Cơ cấu chấp hành điều khiển nhóm1

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

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/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: Cơ điện tử 03 Khóa: 14

2 Tên nhóm: Nhóm 1

Họ và tên thành viên : Phạm Minh Quang MSV: 2019605423

II Nội dung học tập

1 Phần thuỷ khí: Một xy lanh tác động kép được sử dụng để mở và đóng cửa

buồng đốt như hình 1 Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong là 150 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 bằng 4s; áp suất của chất lỏng làm việc p=30at Đóng cửa phải

tiến hành trơn tru và hiệu chỉnh tốc độ hằng số Tốc độ được hiệu chỉnh bằng van tiết

lưu một chiều Van an toàn phải được lắp để giữ đối áp và ngăn cản cánh cửa nặng

không kéo cần piston ra khỏi xy lanh trong thời gian vận hành đóng cửa

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 lập có:

Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết rằng 𝑀𝑚𝑚𝑚𝑎𝑥 = 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 vg/ph; 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 = 1460vg/ph; 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

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%

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% tổng tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án theo đúng thời gian quy định

2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và những sinh viên khác

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

1 Tài liệu học tập: Bài giảng hệ thống tự động thủy khí, tài liệu Fluid Sim

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

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: PHẦN THỦY KHÍ 9

1.1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống 9

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, và 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 1 16

2.2: Bài 2 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 9

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 2 1 Đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ ……… 17

Danh mục bảng biểu Bảng 1: Áp suất tỉ lệ với đường kính 11

Bảng 2: Danh sách các thiết bị sử dụng 15

CHƯƠNG I: PHẦN THỦY KHÍ

1.1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống

1.1.1: Biểu đồ trạng thái:

Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái

Giải thích biểu đồ trạng thái:

- 1S1 và 1S2: 2 nút nhấn điều khiển quá trình

- A+, A-: trạng thái hoạt động của xilanh

Từ biểu đồ chúng ta có thể thấy được quá trình di chuyển của xilanh Thời gian piton tăng tốc từ 0 tới 0.05m/s là 1 (s), sau đó piton giữ tốc độ ở mức 0.05m/s trong thời gian 2 giây, cuối cùng thời gian giảm tốc ở cuối hành trình bằng thời gian tăng tốc là 1 giây vận tốc piton từ 0.05m/s về 0m/s và kết thúc 1 quá trình

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:

4

P K p

Trong đó: 𝑃 = 𝑃𝑠+ 𝑃𝑑 K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất P: áp suất của chất lỏng làm việc

0.05

1 = 7,65 N Tải trọng tổng cộng:

P = Pt+ Pd = 1500 + 7,65 = 1507,65 N Vậy:

D = √4.1507,65

3,14.294,3 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:

𝜋𝐷2 =4.1507,65.1,3

3,14 42 = 156,05 𝑁/𝑐𝑚2Đường kính cần pittong d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số 𝑑

𝐷sau:

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)

𝑑

𝐷 = 0,5 Đường kính cần pittong có giá trị bằng d=20mm, D=40mm

mô tơ điện có tốc độ 1430 vòng/phút

Ta có lưu lượng riêng của bơm:

𝑛𝑝 𝑛𝑣 =

0,04125.601430.0,88 = 1,97(𝑚𝑙 𝑣𝑔)⁄

Vậy ta cần chọn bơm có lưu lượng riêng là 1,97ml/vg Công suất truyền động động cơ:

1.2.3.2: Mạch điện điều khiển:

Hình 1.4 Mạch điện điều khiển

CHƯƠNG II: PHẦN ĐIỆN

2.1: Bài 1

Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pdm = 2,2 KW; Udm= 110V;

Idm = 25,6A; ndm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với Rưf

Tốc độ không tải lí tưởng (Iư=0)

𝜔0 = 𝑈đ𝑚

𝐾Φđ𝑚 =

1100,574 = 191,6 (𝑟𝑎𝑑/𝑠)

Vậy B(0;191,6) là điểm thuộc đường đặc tính cơ tự nhiên

*Đường đặc tính cơ nhân tạo là đường thẳng đi qua điểm B và điểm C khi động

cơ làm việc ở chế độ định mức với R ưf = 0,78 Ω

Phương trình cân bằng điện áp ở chế độ định mức khi Rưf = 0 Ω:

Quy đổi tốc độ động cơ :

2.3: 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 tái sinh Xác định  khi Iư = 60 A, Rưf = 0

Lời 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:

100

3

n = vong phut  =  rad s

Công suất định mức của động cơ:

dm dm

P K

• Xét cùng một động cơ trên khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh:

Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn: E > U, động

cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn

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

u u h uh f

Dòng điện và momen điện từ trong chế độ làm việc hãm tái sinh đều âm

và tốc độ quay của động cơ sẽ lớn hơn tốc độ không tải định mức

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

Lời giải:

• Xét thời điểm động cơ hoạt đông ở chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

146

3

n = vong phut  =  rad s

Công suất định mức của động cơ:

3

dm dm dm

1

3 '

147,16( )'

dm dm

1 1 1 2

0, 39 0, 75 1,14 ' 0, 46

1 1

3 ''

nm

dm t

U r

M r

1

3 '

1,5( / )'

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% tổng tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao

Lời giải:

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

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

93,5%

P P

Công suất định mức của stator

2 1

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ môn Cơ điện tử, Bài giảng Cơ cấu chấp hành và điều khiển,

[4] PGS, TS Bùi Quốc Khánh, PGS, TS Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải,

Dương Văn Nghi, Điều Chỉnh Tự Động Truyền Động Điện, NXB KH&KT

[5] Trường ĐHCN HN, Giáo Trình Truyền Động Điện, NXB KH&KT