Bài tập lớn môn học cơ cấu chấp hành và điều khiển 6

Trang 1 Hà Nội: 2020 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ------ Ộ CƠNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠỌỆỘKHOA CƠ KHÍ Ộ CƠNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠỌỆỘKHOA CƠ KHÍ Ộ CƠNG THƯƠNGTR

Hà N ội: 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

- -

Ộ CÔNG THƯƠNG

KHOA CƠ KHÍ

Ộ CÔNG THƯƠNG

KHOA CƠ KHÍ

Ộ CÔNG THƯƠNG

KHOA CƠ KHÍ

Ộ CÔNG THƯƠNG

CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

L ỜI MỞ ĐẦU

1 Phần thủy khí

Thiết bị cấp phôi cung cấp các

phôi chưa gia công vào trạm máy gia

công Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên

pittong là 150 kg, vận tốc chuyển động

ổn định của pittong là 0.06 m/s , thời gian

tăng tốc từ 0 tới 0.06m/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 6 s; áp suất của

chất lỏng làm việc p=30at Khi vận hành

van 4/3 giữ trạng thái, cần piston của

xilanh tác dụng kép (1A) sẽ ra vào theo ý

muốn của người thợ

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

1.1.1 Biểu đồ trạng thái của hệ thống

Hình 1-1 Bi ểu đồ trạng thái của hệ thống

1.1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống

Hình 1-2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống

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

1.2.1 Tính chọn xy lanh

Các kích thước cơ bản của xilanh 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 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:

P=m a

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:

K p

P



= Trong đó: P=P s +P d

K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất ( lấy K= 1.3)

p: áp suất của chất lỏng làm việc

Tải trọng động:

1500 0,06

9.8 1

t d



 Tải trọng tổng cộng:

1500 9,18 1509,18

t d

Quy đổi 30at = 294,3 /N cm2(tính theo đơn vị kỹ thuật)

Vậy:

4.1509,18

.1,3 2,91( ) 3,14.294,3

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:

2

4 4.1509,18.1,3

156, 20( / ) 15,93( ) 3,14.4

PK

D



Đường kính cần pittong d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số

D d

sau:

at

35 , 0 3 ,

0 

=

D

d

5 , 0

=

D

d

7 , 0

=

D d

Áp suất của chất lỏng làm việc trong điều kiện bài toán p=15,93at vì vậy ta chọn

5 , 0

=

D d

Đường kính cần pittong có gí trị bằng d=20mm, D=40mm

b) Xác định hành trình pittong:

Đoạn đường pittong chuyển động có gia tốc là:

2

2 1

2 2 0.06.1 0.06( ) 60( )

2

at

Đoạn đường pittong chuyển động đều:

2 p 0,05.4 0.2( ) 200( )

Hành trình pittong:

1 2

2 60 200 260( )

1.2.2 Tính chọn bơm dầu

Thể tích cần để đẩy xy lanh ở hành trình tiến ra:

1

0.04 0, 26 0.327( )

D

Thể tích để đẩy xy lanh ở hành trình thu về:

2

( ) (0,04 0.02 )

.0, 26 0, 245( )

Gọi lưu lượng thực của bơm là Q, thời gian T hoàn thành mỗi chu kỳ là:

1 2 1 2 0,327 0, 245

Lấy bơm có lưu lượng tăng dần từng bước 1ml/vòng 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 vòng/phút

Ta có lưu lượng riêng của bơm:

0,04767

2, 27( / ) 1430

.0,88 60

p

p v

Q

n n

Vậy ta cần chọn bơm có lưu lượng riêng là 2,27ml/vg

Công suất truyền động động cơ:

15,93.0,04767

0,15( ) 150

612 t 612.0,8

p Q

n

1.2.3 Thiết kế mạch điện - thủy lực

Hình 1-3 M ạch điện - thủy lực

STT Thi ết bị S ố lượng

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 và nhân tạo với Rưf = 0,78 

Giải:

a) Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên:

