đồ án máy bào giường

Hình 1.2 Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian trong một chu kỳ bào Do đặc điểm chuyển động của bàn máy là đảo chiều với tần số làm việc lớn nên quá trình quá độ chiếm thời gian khá lớn t

Đồ án : Tính toán thiết kế máy cắt mộng, máy bào

via

II PHÂN TỬ POLIME 9

III CẤU TRÚC PHÂN TỬ - MẮT XÍCH (MER) 9

IV TÍNH CHẤT CƠ, LÍ, NHIỆT CỦA POLIME 10

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 17

I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT MỘNG 17

1.1 Phân tích các chuyển động chính khi gia công 17

1.2 Thiết kế dao 18

1.3 Tính, chọn động cơ 19

1.4 Định vị và kẹp chặt chi tiết 22

1.5 Tính lực ma sát sinh ra trong cặp trục bạc 28

1.6 Tính toán truyền động bánh răng - thanh răng 33

1.7 Thiết kế bàn máy và chân đế 37

II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY BÀO VIA 39

2.1 Chọn phương pháp gia công 39

2.2 Các khái niệm chung về khí nén 39

2.3 Phân tích chuyển động của đầu dao khi gia công 46

2.4 Thiết kế hệ thống đầu dao 46

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHẦN I:TÍNH CHON CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

I.KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO MÁY BÀO MẶT PHẲNG

1.Khái niệm chung

Máy bào mặt phẳng hay còn gọi là máy bào giường hiện nay được sử dụng rộng rãi.Trong các loại máy cơ khí, nó được dùng để gia công bề mặt các chi tiết kim loại có biến dạng lớn Ngoài ra máy bào mặt phẳng còn được dùng để xẻ rãnh hình T, V, đuôi

én Máy bào có thể gia công bề mặt các chi tiết ở mức độ thô hoặc tinh khác nhau Truyền động chính trong máy bào mặt phẳng là chuyển động tịnh tiến của bàn máy, bàn máy được kéo bằng một động cơ điện Chất lượng và năng suất của máy bào mặt phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắt của dao…

Vì vậy việc điều khiển động cơ truyền động cho bàn máy là hết sức quan trọng mà ta cần nghiên cứu và giải quyết

2.Phân loại

Máy bào mặt phẳng hiện nay có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại ta chia thành các nhóm máy bào mặt phẳng như sau:

*Dựa vào số trụ phân ra :

Máy bào một trụ : ví dụ như các kiểu máy 710 ; 71120 ; 7116

Máy bào hai trụ : ví dụ như các kiểu máy 7210 ; 7212 ; 7216

*Dựa vào chiều dài (Lb) của bàn máy và lực kéo bàn (Fk) ta phân ra:

Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn Lb < 3 (m) ; Lực kéo Fk = 30  50 (KN)

Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb = 4  5 (m) ; Lực kéo Fk = 50  70 (KN) Máy cỡ nặng (lớn): Chiều dài bàn Lb > 5 (m) ; Lực kéo Fk > 70 (KN)

3.kết cấu máy bào mặt phẳng

Máy bào giường được cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác nhau Ở

Hình 1.1 Hình dáng bên ngoài của máy bào giường hai trụ

*Đế máy (thân máy)

Được làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trụ máy để có khối thế tạo vững chắc cho máy Đế được xẻ rãnh hình chữ nhật và chữ V để cho bàn máy chuyển động dọc theo

đế máy

*Bàn máy

Được làm bằng gang đúc dùng để mang chi tiết gia công Trên bàn máy có 5 rãnh chữ T để gá lắp chi tiết cần gia công Bàn máy được kéo tịnh tiến trên đế máy nhờ lực kéo của động cơ truyền động

*Giá chữ U

Được cấu tạo từ hai trụ thép vững chắc và có một dầm ngang trên cùng Trong dầm đặt một động cơ để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc theo trục có xẻ rãnh, có trục vítnâng hạ và dao động để di chuyển xà

*Xà ngang

Chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà được kẹp chặt khi gia công

*Các bàn dao máy

Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn có giá đỡ dao Giá máy có

thể dịch chuyển một góc nào đó để gia công chi tiết, khoảng dịch chuyển lớn nhất của các con trượt là 300 mm, góc quay giá đỡ là 600

II.CÁC TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG

1 Truyền động chính của bàn máy

Truyền động của bàn là truyền động chính của máy, đây là kiểu chuyển động tịnh tiến và có tính chất chu kỳ lặp lại, mỗi chu kỳ có hai hành trình là hành trình thuận và hành trình ngược

1.1 Hành trình thuận

Là hành trình gia công chi tiết nên còn gọi là hành trình cắt gọt Ở hành trình này

có nhiều giai đoạn khác nhau như khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao

ra khỏi chi tiết Ứng với mỗi giai đoạn là một tốc độ yêu cầu khác nhau phụ thuộc vào các yếu tố của chế độ cắt gọt

1.2 Hành trình ngược

Sau khi kết thúc hành trình thuận, bàn máy được đảo chiều và bắt đầu hành trình ngược Hành trình này bàn máy chạy không tải trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo Tốc độ của bàn máy ở hành trình ngược thường lớn hơn ở hành trình thuận (khoảng 23 lần) để nâng cao năng suất làm việc của máy

