Tính chọn xy lanh Các kích thước cơ bản của xilanh lực là: đường kính trong của xy lanh, chiều dài hành trình pittong, đường kính cần pittong. Để xác định các kích thước cơ bản của xy lanh lực trước tiên phải xác định tải trọng cực đại tác dụng lên pittong. Tải trọng đó bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động. Tải trọng tĩnh đề đã có, tải trọng động xuất hiện khi pittong tăng tốc hay giảm tốc và có thể đước xác định bằng công thức: (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 tối đa. a). Đường kính của xy lanh được xác định bởi công thức: (1.2) Trong đó: P=P_s+P_d K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất P: áp suất của chất lỏng làm việc. Tải trọng động: P_d=ma=P_tg.∆v∆t=15009.8.0.051=7,65 N Tải trọng tổng cộng: P=P_t+P_d=1500+7,65=1507,65 N Vậy: D=√(4.1507,653,14.294,3.1,3)=2,9 cm Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn D=40mm. Xác định lại áp suất của chất lỏng làm việc để cho xy lanh thắng được tải trọng tác dụng: p=4PK(πD2 )=4.1507,65.1,3(3,14.42 )=156,05 N〖cm〗2 Đường kính cần pittong d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số dD sau: p≤15at 15at≤p≤50at 50at≤p≤80÷100at dD=0,3÷0,35 dD=0,5 dD=0,7 Bảng 1: Áp suất tỉ lệ với đường kính Áp suất của chất lỏng làm việc trong điều kiện bài toán p = 15,96 at vì vậy ta chọn (lưu ý: 1 at = 98066.5 Pa => p=1.565MPa) dD=0,5 Đường kính cần pittong có giá trị bằng d=20mm, D=40mm. b). Xác định hành trình pittong: Đoạn đường pittong chuyển động có gia tốc là: 2S_1=2 〖at〗22=〖0,05.1〗2=0,05 (m)=50 (mm) Đoạn đường pittong chuyển động đều: S_2=V_p.t=0,05.2=0,1 (m)=100 (mm) Hành trình pittong: S=2S_1+S_2=50+100=150 (mm) Tính chọn bơm dầu Thể tích cần để đẩy xy lanh ở hành trình tiến ra: V_1=〖πD〗24.s=〖π.0,04〗24.0,15=0,19 (l) Thể tích để đẩy xy lanh ở hành trình thu về: V_2=(〖π(D〗2d2))4.s=(〖π.(0,04〗2〖0,02〗2))4.0,15=0,14 (l) Gọi lưu lượng thực của bơm là Q, thời gian hoàn thành mỗi chu kỳ là: t=V_1Q+V_2Q=8 ⇒Q=(V_1+V_2)8=(0,19+0,14)8=0,04125 (l⁄s)=2,475(lp) Lấy bơm có lưu lượng tăng dần từng bước 1mlvòng đến khi đạt 5ml; hiệu suất thể tích là 88%, hiệu suất tổng là 80%. Bơm được điều khiển trực tiếp thông qua một mô tơ điện có tốc độ 1430 vòngphút. Ta có lưu lượng riêng của bơm: D_p=Q(n_p.n_v )=0,04125.601430.0,88=1,97(ml⁄(vg)) Vậy ta cần chọn bơm có lưu lượng riêng là 1,97mlvg. Công suất truyền động động cơ: N=(p.Q.n)6.〖10〗(2)=0,08 (kw)
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN Giáo viên hướng dẫn: ThS Phan Đình Hiếu 2019605423 Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Quang 2019604976 Bùi Bảo Phương 2019607060 Phan Thái Học Hà Nội-2021 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giáo viên chấm phản biện (BM01) PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: Cơ điện tử 03 Khóa: 14 Tên nhóm: Nhóm Họ tên thành viên : Phạm Minh Quang MSV: 2019605423 Bùi Bảo Phương MSV: 2019604976 Phan Thái Học MSV: 2019607060 II Nội dung học tập Phần thuỷ khí: Một xy lanh