Đường đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 trong số 3 điểm:

− Điểm định mức [M đm ; ω đm] ;

− Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0 ];

− Điểm ngắn mạch [M nm; ω = 0]

Quy đổi n→, ta có n dm = 1430vg ph/

 2 2 1430 149,75( / )

dm dm

n

rad s

Moment cơ định mức:

2200

14,7( ) 149,75

dm dm dm

P



Như vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là:

− Điểm định mức: [14,7 ; 149,75]

Ta có phương trình cân bằng điện áp ở chế độ định mức:

.

dm u dm dm dm

U =R I +K 

Mà (1 ) (1 2200 ) 110 0.94( )

110.25,6 25,6

dm dm u

dm dm dm

R

 . 110 0,94.25,6 0.574( )

149,75

dm u dm dm

dm



Tốc độ không tải lý tưởng

0

110

191,6( / ) 0.574

dm

dm

U

rad s K





Vậy ta có:

− Điểm không tải lý tưởng [0; 191,6];

Vậy ta có thể dựng được đường đặc tính cơ tự nhiên như hình dưới (đường 1)

b) Xây dựng đường đặc tính cơ nhân tạo:

Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng không

thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo qua các điểm không tải lý tưởng [0; ω 0 ] và

điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [M đm ; ω nt]

Tốc độ góc nhân tạo (với mô men định mức)

( ). 110 (0,94 0,78).25,6

115( / ) 0,574

nt

dm

rad s K





Ta có:

− Điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [14,7; 115]

Vậy ta có thể dựng được đường đặc tính cơ nhân tạo có điện trở phụ trong mạch

phần ứng như hình dưới (đường 2):

Hình 2-1 Đường đặc tín cơ tự nhiên và đường 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 thông số: Pđm = 13,5KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết rằng Mmm = 200%Mđm,

mở máy với 3 cấp điện trở

Giải:

Quy đổi n→, ta có n dm = 1050vg ph/

 2 2 1050 109,96( / )

dm dm

n

rad s

Moment cơ định mức:

13500

122,78( ) 109,96

dm dm dm

P



Với động cơ có số cấp khởi động là m=3, ta có:

1 3

u

R R

 = Trong đó:

1 1

dm

U R I

= mà Mmm=2.Mđm => I 1 =2.I đm

1

110

0,379( )

2 2.145

dm dm

dm

R

13500 110 0,5(1 ) 0,5(1 ) 0,058( )

110.145 145

dm dm u

dm dm dm

R

3 0,379

1,867( ) 0,058

u

R R

2 u 1,876 0,058 0, 202( )

3 u 1,876.0,058 0,108( )

Ta tính được trị số các cấp mở máy là:

1 3 1,108 0,058 0,05( )

2 2 1, 202 0,108 0,094( )

3 1 2 0,379 0, 202 0,177( )

uf

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

Giải:

Quy đổi n→, ta có n dm =1000vg ph/

 2 2 1000 104,72( / )

dm dm

n

rad s

Ta có phương trình hãm tái sinh:

0

0

u u h

I

Từ đó suy ra được Tốc độ quay động cơ khi hãm là:

0

h

R I K



= − +

Ta có phương trình cân bằng điện áp tại lúc I u =0là:

0

dm dm

U =K 

 0 . . 440.104,72.79 125,52( / )

29000

dm dm dm dm

rad s







79

.

29000

3,5( ) 104,72.79

dm dm

dm dm

P

I

 



Vậy tốc độ góc  khi I u =60Alà:

0

0, 278 ( 60) 125,52 130, 29( / )

3,5

h

R

K



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 mômen 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

Giải:

Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha là:

1

2 ' 2 2 '

2 2

0 1

3

f

nm

M

R

S







=

Trong đó:

0

dm

R M



= =

1

380 220( )

3 3

dm f

U

' ' '

2 2 2f 0, 24 0,12 1, 44( )

1 0, 2( )

'

1 2 1 0,39 0, 46 0,75 1,6( )

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 ?

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

Giải: