Bài tập lớn cơ cấu chấp hành và điều khiển

Trang 1 BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA CƠ KHÍ---BÀI TẬP LỚNCƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN Giáo viên hướng dẫn: TS.. Phần thuỷ khí: Một xy lanh tácđộng kép được sử d

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

-BÀI TẬP LỚN

CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

Hà Nội - 2021

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

2 Tên nhóm: Nhóm 11

3.Họ và tên thành viên Đặng Quang Minh 2019601927

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 vẽ 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 6s; 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

M min max =200 % M đ m, 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

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.

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 (từ ngày …/…/2020 đến ngày …/…/2020)

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: 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 (nếu có): Máy tính.

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Danh Mục Hình Ảnh 2

Danh Mục Bảng Biểu 2

PHẦN 1: Phần Thủy khí 1

1.1 Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống 1

1.1.1 Vẽ biểu đồ trạng thái 1

1.1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống 1

1.2 Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài 2

1.2.1 Tính toán các thông số của xy lanh 2

1.2.2 Tính toán thông số bơm 3

PHẦN 2: Phần Động cơ điện 7

Bài 1: 7

Bài 2: 8

Bài 3: 9

Bài 4: 9

Bài 5 10

TÀI LIỆU THAM KHẢO 12

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Biểu đồ trạng thái 1

Hình 1.2: Lưu đồ tiến trình 1

Hình 1.3: Biểu diễn lực lên Piston 4

Hình 1.4: Sơ đồ mạch lực và mạch điện 6

Hình 2.1: Đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tiêu chuẩn đường kính xylanh (TCVN 7960 – 2008) 3

Bảng 1.2: Bảng danh sách các thiết bị 6

PHẦN 1: PHẦN THỦY KHÍ

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

1.1.1 Vẽ biểu đồ trạng thái

Hình 1.1: Biểu đồ trạng thái

1.1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống

Hình 1.2: Lưu đồ tiến trình

Trang 1

Giải thích: CB1; CB2 : Công tắc không giữ trạng thái

A+; A- : Trạng thái hoạt động của Xilanh START: Công tắc giữ trạng thái ngắt lúc nguy hiểm Khi bấm nút START hệ thống được cấp điện, Bấm công tắc CB1 Xylanh đi ra, bấm công tắc CB2 xylanh đi về, khi có trường hợp khẩn cấp ta nhấn nút START khi đó trạng thái của van về vị trí ban đầu khi đó dầu không được cấp lên xylanh nữa làm cho xylanh đứng yên tại vị trí dừng khí bấm nút START

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 toán các thông số của xy lanh

Đề bài: Một xy lanh tác động kép được sử dụng để mở và đóng cửa buồng đốt như vẽ 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 6s; áp suất của chất lỏng làm việc p=30at.

 Tính xy lanh

Xylanh phải chịu một tải trọng tĩnh: P t =150.9,8=1470(N )

Tải trọng động xuất hiện khi pittong tăng tốc hoặc giảm tốc:

P d =m a=150. ∆ v

∆ t =150.0,06

Tổng tải trọng:

P =P t +P d =1470+9=1479(N ) ( 1-2 )

Áp suất chất lỏng làm việc: p = 30at = 294,2 (N/cm2)

Đường kính của xylanh:

D=√4P

πp K=√ 4∗1479

3,14∗294,2.1,3=2,88 (cm)=28,8 dm ( 1-3 )

Trang 2

(K là hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất)

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn đường kính xylanh (TCVN 7960 – 2008)

125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 (280) 320 (360) 400 (450) 500

Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn D = 32mm Xác định lại áp suất của chất lỏng làm việc để xylanh thắng được tải trọng tác dụng:

p=4PK

π D2=4.1479 1,3

3,14 3,22 =239,19 N

cm2=24,39 at ( 1-4 )

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

d

D=0,7

Theo điều kiện bài toán, ta chọn d

D=0.5 = >d =0,5.32=16 mm

Chọn đường kính cần pittong theo tiêu chuẩn: d =16 mm

Xác định hành trình pittong:

+ Đoạn đường pittong chuyển động có gia tốc:

2S1=2.at

2

2 =0,06.1=0,06(m)=60 mm ( 1-5 ) + Đoạn đường pittong chuyển động đều:

S2=v p .t=0,06.4=0,24(m)=240 mm ( 1-6 ) + Hành trình pittong dịch chuyển :

1.2.2 Tính toán thông số bơm

Trang 3

Hình 1.3: Biểu diễn lực lên Piston

Ta có phương trình cân bằng tĩnh của lực tác dụng lên piston :

p1× A1+P− p2× A2=0 ( 1-8 ) Trong đó :

p1 p2 : áp suất ở các buồng xylanh

P = 1479 (N) : Tổng tải trọng

A1, A2 diện tích hai phía của piston

A1=π D

2

4 =π 3,2

2

4 =8,04 (cm2

)

A2=π D

2

−π d2

2

−π 1,62

4 =6,03(cm2

)

p1= p=239,19¿)

Từ công thức (1-8) = > p2=p1 A1−P

A2 =239,19.8,04+1479

6.03 =564,19 ¿)

Lưu lượng dầu ở hành trình công tác là:

Trang 4

Trong đó:

Q1 lưu lượng cần cung cấp trong hành trình công tác

Vct : vận tốc chuyển động trong hành trình công tác , (Vct=Vmax = 0,06 m/s)

Act=A1: diện tích bề mặt làm việc của piston ( A1 = 8,04 cm2 )

Q1= A1 v=8,04.0,6.60=289.44 (cm3/ph) = 0,289 (l/ph)

Chọn máy bơm dầu cho hệ thống thủy lực

Lưu lượng của máy bơm: Q b =Q1= ¿0,289 (l/ph)