tác động kép sử dụng để mở đóng cửa buồng đốt hình Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong 150 kg, vận tốc chuyển động ổn định pittong 0.05 m/s, thời gian tăng tốc từ tới 0.05m/s (s) là; thời gian giảm tốc cuối hành trình thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hành trình 4s; áp suất chất lỏng làm việc p=30at Đóng cửa phải tiến hành trơn tru hiệu chỉnh tốc độ số Tốc độ hiệu chỉnh van tiết lưu chiều Van an toàn phải lắp để giữ đối áp ngăn cản cánh cửa nặng không kéo cần piston khỏi xy lanh thời gian vận hành đóng cửa 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? 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 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑚 200%Mđm , 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 4: Động không 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 Bài 5: Cho động không đồng pha rotor lồng sóc có thơng 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 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: Bài giảng hệ thống tự động thủy khí, tài liệu Fluid Sim Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú TS Phan Đình Hiếu MỤC LỤC CHƯƠNG I: PHẦN THỦY KHÍ 1.1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình hệ thống 1.1.1: Biểu đồ trạng thái: .9 1.1.2: Lưu đồ tiến trình hệ thống: .10 1.2: : Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, thiết kế mạch thủy lực điều khiển 10 1.2.1: Tính chọn xy lanh .10 1.2.2: Tính chọn bơm dầu 12 1.2.3: Thiết kế mạch thủy lực điều khiển 13 CHƯƠNG II: PHẦN ĐIỆN 16 2.1: Bài 16 2.2: Bài 17 2.3: Bài 3: 19 2.4: Bài 4: 20 2.5: Bài 5: 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Danh mục hình ảnh Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái Hình 1.2 Lưu đồ tiến trình hệ thống 10 Hình 1.3 Mạch thủy lực 13 Hình 1.4 Mạch điện điều khiển 14 Hình Đặc tính tự nhiên nhân tạo động …………………… 17 Danh mục bảng biểu Bảng 1: Áp suất tỉ lệ với đường kính 11 Bảng 2: Danh sách thiết bị sử dụng 15 CHƯƠNG I: PHẦN THỦY KHÍ 1.1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình hệ thống 1.1.1: Biểu đồ trạng thái: Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái Giải thích biểu đồ trạng thái: - 1S1 1S2: nút nhấn điều khiển trình - A+, A-: trạng thái hoạt động xilanh Từ biểu đồ thấy q trình di chuyển xilanh Thời gian piton tăng tốc từ tới 0.05m/s (s), sau piton giữ tốc độ mức 0.05m/s thời gian giây, cuối thời gian giảm tốc cuối hành trình thời gian tăng tốc giây vận tốc piton từ 0.05m/s 0m/s kết thúc trình 1.1.2: Lưu đồ tiến trình hệ thống: Hình 1.2 Lưu đồ tiến trình hệ thống 1.2: : Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, thiết kế mạch thủy lực điều khiển 1.2.1: Tính chọn xy lanh Các kích thước xilanh lực là: đường kính xy lanh, chiều dài hành trình pittong, đường kính cần pittong Để xác định kích thước xy lanh lực trước tiên phải xác định tải trọng cực đại tác dụng lên pittong Tải trọng bao gồm tải trọng tĩnh tải trọng động Tải trọng