Truyền động của bàn được thực hiện bằng một động cơ điện qua hộp giảm tốc truyền động tới trục vít thanh răng biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động

tịnh tiến của bàn Tốc độ bàn máy được biểu diễn theo thời gian trong một chu kỳ gia công như hình 1.2

Hình 1.2 Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian trong một chu kỳ bào

Do đặc điểm chuyển động của bàn máy là đảo chiều với tần số làm việc lớn nên quá trình quá độ chiếm thời gian khá lớn trong một chu kỳ làm việc Chiều dài hành trình (hay chiều dài bàn) càng lớn thì quá trình quá độ chiếm tỷ lệ càng nhỏ Năng suấtcủa máy được xác định là số hành trình kép trên một đơn vị thời gian, vậy muốn đảm bảo năng suất của máy ta cần tìm hiểu về tốc độ yêu cầu của máy theo thời gian làm việc trong một chu kỳ:

 Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận, bàn máy được tăng tốc đến vận tốc V0 trong thời gian t1 Thường thì vận tốc V0 = 515(m/phút) gọi là tốc độ vào dao

 Sau khi chạy ổn định với tốc độ V0 trong khoảng thời gian t21 thì dao cắt bắt đầu vào chi tiết Dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp nhằm mục đích tránh sứt mẻ dao hoặc chi tiết

 t22dao cắt vào chi tiết và cắt với tốc độ V0 cho đến hết thời gian t22

 t3 là khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V0 đến tốc độ Vth gọi là tốc độ cắt gọt

 t4 là khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt Vth không đổi

 t5Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ từ tốc độ cắt gọt về tốc độ

V0 trong khoảng thời gian t5

 t61 là thời gian tiếp tục gia công nhưng ở tốc độ V0

 t62 là khoảng thời gian dao được đưa ra khỏi chi tiết nhưng bàn máy vẫn chạy với tốc độ V0

 t7 là thời gian bàn máy được giảm tốc về 0 để đảo chiều sang hành trình ngược

 t8 là thời gian bàn máy tăng tốc nhanh sau khi đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng gọi là tốc độ không tải

 t9 là khoảng thời gian bàn máy chạy ngược ở tốc độ Vng không đổi

 t10Gần hết hành trình ngược, bàn máy được giảm tốc về tốc độ V0 trong khoảng thời gian t10

 t11 là khoảng thời gian bàn máy vẫn chạy ngược với tốc độ V0 và bắt đầu giảm tốc

về 0 để đảo chiều

 t12là thời gian vận tốc giảm về 0 và đảo chiều để kết thúc một chu kỳ làm việc

và chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo

Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình thuậnsang hành trình ngược và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết Tổng thời gian từ khi bắt đầu hành trình thuận cho đến hết hành trình ngược gọi là chu kỳ làm việc của máy bào giường TCK

Tốc độ hành trình thuận được xác định tương ứng với chế độ cắt gọt, thường thì Vth

= 5120 m/ph Tốc độ bàn máy lớn nhất có thể đạt Vmax = 75120 m/ph Để tăng năng suất máy, tốc độ hành trình ngược chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận Vng = k.Vth và thường thì k = 2  3

Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian:

 TCK – thời gian một chu kỳ làm việc của bàn máy (s)

 tth thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận (s)

 tng thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược (s)

Giả sử gia tốc bàn máy lúc tăng hay giảm tốc độ là không đổi thì ta có:

th th g.th h.th

L t

 Lth , Lng : là chiều dài hành trình của bàn máy tương ứng với tốc độ ổn định Vth,

Vng của hành trình thuận và hành trình ngược

 Lg.th , Lh.th : là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá trình giảm tốc (hãm) ở hành trình thuận

 Lg.ng , Lh.ng : là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá trình giảm tốc (hãm) ở hành trình ngược

V là tỷ số giữa tốc độ hành trình ngược và hành trình thuận.

 tđc là thời gian đảo chiều của bàn máy

Từ công thức (1-3) ta thấy rằng khi đã chọn tốc độ cắt gọt ở hành trình thuận là Vththì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều tđc Khi k tăng thì

Vng tăng nên năng suất của máy tăng, tuy nhiên khi k > 3 thì năng suất của máy tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều tđc lại tăng Nếu chiều dài bàn máy Lb > 3

m thì thời gian tđc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là hệ số k Khi chiều dài bàn

Lb bé và nhất là khi tốc độ V= Vmax = 75120 (m/ph) thì tđc ảnh hưởng nhiều đến năngsuất của máy Vì vậy một trong các điều kiện cần chú ý khi thiết kế truyền động

cho bàn máy của máy bào giường là cần giảm thời gian quá trình quá độ càng nhỏ càng tốt.

Một trong những biện pháp giảm thời gian quá trình quá độ là xác định tỷ số truyền tối ưu của cơ cấu truyền động từ động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy làm việc với gia tốc cao nhất

*Kết luận:Từ những phân tích ở trên ta rút ra các yêu cầu về truyền động chính của

máy bào giường như sau:

*Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D = max ngmax

V V

=

V V (1-4)Trong đó :

 Vngmax : là tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường Vngmax= 75

120 (m/ph)

 Vthmin : là tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận, thường Vthmin = 46 (m/ph)

Như vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ nằm trong khoảng D = (12,530)/1

* Đặc tính phụ tải của truyền động chính:

Thông thường, để đảm bảo cho công suất đặt là nhỏ nhất cho động cơ truyền động (thường là động cơ một chiều) thì hệ truyền động thường được điều khiển theo hai vùng điều chỉnh, ta có đặc tính của đồ thị phụ tải như sau:

Hình 1.3 Đặc tính của phụ tải máy bào giường

*Vùng I: là vùng thay đổi điện áp phần ứng trong dải điều chỉnh D = (56)/1 với mô men trên trục động cơ không đổi ứng với tốc độ bàn máy thay đổi từ Vmin = (46) m/ph đến Vgh = (2025) m/ph Khi đó lực kéo bàn máy là không đổi và công suất kéo

Pc tăng dần lên

*Vùng II: là vùng điều chỉnh bằng cách giảm từ thông động cơ trong phạm vi D = (4

5)/1 khi thay đổi tốc độ từ Vgh đến Vmax = (75120) m/ph Khi đó công suất kéo PCgần như không đổi còn lực kéo thì giảm dần

Tuy nhiên, việc thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông sẽ làm giảm năng suất của máy vì thời gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ lớn (tức do quán tính của cuộn kích từ lớn) Vì vậy thực tế người ta mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp và giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, trong trường hợp này thì công suất động cơ phải tăng Vmax/Vgh

Độ ổn định tĩnh: Ở chế độ làm việc xác lập, độ ổn định tốc độ không được vượt quá 5% (s  5%) khi phụ tải thay đổi từ 0 đến giá trị định mức

Ở quá trình quá độ hay quá trình khởi động và hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ truyền động với độ tác động cực đại

Đối với những máy bào giường cỡ nhỏ (Lb< 3m; FK = 3050KN) thì D = (34)/1 với hệ thống truyền động chính thường là động cơ không đồng bộ - khớp ly hợp điện từ; động cơ không đồng bộ roto dây quấn hoặc động cơ điện một chiều kích từ độc lập

2.Truyền động ăn dao

Truyền động ăn dao cũng làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình kép

từ hành trình thuận sang hành trình ngược và kết thúc trước khi dao cắt bắt đầu vào chitiết.

Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là D = (100200)/1 với lượng ăn dao cực đại có thể đạt tới (80100) mm/1 hành trình kép

Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt 1000 lần/giờ Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống như: cơ khí, điện khí, thủy lực, khí nén…, thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ, đó là động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - êcu hoặc bánh

răng - thanh răng

Lượng ăn dao trong một hành trình kép khi truyền động bằng hệ trục vít - êcu được tính như sau: s = tv.t T

Và đối với hệ bánh răng - thanh răng là: s = tv.Z.t T

*Trong đó : tv; tv là vận tốc góc của trục vít; bánh răng (rad/s);

Z là số bánh răng;

t là bước răng của trục vít hoặc thanh răng (mm);

T là thời gian làm việc của trục vít hoặc thanh răng (s)

Từ hai biểu thức trên, ta có thể điều chỉnh lượng ăn dao s bằng cách thay đổi thời gian sử dụng nguyên tắc hành trình (sử dụng công tắc hành trình) hoặc nguyên

tắc thời gian (sử dụng rơle thời gian) Các nguyên tắc này đơn giản nhưng năng suất máy thường bị hạn chế, lý do là lượng ăn dao lớn thì thời gian làm việc phải dài, nghĩa

là thời gian đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược phải dài và trong nhiều trường hợp thì điều này không cho phép Để thay đổi tốc độ trục làm việc, ta có thể dùng nguyên tắc tốc độ, điều chỉnh tốc độ bản thân động cơ hoặc dùng hộp tốc độ nhiều cấp Nguyên tắc này phức tạp hơn nguyên tắc trên nhưng có thể giữ được thời gian làm việc của truyền động như nhau với các lượng ăn dao khác nhau

từ động cơ xoay chiều.

6 Quạt gió

Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho hoạt động của máy làm việc với nhiệt độ cho phép

Nói chung, máy bào giường có công nghệ phức tạp, truyền động chính yêu cầu phải

có độ chính xác khá cao và có nhiều truyền động phụ Các truyền động bàn và truyền động ăn dao có thể được điều khiển ở chế độ hiệu chỉnh hoặc tự động với trang thiết bịhợp lý, hiện đại Nếu điều khiển chính xác, đáp ứng được các yêu cầu về truyền động thì máy bào giường có thể gia công ở chế độ tinh với độ chính xác cao

III:TÍNH CHỌN VÀ KIỂM NGHIỆM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

1 Tập hợp số liệu ban đầu

Fth=20.000 N=20*103 N

V0=6m/ph  0  10(rad/s)

01 , 0

* 60

Vng=(2-3)Vth=2*20 = 40 m/ph

60 * 60 * 0,01

ng ng

* 1000

* 60

20

* 35480

* 1000

* 60

lực cắt

Fz (KN)

trọng lượng

G + G

lức kéomax

F(N)

côngsuấtđầu trục

công suấttính toán Ptt(KW)

r+ r cp rCKS

()

Udm(V)

* 2 60

* 2

3 kiểm nghiệm động cơ

Để kiểm nghiệm động cơ đã chọn ta tiến hành như sau :

- Xác định công suất đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận :

P0th=P0th  P p

*Trong đó : Tổn hao không tải ở hành trình thuận là

24 , 2 ) 76 , 0 1 (

56 , 15 6 , 0 ) 1 (

6 ,

-khi tốc độ vad = v0  6 (m/ ph)

1000

* 60

6

* 10

* 150 10

* 100

* 1000

* 60

ct G V G

(kw)  Tổn hao không tải ở hành trình thuận:P othP0  P p0 1,5 5 2, 24 3,74  (kw)

- Xác định mômen không tải của động cơ

đt đm

M k

- Dòng điện quá độ: Iqđ=2*Idm=2*165=330 (A)

- Xác định các khoảng thời gian làm việc:

- Thời gian quá độ :

* )

M

J

*Trong đó :

 J=Jpu+Jcd=10,3(kg/m2)

 Mqd , Iqd: momen, dòng điện động cơ trong quá trình quá độ

 Mc , Ic: momen, dòng điện phụ tải của động cơ

  1 ,  2: tốc độ động cơ ở cuối và đầu quá trình quá độ

Từ đó ta xác định được các khoảng thời gian:

1 9 14

14,6

*10 0,3( )(330 87,6) * 2

 Với:

V L

b ith

*

V t V V t

Tck= t i 56,3( )s

3.1 Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng :

14

2 1

dt

ck

I t I

Ta có Idt<Idm do đó động cơ đã chọn phù hợp với yêu cầu của công nghệ

Vậy động cơ đã chọn phù hợp với yêu cầu

3.2.Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải về momen

- Điều kiện kiểm nghiệm :

Với   (  2 4 )là hệ số quá tải động cơ

Momen cực đại của động cơ : Mlvmax kdm*I qd;M dm kdm*I udm

Do Iqd=2Idm nên Mlvmax=2Mdm

Vậy động cơ đã chọn phù hợp với yêu cầu công nghệ MBG là :

kiểu Pđm,

kW

Uđm,(v)

Iđm,A

n đm, (V/ph)

THIẾ T KẾ MẠCH LỰC HỆ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG

Để thiết kế hệ truyền động cho một đối tượng ta phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà ta đưa ra phương án hơp lý Với mỗi đối tượng có thể có nhiều phương án truyền động khác nhau, mỗi phương án đều có ưunhược điểm của nó Nói chung phương án đưa ra phải đảm bảo phần lớn các yêu cầu của đối tượng như chỉ tiêu kỹ thuật, chỉ tiêu kinh tế, tính thẩm mỹ,… trong đó chỉ tiêu

kỹ thuật phải đặt lên hàng đầu Thông thường phương án đảm bảo tốt các chỉ tiêu kỹ thuật thì tốn kém hơn về mặt kinh tế và ngược lại Do vậy tùy thuộc vào chất lượng và

độ chính xác của sản phẩm mà ta nên chọn phương án hợp lý nhất Để làm được việc

đó, ta cần đưa ra nhiều phương án khác nhau và sau đó phân tích ưu nhược điểm của từng phương án trên tất cả các phương diện và rút ra phương án cuối cùng là đảm bảo

về mặt kỹ thuật với phí thấp nhất có thể

Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa rất quan trọng, nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả kinh tế của sản suất

I LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG

1.giới thiệu động cơ một chiều

Việc lựa chọn động cơ một cách hợp lý là rất quan trọng trong việc thiết kế hệ truyền động Động cơ lựa chọn phải đảm bảo các điều kiện công nghệ yêu cầu, đồng thời phải thõa mãn các yếu tố như dễ điều khiển, tổn hao ít, vận hành tin cậy, giá thành

hạ, dễ sữa chữa, lắp đặt, bảo dưỡng, dễ thay thế, chi phí hàng năm thấp

Trong nền sản suất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được được sử dụng rộng rãi do động cơ một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt bằng các thiết bị không quá phức tạp, khả năng mở máy dễ dàng và đặc biệt là khả năng chịu quá tải lớn Chính vì vây mà động cơ một chiều được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cắt gọt kim loại, cán thép, hầm

mỏ, giao thông vận tải Tuy nhiên động cơ một chiều vẫn có những nhược điểm của nó

so với máy xoay chiều như: giá thành cao hơn, chế tạo và bảo quản cổ góp điện khó

khăn, phức tạp do động cơ một chiều dễ phát sinh tia lửa điện, kích thước và trọng lượng nặng hơn so với động cơ không đồng bộ ở cùng cấp công suất, làm việc kém tin cậy hơn, khó sữa chữa và bảo dưỡng.

Động cơ điện có 4 loại là : kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp Động cơ một chiều kích từ nối tiếp, song song, hỗn hợp thường ít dùng để điều chỉnh tốc độ, mặt khác đặc tính cơ của các động cơ loại này không tốt bằng động cơ kích từ độc lập Vì vậy mà khi công suất động cơ lớn chủ yếu người ta dùng động cơ một chiều kích từ độc lập để dễ dàng điều chỉnh tốc độ và kinh tế hơn

Hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập

Ta thấy rằng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là tuyến tính nên dễ dàng điều khiển tốc độ, để điều khiển tốc độ ta có thể điều chỉnh điện áp nguồn cấp cho phần ứng

M0

U, từ thông hay dòng kích từ It và điện trở phần ứng Về việc đảo chiều động cơ ta

có thể đảo chiều dòng phần ứng Iư hoặc đảo chiều dòng kích từ If

Tóm lại: Về phương diện điều chỉnh tốc độ thì động cơ một chiều có nhiều ưu việt hơncác loại động cơ khác, không những thế động cơ một chiều có cấu trúc mạch động lực

và sơ đồ mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt được chất lượng điều chỉnh cao do đặc tính cơ điều chỉnh là tuyến tính, dải điều chỉnh tốc độ rộng Đặc biệt động

cơ một chiều có khả năng tự động hóa điều chỉnh cao thích hợp cho việc sử dụng để kéo máy sản suất cần ổn định tốc độ lớn

Với máy bào giường thì việc gj ổn định tốc độ bàn máy là điều quan trọng đầu tiên

để đảm bảo chất lượng của chi tiết gia công, do đó em xin chọn động cơ một chiều kích từ độc lập để truyền động cho bàn máy của máy bào giường

2.Lựa chọn phương pháp đảo chiều cho đông cơ

2.1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng

Khi điều chỉnh mạch phần ứng thì điện áp U = Uđm và từ thông  hay dòng kích từ

Ikt = Iktđm được giữ không đổi và ta chỉ điều chỉnh Rf trong mạch phần ứng Khi điều chỉnh điện trở phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng là không đổi 0

U K

ĐCR1 R2 R3

-Điện trở mạch phần ứng càng tăng độ dốc đặc tính càng lớn và tốc độ càng giảm, phương pháp này chỉ điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức do chỉ có thể tăng điện trở phần ứng

-Tổn hao công suất của hệ lớn do nhiệt phát sinh trên điện trở khi điều chỉnh

-Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số mô men tải, tải càng lớn thì dải điều chỉnh càng lớn

-Điều chỉnh theo phương pháp này thường chỉ điều chỉnh theo cấp bằng cách đóng cắt các cấp điện trở phụ dùng tiếp điểm congtactor

2.2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Để điều chỉnh từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ trong mạch phần cảm It , giữ nguyên điện áp cấp cho mạch phần ứng U = Uđm = const và điện trở phần ứng Rư = const Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy khi thay đổi từ thông  thì tốc độ không tải

và độ cứng đều thay đổi



Khi giảm từ thông  thì tốc độ không tải 0 tăng nhưng độ cứng  lại giảm và ta được họ đặc tính cơ thể hiện trên hình 2.4

Hình 2.4 Đặc tính cơ của động cơ một chiều khi thay đổi từ thông mạch kích từ Nhưng do cấu trúc của máy một chiều mà ta chỉ có thể điểu chỉnh giảm từ thông, tuy nhiên khi từ thông giảm nhỏ quá thì tốc độ động cơ tăng quá lớn và vượt quá giới hạn cho phép hoặc làm điều kiện chuyển mạch xấu đi do dòng phần ứng tăng cao Để chuyển mạch xảy ra bình thường thì cần giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen cho phép trên trục động cơ giảm đi rất nhanh, dẫn đến động cơ bị quá tải Khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông sẽ có họ đặc tính và một số đặc điểm sau:

-Phương pháp này chỉ điều chỉnh chỉ có thể giảm từ thông, chỉ có thể tăng tốc độ động cơ với dải điều chỉnh trơn trong khoảng D = 3:1

-Độ cứng của đặc tính cơ giảm khi từ thông giảm, các đặc tính cơ cắt nhau nên thực

tế phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so vởi định mức

-Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh thực hiện ở mạch kích từ nhỏ nên tổn thất công suất khi điều chỉnh bé

-Nhược điểm chỉnh của việc điều chỉnh từ thông là hằng số thời gian của cuộn kích

từ Tk lớn, đặc tính từ hóa phi tuyến mạnh và phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp

-Chịu tác động nhiều của nhiễu phụ tải, ngoài ra từ dư của động cơ có ảnh hưởng xấu đến các hệ truyền động có đảo chiều bằng kích từ

2.3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng đặt lên động cơ ta phải giữ nguyên  ®m và điện trở phần ứng Rư = const

Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng Khi điện áp thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng 0

U K

 

 thay đổi và độ cứng 

không đổi, do đó ta được họ đặc tính cơ song song với nhau như hình vẽ

Hình 2.6 Đặc tính cơ của động cơ một chiều khi thay đổi điện áp

Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là :

-Điện áp U càng giảm thì tốc độ càng nhỏ và chỉ có thể điều chỉnh tốc độ dưới tốc độđịnh mức

-Độ sụt tốc trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau Độ sụt tốc lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh, do vậy sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) không vượt quá sai số cho phép thì hệ làm việc ổn định trong toàn dải điều chỉnh -Dải điều chỉnh tốc độ phương pháp này tương đối lớn D  10/ 1

