từ 0-0.05m/s trong thời gian 1s đầu và duy trì tốc độ0.05m/s trong 2s tiếp theo và cuối cùng xilanh giảm tốc ở cuối hành trình từ 0.05-0m/

s trong 1s cuối cùng của hành trình

- Hành trình xilanh di chuyển xuống (hành trình về):

Khi nhấn nút 1S2, khi đó 2 xilanh đang bắt đầu quá trình di chuyển về

Khi nút STOP ở trạng thái nhấn hệ thống dừng ngay lập tức

1.2 Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài

1.2.1 Tính chọn xilanh

Các kích thước cơ bản của xilanh thủy lực là: đường kính trong của xilanh,chiều dài hành trình của piston, đường kính cần piston Để xác định các kích thước cơbản của xilanh thủy lực trước tiên phải xác định tải trọng cực đại tác dụng lên piston.Tải trọng bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động Tải trọng tĩnh đã có trong đề bài.Tải trọng động xuất hiện khi piston tăng tốc hay giảm tốc và có thể xác định bằngcông thức:

Pd = ma ( 1.1 )Trong đó: m: khối lượng của vật thể chuyển động tịnh tiến

a: gia tốc của vật thể chuyển động trước khi đạt vận tốc ổn định Đường kính của xilanh lực được xác định theo công thức:

3

D = √4 P πpp K (1.2)

Trong đó: K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất(K=1,3)

𝑝: áp suất của chất lỏng làm việc (50at = 490,33N/cm2) P: tải trọng tổng cộng

Nđc: Công suất của động cơ điện

Hb: hiệu suất của bơm, Hb=( 0,8 -> 0,9) , chọn Hb = 0,8

Hd: hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm , chọn Hd = 0,9

6

1.2.3 Thiết kế mạch thủy lực

Hình 1.3 Mạch thủy lực

7

1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành hệ thống theo yêu cầu

Hình 1.4 Mạch điện điều khiển

3 Van 4/3 điều khiển bằng điện thủy lực 1

Bảng 1.1 Danh sách các thiết bị sử dụng

CHƯƠNG 2 PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW; Uđm =

110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với Rưf = 0,78 

Từ các số liệu đã xác định ở trên ta vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo với:

 Đường đặc tính cơ tự nhiên đi qua 2 điểm (M=0; ω=ω0) và

(M =Mdm; ω=ω dm)

 Đường đặc tính cơ nhân tạo đi qua 2 điểm (M=0; ω=ω0) và

(M =Mntdm; ω=ω ntdm)

Hình 2.1 Đường đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo

Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có:

Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết rằng

M mm max=200 % Mdm, mở máy với 3 cấp điện trở

Phương trình cân bằng điện áp ở chế độ định mức:

Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 29 KW; Uđm =

440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm táisinh Xác định khi Iư = 60 A, Rưf = 0

Giải:

Xét động cơ trong trường hợp là một thiết bị tiêu thụ điện năng

Khi động cơ làm việc tại chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

11

Phương trình cân bằng điện áp cho mạch điện động cơ :

⇒ω1=20,38(rad /s)

Tốc độ động cơ khi đó:

n1≈ 195 (vòng / phút )

Bài 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số sau:

Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW

Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/ (Tần số nguồn điện f = 50 Hz) Tốc độ định mức của động cơ: nđm = 980 vòng/phút

Hiệu suất định mức là : đm = 93,5%M

Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86

Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6

Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định:

1 Tần số của rotor?

2 Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?

3 Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15%M tổng tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25%M tổng tổn hao

Giải:

1. Xét động cơ làm việc tại chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

Công suất định mức của stator:

⇒ P dt=55000+3823,53 ×0,4 ≈ 56,53(kW )TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ môn Cơ điện tử(2021), Bài giảng Cơ cấu chấp hành và điều khiển,ĐHCNHN [2] Bùi Thanh Lâm (2019), Giáo trình Hệ thống tự động thủy khí, XNB KH&KT, Hà Nội

17