tĩnh đề có, tải trọng động xuất pittong tăng tốc hay giảm tốc đước xác định công thức: P = ma (1.1) Trong đó: m: khối lượng vật thể chuyển động tịnh tiến a: gia tốc vật thể chuyển động trước đạt vận tốc tối đa 10 a) Đường kính xy lanh xác định công thức: 4P K (1.2) p Trong đó: 𝑃 = 𝑃𝑠 + 𝑃𝑑 K: hệ số kể tới ảnh hưởng tổn thất P: áp suất chất lỏng làm việc Tải trọng động: Pd = ma = Pt ∆v = 1500 0.05 = 7,65 N g ∆t 9.8 Tải trọng tổng cộng: P = Pt + Pd = 1500 + 7,65 = 1507,65 N Vậy: D = √ 4.1507,65 1,3 = 2,9 cm 3,14.294,3 Lấy trịn đường kính D theo tiêu chuẩn D=40mm Xác định lại áp suất chất lỏng làm việc xy lanh thắng tải trọng tác dụng: 𝑝 = 𝜋𝐷2 4𝑃𝐾 = 3,14 42 4.1507,65.1,3 = 156,05 𝑁/𝑐𝑚2 Đường kính cần pittong d xác định gần phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số 𝑑 𝐷 sau: 𝑝 ≤ 15𝑎𝑡 15𝑎𝑡 ≤ 𝑝 ≤ 50𝑎𝑡 50𝑎𝑡 ≤ 𝑝 ≤ 80 ÷ 100𝑎𝑡 𝑑 = 0,3 ÷ 0,35 𝑑 = 0,5 𝑑 = 0,7 𝐷 𝐷 𝐷 Bảng 1: Áp suất tỉ lệ với đường kính Áp suất chất lỏng làm việc điều kiện tốn p = 15,96 at ta chọn 11 (lưu ý: at = 98066.5 Pa => p=1.565MPa) 𝑑 = 0,5 𝐷 Đường kính cần pittong có giá trị d=20mm, D=40mm b) Xác định hành trình pittong: - Đoạn đường pittong chuyển động có gia tốc là: 𝑎𝑡2 2𝑆1 = = 0,05.12 = 0,05 (𝑚) = 50 (𝑚𝑚) - Đoạn đường pittong chuyển động đều: 𝑆2 = 𝑉𝑝 𝑡 = 0,05.2 = 0,1 (𝑚) = 100 (𝑚𝑚) - Hành trình pittong: 𝑆 = 2𝑆1 + 𝑆2 = 50 + 100 = 150 (𝑚𝑚) 1.2.2: Tính chọn bơm dầu - Thể tích cần để đẩy xy lanh hành trình tiến ra: 𝜋𝐷2 𝜋 0,042 𝑉1 = 𝑠 = 0,15 = 0,19 (𝑙) - Thể tích để đẩy xy lanh hành trình thu về: 𝜋(𝐷2 − 𝑑2) 𝜋 (0,042 − 0,022) 𝑉2 = 𝑠 = 0,15 = 0,14 (𝑙) - Gọi lưu lượng thực bơm Q, thời gian hoàn thành chu kỳ là: 𝑡 = 𝑉1 + 𝑉2 = ⇒ 𝑄 = 𝑉1+𝑉2 = 0,19+0,14 = 0,04125 (𝑙⁄𝑠) = 2,475(𝑙/𝑝) 𝑄𝑄 Lấy bơm có lưu lượng tăng dần bước 1ml/vịng đến đạt 5ml; 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 0,04125.60 = 1,97(𝑚𝑙⁄𝑣𝑔) = 𝑛𝑝 𝑛𝑣 1430.0,88 12 Vậy ta cần chọn bơm có lưu lượng riêng 1,97ml/vg Công suất truyền động động cơ: 𝑁 = 𝑝 𝑄 𝑛 10−2 = 0,08 (𝑘𝑤) 1.2.3: Thiết kế mạch thủy lực điều khiển 1.2.3.1: Mạch thủy lực Hình 1.3 Mạch thủy lực 13 1.2.3.2: Mạch điện điều khiển: Hình 1.4 Mạch điện điều khiển 14 1.2.3.3: Danh sách thiết bị sử dụng STT Thiết bị Số lượng 1 Bộ bơm cấp dầu Van tràn Xilanh tác động kép Van đảo chiều 4/3 điện từ tác động kép Van tiết lưu chiều Nút nhấn thường mở không giữ trạng thái Nút nhấn thường giữ trạng thái Rơle Công tắc thường mở tác động rơle 10 Cơng tắc hành trình thường đóng 11 Cơng tắc hành trình thường mở 12 Nam châm điện Bảng 2: Danh sách thiết bị sử dụng 15 CHƯƠNG II: PHẦN ĐIỆN 2.1: Bài Cho động chiều kích từ độc lập có thơng số: Pdm = 2,2 KW; Udm= 110V; Idm = 25,6A; ndm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính tự nhiên, đặc tính nhân tạo với Rưf = 0,78 Ω Lời giải: Đường đặc tính tự nhiên qua điểm điểm A động làm việc chế độ định mức với Rưf =0 Ω điểm B động tốc độ khơng tải lí tưởng Quy đổi tốc độ động : 𝑛đ𝑚 = 1430 (𝑣𝑔/𝑝ℎú𝑡) ⟺ 𝜔đ𝑚 = 2𝜋 𝑛đ𝑚 = 149,7 (𝑟𝑎𝑑/𝑠) 60 Pdm = M dm dm (2.1) ⟹ 𝑀đ𝑚 = 𝑃đ𝑚 = 