-Nhược điểm của việc điều khiển điện áp là dùng bộ biến đổi khá phức tạp

-+BBĐ

(a)

KT-

IưU

*Tóm lại:qua 3 phương pháp điều khiển tốc độ trên ta thấy rằng việc điều khiển tốc độ

bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư có chất lượng điều chỉnh tốt nhất, trước hết nó có khả năng điều chỉnh triệt để trong bất kỳ vùng tải nào Đặc tính cơ của

nó mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên và cứng hơn đặc tính cơ biến trở Vì vậy, phương pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng không cao Mặt khác, vì phần tử điểu chỉnh đặt trong mạch điều khiển nên độ tinh điều chỉnh cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện thành hệ tự động vòng kín để tăng chất lượng điều khiển

3.giới thiệu bộ biến đổi cho động cơ

Để thay đổi điện áp phần ứng động cơ thì mạch lực phải cần một bộ biến đổi, bộ biến đổi (BĐ) có nhiệm vụ biến điện áp xoay chiều của lưới thành điện áp một chiều

và có thể điều chỉnh suất điện động Eb theo yêu cầu để cấp cho phần ứng động cơ Sơ

đồ cấu trúc hệ chỉnh lưu điều khiển điện áp như hình 2.7

Hình 2.7 Cấu trúc của hệ điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều

Để thay đổi điện áp đặt lên động cơ ta điều chỉnh Uđk, phương trình đặc tính cơ của hệ thống:

Eb : là sức điện động bộ biến đổi

Rb : là điện trở trong của bộ biến đổi

Ứng với một mômen tải nào đó, khi thay đổi điện áp phần ứng ta sẽ được những giá trịtốc độ khác nhau Để xác định dải điều chỉnh của hệ ta xác định giá trị tốc độ lớn nhất

và nhỏ nhất tại trị số mômen tải định mức

Với Km làhệ số quá tải về mômen

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp thì từ thông kích từ được giữ không đổi do

đó mômen tải cho phép của hệ được giữ không đổi nên đảm bảo được yêu cầu trong quá trình gia công: Mccp = KΦđm.Iđm = Mđm

Để điều chỉnh điện áp phần ứng có nhiều hệ biến đổi như hệ khuếch đại từ, hệ máy phát - động cơ (F-Đ), hệ điều chỉnh xung áp, hệ chỉnh lưu - động cơ (T-Đ) nhưng

hệ chỉnh lưu một chiều nên chọn hệ truyền động tiristor-động cơ một chiều(T-Đ)

*.Hệ truyền động tiristor - động cơ một chiều(T - Đ)

Hệ điều chỉnh T - Đ là hệ điều chỉnh điện áp gồm một bộ chỉnh lưu có điều khiển, đó lài chỉnh lưu tiristor Bộ chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều lấy từ lưới thành điện

áp một chiều cấp cho động cơ và để điều chỉnh điện áp phần ứng nó sử dụng một bộ điểu khiển để điều khiển góc mở cho tiristors

Sơ đồ nguyên lý hệ T - Đ được chỉ trên hình 2.11

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh T-Đ

Hệ T-Đ có một số đặc điểm là: độ tác động nhanh, tin cậy; phạm vi điều chỉnh rộng;không gây ồn và dễ tự động, do các van có hệ số khuếch đại cao nên có thể thiết lập hệ

tự động vòng kín để mở rộng dải điều chỉnh nâng cao chất lượng điều chỉnh; hệ T-Đ kinh tế hơn hệ F-Đ rất nhiều Tuy nhiên, hệ T-Đ cũng có những nhược điểm là: các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao gây tổnthất phụ trong máy điện và ở các hệ có công suất lớn còn làm ảnh hưởng đến dạng điện áp lưới xoay chiều; ngoài ra khả năng linh hoạt chuyển đổi trạng thái làm việc không cao, hệ đảo chiều phức tạp, hệ số quá tải về dòng và áp của các van kém Do có những ưu điểm nỗi trội nên hệ T-Đ hiện nay được sử dụng khá rộng rãi

4.Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu

Tùy theo yêu cầu cụ thể của tải, yêu cầu chất lượng, tính kinh tế mà ta cần lựa chọn

sơ đồ chỉnh lưu cho phù hợp Một số chỉnh lưu thông dụng hiện nay là: chỉnh lưu cầu

1 pha, chỉnh lưu tia 3 pha, chỉnh lưu cầu không đối xứng, chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng, chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng

Với máy bào giường có thông số như trên thì lực kéo Fk là khá lớn nên công suất động

cơ một chiều phải lớn, vì vậy mà ta không thể chọn chỉnh lưu cầu một pha được

4.1 Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển

Uđk







Đồ thị dạng sóng :

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị dạng sóng của mạch chỉnh lưu tia

ba pha có điều khiển

-Giá trị trung bình của điện áp tải :

63td.tsin.U.2

-Giá trị điện áp điện áp ngược đặt lên Tiristor :



-Giá trị dòng điện trung bình của từng van :

SS

Cuộn dây thứ cấp máy biến áp phải đấu sao, với bốn đầu dây nối ra ngoài và dây trungtính phải lớn gấp đôi dây pha

4.2 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.

