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
lOMoARcPSD|39222806 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Đình Hiếu Sinh viên thực hiện: Đặng Quang Minh 2019601729 Bùi Tuấn Linh 2019600270 Tạ Văn Mạnh 2019600907 Hà Nội - 2021 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM (BM01) I Thông tin chung 1 Tên lớp: 20211ME6046002 Khóa: K14 2 Tên nhóm: Nhóm 11 3.Họ và tên thành viên Đặng Quang Minh 2019601927 Bùi Tuấn Linh 2019600270 Tạ Văn Mạnh 2019600907 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? Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 - 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 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: cosđm = 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: Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 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 KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú TS Phan Đình Hiếu Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 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 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 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 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 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 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 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: Pt=150.9,8=1470(N ) Tải trọng động xuất hiện khi pittong tăng tốc hoặc giảm tốc: Pd=m a=150 ∆ v =150 0,06 =9(N ) ( 1-1 ) ∆t 1 Tổng tải trọng: P=Pt + Pd=1470+9=1479(N ) ( 1-2 ) Áp suất chất lỏng làm việc: p = 30at = 294,2 (N/cm2) Đường kính của xylanh: √ √ D= 4 P K = 4∗1479 1,3=2,88 (cm)=28,8 dm ( 1-3 ) πp 3,14∗294,2 Trang 2 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 (K là hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất) 100 110 Bảng 1.1: Tiêu chuẩn đường kính xylanh (TCVN 7960 – 2008) AL 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 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= 2 4 PK = 2 4.1479 1,3 =239,19 2 N =24,39 at ( 1-4 ) π D 3,14 3,2 cm Đường kính cần pittong d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số d sau: D p ≤15 at 15< p ≤50 at 50< p ≤ 80÷ 100 at d =0,3 ÷0,35 d =0,5 d =0,7 D D D Theo điều kiện bài toán, ta chọn d =0.5 = >d=0,5.32=16 mm D Chọn đường kính cần pittong theo tiêu chuẩn: d=16 mm Xác định hành trình pittong: + Đoạn đường pittong chuyển động có gia tốc: at2 ( 1-5 ) 2 S1=2 =0,06.1=0,06 ( m)=60 mm ( 1-6 ) ( 1-7 ) 2 + Đoạn đường pittong chuyển động đều: S2=v p t=0,06.4=0,24 (m)=240 mm + Hành trình pittong dịch chuyển : S=2S1+ S2=300 mm 1.2.2 Tính toán thông số bơm Trang 3 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 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 : ( 1-9 ) p1 p2 : áp suất ở các buồng xylanh Trang 4 P = 1479 (N) : Tổng tải trọng A1, A2 diện tích hai phía của piston π D2 π 3,2 2 2 A1= = =8,04 (cm ) 4 4 π D2−π d2 π 3,22−π 1,6 2 2 A2= = =6,03(cm ) 4 4 p1= p=239,19 ¿) Từ công thức (1-8) = > p2= p1 A1−P = 239,19.8,04 + 1479 =564,19¿) A2 6.03 Lưu lượng dầu ở hành trình công tác là: Q1=V ct × Act Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 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: Qb=Q1=¿0,289 (l/ph) Áp suất máy bơm: pb= p0= p1=239,19(N /cm2) Công suất máy bơm: Nb= Pb ×Qb = 239,19 ×0,289 =0,11(kW ) ( 1-10 ) 612 612 Công suất động cơ điện dẫn động bơm: Nđ c= Nb ( 1-11 ) Hb× Hd 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 => Nđc=0,15 (kW) Trang 5 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Hình 1.4: Sơ đồ mạch lực và mạch điện STT Thiết Bị Số Lượng 1 Bộ Bơm Cấp Dầu 1 2 Van tràn 1 3 Xylanh tác động kép 1 4 Van đảo chiều 4/3 điện từ tác động kép 1 5 Van tiết lưu 1 chiều 2 6 Nút nhấn thường mở không giữ trạng thái 2 7 Nút nhấn thường mở giữ trạng thái 1 8 Rơle 2 9 Công tắc thường mở tác động bằng Rơle 4 10 Nam châm điện 2 11 Công tắc thường đóng tác động bằng Rơle 2 Trang 6 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Bảng 1.2: Bảng danh sách các thiết bị ( 2-12 ) ( 2-13 ) PHẦN 2: PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN ( 2-14 ) Bài 1: Mô men định mức: M đm= Pđm = 2200 =14.7 ( Nm) ωđm 149.7 Ta có: M đm=K ∅ Iđm=¿ K ∅= M đm= 14.7 =0.57 Iđm 25.6 Có U đm=K ∅ ω + I đm Rư 110=0.57∗149.7 +25.6∗Rư Rư =0.96( Ω) Phương trình đặc tính cơ tự nhiên: ω= Uđm K ∅ −( K ∅)2 Rư M ω= 110 0.57 − 0.572 0.96 M Phương trình đặc tính cơ nhân tạo: ω= U đm − 2 Rư + Rưf M K ∅ (K ∅) ω= 110 − 2 0.96+0.78 M 0.57 0.57 Trang 7 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Hình 2.5: Đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo Bài 2: Ta có: ωdm= n = 1050 =100 rad /s 9,55 9,55 Suy ra: Pdm 13,5.103 =122 ( N m) M dm= = ωdm 110 Với số cấp khởi động m=3 √ => τ = 3 R1 Ru Mà R1= Udm = U dm = 110 =0,379 Ω ωdm 2 I 1 2.145 Tại đây ta chọn I 1=2 I dm ( ) ( ) Ru= 1− Pdm Udm =0,5 1− 13500 110 =0,058 Ω U dm I dm I dm 110.145 145 Trang 8 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 √ => τ =3 0,379 =1,867 Ω 0,058 Từ đây suy ra: R3= τ Ru=1,876.0,058=0,108 Ω R2=τ2 Ru=1,8762 0,058=0,202 Ω R1=τ3 Ru=¿ 1,8763 0,058=0,377 Ω Vậy giá trị số các cấp mở máy: Ruf 1=R3−Ru=0,108−0,058=0,05 Ω Ruf 2=R2−R3=0,202−0,108=0,094 Ω Ruf 3=R1−R2=0,377−0,202=0,175 Ω Bài 3: Phương trình hàm tái sinh: I h= Uu−Eu = KØωo−KØU < 0 ( 2-15 ) R R ( 2-16 ) Tốc độ quay động cơ khi hãm: Trang 9 ω=−I h× R + ωo KØ Tại I ư= 0 ta có: ωo= U đm = U đ m× ωđ m × I đ m =¿ K Øđ m Pđ m ¿ 440 ×1000 ×79 ≈125,5 (rad /s ) 9,55 ×29000 Với Rư =R=0,05 Rđm= 0,05× 440 = 0,28(Ω) 79 K Ø=K Øđ m ¿ Pđm = 29000 ×9,55 =3,5(T ) ωđ m × I đ m 1000 ×79 Vậy ω tại I h=−60( A) là : Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 ω= 125,5 –(-60) × 3,5 0,28 = 120.7 (rad/s) Bài 4: Phương trình đặc tính cơ: 3× U 1f2 × R2∑ ' ( ) M = R2 2 ' 2 ( 2-17 ) S × ω0 × ⌊ R1+ + X nm ⌋ ( 2-18 ) S Trang 10 Trong đó: U1f ¿ 380 √3 =220(V ) R1 ¿ 0,2 ¿Ω) R2∑ ' = r2' +r2f' =0,24 +1,2=1,44 ¿Ω) X nm=X1+ X2' + Xư =0,39+ 0,46+0,75=1,6¿Ω) M = wPđ m= w 2250000 ω0= 1460× 2 π =152,89(rad/s) 60 Thay vào (2-6) ta được : [( ) ] [ 3×2202−1,44 ⇔ S=1,823>1( Loại) S=0,44(thỏa mãn) ω 22500 = 1,44 2 2 0 S × ω0 × 0,2+ +1,6 S 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= 60 f =60.50 =1000 vòng p3 phút Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 s= n1−n2 =1000−980 =0.02 n1 1000 f 2=s f 1=0.02∗50=1( Hz) b) Công suất tác dụng: P1= Pđm = 55000 =58823.5 (W ) η 93.5 % Dòng điện định mức cấp vào stato động cơ: I đm= Pđm = 55000 =103.92( A) ( 2-19 ) ( 2-20 ) √3 Uđm cos φđm η √3∗380∗0.86∗93.5 % c) Tổng công suất tổn hao là: ΔP=P1−P2=58823.3−55000=3823.5(W ) Có: Δ Pms=15%ΔP=15 %∗3823.5=573.5 (W ) Có: Pcơ =P2+ Δ Pms=55000+ 573.5=55573.5 (W ) Pcơ =(1−s ) Pđt =¿ Pđt= Pcơ 1−s = 55573.5 1−0.02 =56707.65(W ) Trang 11 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 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 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com)