Áp suất máy bơm: p b = p0= p1=239,19(N /cm2

) Công suất máy bơm:

N b=P b ×Q b

612 =239,19×0,289

Công suất động cơ điện dẫn động bơm:

N đ c= N b

Trong đó:

Nđc: Công suất của động cơ điện

Hb: hiệu suất của bơm , Hb=( 0,6 -> 0,9 ) , chọn Hb=0,8

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

=> N đc=0,15 (kW)

Trang 5

Hình 1.4: Sơ đồ mạch lực và mạch điện

6 Nút nhấn thường mở không giữ trạng thái 2

11 Công tắc thường đóng tác động bằng Rơle 2

Trang 6

Bảng 1.2: Bảng danh sách các thiết bị

PHẦN 2: PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Bài 1:

Mô men định mức:

M đm=P đm

ω đm=2200 149.7=14.7 (Nm)

Ta có:

M đm =K ∅ I đm= ¿K ∅=M đm

I đm =14.7 25.6 =0.57

Có U đm =K ∅ω +I đm R ư

 110=0.57∗149.7 +25.6∗Rư

 R ư =0.96(Ω)

Phương trình đặc tính cơ tự nhiên:

ω=U đm

ω=110 0.57 − 0.96

Phương trình đặc tính cơ nhân tạo:

ω=U đm

K ∅−R ư + R ưf

0.57 −0.96+0.78

0.572 M

Trang 7

Hình 2.5: Đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo

Bài 2:

Ta có:

ω dm= n 9,55 =1050

9,55=100 rad /s

Suy ra:

M dm=P dm

ω dm=13,5.10

3

110 =122(N m) Với số cấp khởi động m=3

=> τ =√3 R1

R u

Mà R1=U dm

ω dm=U dm

2.I1= 110 2.145=0,379 Ω

Tại đây ta chọn I1=2 I dm

R u=(1− P dm

U dm I dm). U dm

I dm =0,5(1 − 13500

110.145)110

145=0,058 Ω

Trang 8

=> τ=3

√0,379

0,058=1,867 Ω

Từ đây suy ra:

R3= τ R u =1,876.0,058=0,108 Ω

R2=τ2

R u=1,876 2

.0,058=0,202 Ω

R1=τ3

R u= ¿ 1,8763.0,058=0,377 Ω Vậy giá trị số các cấp mở máy:

R uf 1 =R3−R u =0,108−0,058=0,05 Ω

R uf 2 =R2−R3=0,202−0,108=0,094 Ω

R uf 3 =R1−R2=0,377−0,202=0,175 Ω

Bài 3:

Phương trình hàm tái sinh:

I h= U u −E u

Tốc độ quay động cơ khi hãm:

Tại I ư= 0 ta có:

ω o= U đ m

K Øđ m=U đ m × ω đ m × I đ m

¿440×1000 ×79 9,55×29000 ≈125,5 (rad /s )

Với R ư =R=0,05 R đ m= 0,05× 44079 = 0,28(Ω)

K Ø =K Øđ m ¿ P đ m

ω đ m × I đ m=29000×9,55

1000×79 =3,5(T )

Vậy ω tại I h =−60( A) là :

Trang 9

ω= 125,5 –(-60) × 0,28

3,5 = 120.7 (rad/s)

Bài 4:

Phương trình đặc tính cơ:

M =

3× U12f × R2' ∑

S × ω0× ⌊(R1+R2

'

S )2

+X nm2

Trong đó:

U1f ¿380

√3 =220(V )

R2∑ ' = r2

'

+r2f '

=0,24 +1,2=1,44 ¿Ω)

R1 ¿ 0,2 ¿Ω)

X nm =X1+ X2

'

+ X ư=0,39+0,46+0,75=1,6 ¿Ω)

M = P đ m

w0 =22500w

0

( 2-18 )

ω0=1460× 2 π

60 =152,89(rad/s)

Thay vào (2-6) ta được :

22500

ω0 =

3× 2202−1,44

S × ω0×[ (0,2 +1,44

S )2 +1,6 2

] ⇔[S =1,823>1(Loại)

S =0,44(thỏa mãn)

Ta có:

ω =ω0×(1−s)¿ 152,89 ×(1−0,44)=85,62(rad / s)

Vậy tốc độ động cơ: ω =85,62(rad /s)

Bài 5

a)

n1=60f

p =60.50

3 =1000(vòng

phút)

Trang 10

n1 =1000−980

1000 =0.02

f2=s f1=0.02∗50=1( Hz)

b)

Công suất tác dụng:

P1=P đm

η =55000 93.5 % =58823.5(W) Dòng điện định mức cấp vào stato động cơ:

√3 U đm cos φ đm η= 55000

√3∗380∗0.86∗93.5 %=103.92( A) ( 2-19 ) c)

Tổng công suất tổn hao là:

ΔP =P1−P2=58823.3−55000=3823.5(W) Có:

Δ P ms =15%ΔP=15 %∗3823.5=573.5(W) Có:

P cơ =P2+Δ P ms=55000+573.5=55573.5(W)

P cơ=(1−s)P đt= ¿P đt= P cơ

1−s=

55573.5 1−0.02=56707.65(W ) ( 2-20 )

Trang 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ĐH Công nghiệp Hà Nội, Bài giảng Cơ cấu chấp hành và điều khiển, 2018

[2] ĐH Công nghiệp Hà Nội, Giáo trình Hệ thống tự động thủy khí, NXB KHTN &

CN, 2019

[3] ĐH Công nghiệp Hà Nội, Giáo trình Truyền động điện, NXB KH&KT, 2015.

Trang 12