Sơ đồ nguyên lí :

Đồ thị dạng sóng :

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị dạng sóng của mạch chỉnh lưu cầu

ba pha điều khiển đối xứng

-Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :

6

2 2

-Giá trị trung bình của dòng điện qua Tiristor :

Hiệu suất sử dụng máy biến áp của chỉnh lưu này cao

Điện áp chỉnh lưu có số lần đập mạch trong một chu kì gấp đôi số lần đập mạch của chỉnh lưu tia ba pha Cụ thể, có n = 6 lần đập mạch trong một chu kì Dòng điện trong các Tiristor có dạng chữ nhật nhưng dòng điện qua thứ cấp máy biến áp hoàn toàn đối xứng và không có thành phần một chiều nên ít làm lõi thép bị phát nóng

5.Lựa chọn phương án đảo chiều động cơ

Để đáp ứng yêu cầu đảo chiều quay của bàn máy thì hệ Chỉnh lưu - động cơ cần phải có yêu cầu về đảo chiều Muốn đảo chiều động cơ một chiều có 3 phương pháp là: đảo chiều dòng điện kích từ It , đảo chiều dòng phần ứng Iư bằng tiếp điểm và đảo chiều dòng phần ứng bằng bộ chỉnh lưu kép đấu song song ngược

Đảo chiều dòng kích từ tuy đơn giản về mặt thiết bị, giá thành hạ nhưng do quán tính điện từ của mạch kích từ lớn (có nhiều vòng dây), thời gian đảo chiều lớn nên không đáp ứng được máy yêu cầu đảo chiều nhanh, mặt khác sự biến thiên dòng kích từ làm xuất hiện sức điện động cảm ứng trong cuộn dây kích từ rất lớn và có thể cháy cuộn kích từ nên không dùng vào hệ truyền động chính máy bào dường

5.1Phương án sử dụng các công tắc tơ đảo chiều.

Hình2.12 Sơ đồ sử dụng các công tắc tơ đảo chiều

Khi dùng cầu tiếp điểm thì kém bền vì hệ thống của ta khi làm việc thường

xuyên đảo chiều, mỗi lần đảo chiều dòng hồ quang một chiều sẽ làm mòn tiếp điểm Mặt khác, khi đó vùng hãm tái sinh nhỏ, vùng hãm ngược lớn, gây giật và quá trình hãm ngược còn làm dòng phần ứng lớn

5.2Phương án dùng hai BBD đấu song song ngược

Để đảo chiều có hai phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu kép là: phương pháp điều khiển chung và phương pháp điều khiển riêng

5.2.1.Phương pháp điều khiển chung

Cả 2 bộ phát xung cùng phát xung đến các BBĐ, trong đó một bộ làm việc ở chế

độ chỉnh lưu, bộ còn lại làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ Khi sử dụng phương phápnày, sẽ có dòng điện không cân bằng chạy trong các BBĐ Để hạn chế dòng này ng-ười ta sử dụng các cuộn kháng cân bằng

a.Nguyên tắc :

Tại cùng một thời điểm cả hai bộ biến đổi đều nhận được xung điều khiển, nhưng chỉ có một bộ biến đổi làm việc cấp dòng cho tải còn bộ biến đổi kia làm việc ở chế độđợi Như vậy lúc nào hai bộ cũng đồng thời chạy do đó mà nó không còn thời gian chết trong quá trình đảo chiều dòng điện, vì vậy độ tác động là nhanh nhất Tuy nhiên

do hai bộ đều chạy nên sẽ có khẳ năng có dòng điện xuyên qua hai bộ gây ngắn mạch nguồn cho nên ta phải đưa thêm các cuộn kháng cân bằng để chống dòng ngắn mạch này

TNNT

L

KTDC

2= 0  1= 0 (2) 30 (1)

60

90 uc2 uc1 120

150

1=180 2= 150

180

b.Luật điều khiển

-Bộ biến đổi I(BĐI) làm việc ở

I + II = 180 (Luật phối hợp điều khiển )

Từ luật phối hợp điều khiển ta thấy rằng khi I < 90  II = 180 - I > 90 do đó bộ biến đổi I(BBĐI) làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn bộ biến đổi II(BBĐII) sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu

Vậy khi bộ I chạy ở chế độ chỉnh lưu thì bộ II bao giờ cũng chạy ở chế độ nghịch

lưu nhưng không có dòng chảy, bộ nghịch lưu không chạy nên quá trình nghịch lưu

chỉ chạy khi bắt đầu giảm dòng, giảm tốc độ, đảo chiều với tải sức điện động Ed như

động cơ điện một chiều

*Ưu điểm của phương pháp điều khiển chung:

-Tốc độ đảo chiều rất nhanh cho phép đảo chiều với tần số cao Đ

*Nhược điểm :