2,2.1000 = 14,7 (𝑁 𝑚) 𝜔đ𝑚 149,7 Vậy A(14,7;149,7) điểm thuộc đặc tính tự nhiên Tốc độ khơng tải lí tưởng (Iư=0) Pdm = Kdm.Idm.dm (2.2) ⇒ 𝐾Φđ𝑚 = 𝑃đ𝑚 = 2,2.1000 = 0,574 (𝑊𝑏) 𝐼𝑑𝑚 𝜔đ𝑚 25,6.149,7 𝜔0 = 𝑈đ𝑚 = 110 = 191,6 (𝑟𝑎𝑑/𝑠) 𝐾Φđ𝑚 0,574 Vậy B(0;191,6) điểm thuộc đường đặc tính tự nhiên *Đường đặc tính nhân tạo đường thẳng qua điểm B điểm C động làm việc chế độ định mức với Rưf = 0,78 Ω Phương trình cân điện áp chế độ định mức Rưf = Ω: 16 Udm = Ru.Idm + Kdm.dm (2.3) ⇒ 𝑅𝑢 = 𝑈𝑑𝑚 − 𝐾𝜙𝑑𝑚 𝜔𝑑𝑚 = 110 − 0,574.149,7 = 0,94(Ω) 𝐼𝑑𝑚 25,6 Phương trình cân điện áp chế độ nhân tạo Rưf =0,78 Ω: Udm = Ru (Idm + Ruf ) + K dm.nt (2.4) ⇒ 𝜔𝑛𝑡 = 𝑈𝑑𝑚 − (𝑅𝑢 + 𝑅𝑢𝑓) 𝐼𝑑𝑚 = 110 − (0,94 + 0,78) = 115(rad/s) 𝐾𝜙𝑑𝑚 0,574 Vậy C(14,7;115) điểm thuộc đường đặc tính nhân tạo 𝜔 250 200 B(0;191,6) A(14,7;149,7) C(14,7;115) 150 100 50 0 10 12 14 16 M Hình Đặc tính tự nhiên nhân tạo động 2.2: Bài 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 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 200%Mđm , 𝑚𝑚 mở máy với cấp điện trở Lời giải: 17 Quy đổi tốc độ động : ndm = 1050 vg/phút ⍵dm=110 (rad/s) Pdm = Kdm.Idm.dm (2.5) (2.6) Kdm = Pdm = 13,5.1000 = 0,84(Wb) (2.7) Idm.dm 146.110 (2.8) Phương trình cân điện áp chế độ định mức: Udm = Ru.Idm + Kdm.dm Ru = Udm − Kdm.dm = 110 − 0,84.110 = 0,12() I dm 146 Pdm = M dm dm M dm = Pdm = 13,5.1000 = 122,8(N.m) dm 110 Mà M mm max = 200%M dm M mm max = 2.122,8 = 245, 6(N.m) Ta có : M mm max = Kdm.Imm = Kmm Udm (Ru + Rf ) Rf = max Kdm.Udm − Ru = 0,84.110 − 0.12 = 0, 256() M mm 245, Vậy ta có cấp điện trở mở máy là: Rf = 0, 256() ; Rf = 0,1708() ; Rf = 0, 085() 18 2.3: 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 = Lời giải: • Xét động trường hợp thiết bị tiêu thụ điện Khi động làm việc chế độ định mức (2.9) Quy đổi giá trị tốc độ động cơ: ndm = 1000(vong / phut) dm = 100 (rad / s) Công suất định mức động cơ: Pdm = M dm dm Vơi momen điên từ định mức: Mdm = K.dm.Idm (2.10) Pdm = K.dm.Idm.dm (2.11) K.dm = Pdm = 29000 = 3,5 Idm.dm 79.100 Áp dụng phương trình cân điện áp cho động điện chiều kích từ độc lập Uu = Eu + Iu (Ru + Ruf ) (2.12) Khi động làm việc chế độ định mức: (2.13) Udm = Edm + Idm.(Rdm + Ruf ) Với sức điện động phần ứng 19 Eu = K.u u (2.14) Udm = K.dm.dm + Idm.(Rdm + Ruf ) (2.15) Rdm = Udm − K.dm.dm − Ruf I dm 440 − 3,5.100 − = 0,923 Rdm = 79 • Xét động làm việc chế độ hãm tái sinh: Khi hãm tái sinh, sức điện động động lớn điện áp nguồn: E > U, động làm việc máy phát song song với lưới trả lượng nguồn Phương trình cân điện áp cho mạch điện động : Uu = Eu − Ih.(Ruh + Rf ) (2.16) Dòng điện momen điện từ chế độ làm việc hãm tái sinh âm tốc độ quay động lớn tốc độ không tải định mức U − E K..0 − K.. Ih = = 0 R R (2.17) Mh = K..Ih Tốc độ quay động cơ: = K..0 − Ih.R K. Uu − Ih.Ruh = K. (2.18) K. K. Với Diện trở mạch điện Ruh = 0, 05.Rdm = 0, 0465 = 440 + 60.0, 0465 = 126,5(rad / s) 1208(vong / phut) 3, 2.4: Bài 4: Động không 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 20