- Khó đảm bảo luật điều khiển vì vậy dễ xẩy ra sự cố

- Cần phải có hai cuộn kháng cân bằng làm tăng kích thước của thiết bị, nếu cuộn

kháng thiết kế không chính xác thì cũng sẽ gây ra sự cố trong quá trình làm việc như

cháy van, cháy cuộn kháng

Đặc điểm của phương pháp này là các bộ chỉnh lưu làm việc không đồng thời với mỗi chiều của điện áp ra chỉ có một bộ chỉnh lưu được phát xung và chạy ở chế độ chỉnh lưu, còn bộ kia nghỉ tức không được phát xung điều khiển Như vậy giữa hai bộ biến đổi không thể xuất hiện dòng cân bằng nên không cần có cuộn kháng Tuy nhiên, điều này dẫn đến khả năng có thể cả hai bộ có thể đồng thời hoạt động, vì vậy lâp tức

sẽ xuất hiện dòng ngắn mạch gây sự cố cho thiết bị Để đảo chiều xảy ra an toàn thì phải đảm bảo quy tắc phát xung chặt chẽ, cần có các cảm biến không dòng điện theo dõi dòng phần ứng và phải có một mạch logic khống chế thời điểm phát xung, vì vậy

mà quá trình đảo chiều cần mất một khoảng thời gian chết để các van của bộ chỉnh lưukhóa chắc chắn để không còn dòng chảy trong động cơ id = 0

Vậy ta thấy phương pháp điều khiển riêng có tốc độ đảo chiều thấp hơn phương pháp điều khiển chung, vì vậy khi không có yêu cầu về độ tác động nhanh hoặc tần suất đảo chiều thấp người ta thường dùng phương pháp điều khiển riêng

*Kết luận: chiều điều Ưu điểm nổi bật của hệ T - Đ là tốc độ tác động nhanh cao,

không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suấtrất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống

Nhược điểm chủ yếu là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện, và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều Hệ

số công suất cos ϕ của hệ nói chung là thấp.Ngoài ra trong hệ truyền động van đảo chiều điều khiển chung có ưu điểm là không có khoảng thời gian trễ và tốc độ đảo chiều nhanh, cho phép đảo chiều với tần số cao

6.SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG

*Các thông số cơ bản của động cơ bản của động cơ :

-Dòng điện định mức ở cuộn dây phần ứng động cơ :

udm

32000

191 0,76.220

T6' T4' T2'

u uddm

udm

2200,5.(1 ) 0,5.(1 0,76) 0,14

a Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu

220 6

K

U K U K

KdtU = 1,7 là hệ số dự trữ điện áp, với KdtU = (1,6  2)

c Dòng điện làm việc của van

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và có đủ diện tính tản nhiệt, không có quạt gió đối lưu không khí, ứng với điều kiện này thì dòng điện định mức của van cần chọn là :

Idmv K I i lv 4.110,3 441, 2 (A)

Ta lấy Iđmv = 441,2 (A)

*Trong đó :

Ki - hệ số dự trữ dòng điện Với điều kiện làm việc của van ta đã chọn như trên thì

Ilv = (10  30 )%.Iđmv Do vậy ta chọn Ilv = 25%.Iđmv, suy ra Ki = 4

d Chọn Tiristor

Từ các thông số Unv, Iđmv đã xác định ở trên, để van bán dẫn làm việc an toàn, không

bị chọc thủng về nhiệt, nên ta chọn van có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tích tỏa nhiệt Tra bảng phụ lục 2 [1], ta chọn 12 Tiristor loại DCR645PR44DS có các thông sốnhư sau :

-Điện áp ngược cực đại của van : Unv max = 400 (V)

-Dòng điện định mức của van : Iđmv =450(A)

-Dòng điện đỉnh cực đại : Ipik max = 7800 (A)

-Dòng điện xung điều khiển : Ig max = 150 (mA)

-Điện áp xung điều khiển : Ug max = 3 (V)

-Sụt áp lớn nhất trên Tiristor ở trạng thái dẫn : Umax = 2 (V)

dt  (V s ).

-Tốc độ biến thiên dong điện : di 100( /A s)

-Thời gian chuyển mạch của Tiristor : tcm = 50 (s)

-Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 (0C)

2 Tính chọn máy biến áp

Chọn kiểu máy biến áp là máy biến áp khô 3 pha, 3 trụ có sơ đồ đấu dây ∆/Υ, là mátbằng không khí tự nhiên Việc chọn sơ cấp đấu ∆ có tác dụng sẽ triệt tiêu được sóng điều hòa bậc 3 nên dạng sóng điện áp sẽ sine hơn Dựa vào các thông số của tải và bộ chỉnh lưu ta tính được các thông số cơ bản của máy biến áp.

*Công suất biểu kiến của máy biến áp Sba

Sba = Ks.Pdmax (2.5)

Trong đó: - Ks là hệ số công suất của máy biến áp;với cầu 3 pha thì

Ks = 1,05

Pdmax = Uđm .Id =220 191 = 42020 (W) là công suất cực đại của tải

Thay vào (2.5) ta được: Sba = 1,05 42020 = 44121 (W) = 44,121 (KVA)

Vậy ta chọn công suất thiết kế của máy: Sba = 45 (KVA)

*Điện áp pha sơ cấp U1f

U1f = Ulưới = 380 (V) ; do sơ cấp được đấu ∆

*Điện áp pha thứ cấp U2f

Với Udo = Udm

cos ; U2f = Uđm + 2∆Uv + ∆Uba + ∆Udn Trong đó:

∆Uv = 2 V – là sụt áp trên mỗi tiristor

∆Uba – là sụt áp trên máy biến áp, chọn