Đồ án truyền Động Điện Đề tài thiết kế hệ truyền Động Điện cho cơ cấu nâng hạ cầu trục của phòng thực hành khoa công nghệ tự Động hóa

Định nghĩa hệ truy ân động điện Hệ truy ân động điện là tổ hợp của nhí âu thiết bị và phn tử điện - cơ dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu công tác trên các máy

TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TINVA TRUY EN THONG

KHOA CONG NGHE TU DONG HOA

LOT CAM ON Trong quá trình học tập, em đã được các th% cô giáo giảng dạy tận tình cũng như truy ên đạt những kiến thức bổ ích và rất quan trọng đối với quá trình học tập của em Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Ths Nguyễn Ngọc đã sắp xếp thời gian quý báu để hướng dẫn, nhận xét giúp em hoàn thành tốt bài báo này

Em xin kính chúc quý thầ cô luôn luôn khỏe mạnh, vui vẻ và đạt được nhi`âi thành cao trong công tác giảng dạy Th%%, cô sẽ luôn là na tảng vững chắc cho nhi âu thế hệ sinh viên trên bước đường học tập

Em xin chân thành cảm ơn!

LOI NOI DAU

Ngày nay với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật theo đó là các ứng dụng của khoa học kỹ thuật cũng được ứng dụng ngày càng rệng rãi, thậm chí là rất phổ biến Đi`âi này giúp cho tăng năng suất lao động, giảm bớt lao động chân tay giúp giải phóng con người đồng thời chất lượng sản phẩm cũng được nâng cao Chính vì thế việc nấm bất hay đơn giản là vận hành các trang thiết bị , dây chuy`â cộng nghệ hiện đại cũng là 1 yêu c 3i khá khắt khe đòi hỏi các kỹ sư ra trưởng phải nhạy bén với thời đại công nghệ này

Trong thời gian làm đ`êtài mặc dù kiến thức của em còn hạn chế nhưng thay vào đó là

sự hướng dẫn nhiệt tinh cua th giáo ThS Nguyễn Ngọc Ánh cùng với 1 số thầy cô giáo trong khoa em đã hoàn thành được đ ôán truy & động điện của mình Tuy đã trải qua nhi Lần làm báo cáo khác nhau nhưng do bản thân em vẫn còn nhi`âi yếu kém nên báo cáo môn học vẫn còn những chỗ thiếu sót, vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo nhiệt tình của các th`*w

cô để giúp em hoàn thiện báo cáo môn học này với kết quả tốt nhất

CHUONG 1: CAC KHAI NIEM CO'BAN VEHE THONG TRUY EN DONG DIEN

1.1 Cấu trúc của hệ truy ` động điện

1.1.1 Định nghĩa hệ truy ân động điện

Hệ truy ân động điện là tổ hợp của nhí âu thiết bị và phn tử điện - cơ dùng để

biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu công tác trên các máy sản xuất, đồng thời có thể đi âi khiển dòng năng lượng đó tùy theo yêu câi công nghệ của máy sản xuất

1.1.2 Hệ truy & động của máy sản xuất

Xét sơ đ ôtruy ân động của 3 loại máy sau đây:

a) Truy động của máy bơm nước

Cơ cấu công tác CT

Hình 1.2 Truy ` động của mâm cặp máy tiện

Cơ cấu công tác CT bao gân mâm cặp MC, phôi (kim loại) PH được kẹp trên mâm và dao cắt DC Khi làm việc động cơ Ð tạo ra momen M làm quay trục, qua bộ truy Ân lực TL g ẵn đai truy ôi và các cặp bánh răng, chuyển động quay được truy âi đến mâm cặp và phôi Lực cat do dao tao nên trên phôi sẽ hình thành momen Mct tác động trên cơ cấu công tác có chi ngược với chỉ 'âi chuyển động Nếu dời điển đặt của Mct v trục động cơ ta sẽ có momen cản Mc (thay thế cho McÐ) Cũng tương tự như ví dụ trước, khi M = Mc hệ sẽ làm việc ổn định với tốc độ quay w = const và tốc độ cắt của dao trên phôi cũng sẽ không đổi c) Truy ân động của c Ân trục hoặc máy nâng

Cơ cấu công tác g ôn trống tời TT, dây cáp C và tải trọng GŒ Lực trọng trưởng G tác động lên trống tời tạo ra momen trên cơ cấu công tác Mct và nếu dơi điểm đặt của nó v`êtrục động

cơ thì ta sẽ có momen cản Mc (thay thế cho Me), còn động cơ Ð thì tạo ra momen quay M Khác với hai ví dụ trước, ở cẦn trục và máy nâng Mct (hoặc Mc) có chi‘ tac động do lực trọng trưởng quyết định nên không phụ thuộc chỉ 'êi tốc độ, nghĩa là có trưởng hợp nó ngược chi i chuyển động — cơ cấu công tác tiêu thụ năng lượng do động cơ cung cấp và có trưởng

hợp Mct cùng chi âi chuyển động — cơ cấu công tác gây ra chuyển động, tạo ra năng lượng cấp cho trục động cơ

thành một bộ phanh hãm

1.1.3 Cấu trúc chung của hệ truy ân động điện

Trong các ví dụ trên, động cơ Ð có thể nối trực tiếp vào lưới điện công nghiệp hoặc cũng được nối vào một bộ ngu Ôn riêng, gọi là thiết bị biến đổi (BĐ) để tạo ra dạng năng lượng cần thiết với những thông số phù hợp với yêu câi động cơ Có thể mô tả khái quát cấu trúc của hệ truy âa động điện bằng sơ đ khối hình

1.4 Ngoài các khâu đã giới thiệu ở trên còn có bộ đi `âi khiển ĐK để đóng cắt, bảo vệ và

đi `âi khiển hệ thống

Lệnh đặt

Hình 1.4 Cấu trúc của hệ truy ên động điện

Để thuận tiện việc khảo sát, ta chia các khâu của hệ truy động điện thành hai phần: Phần điện và ph cơ

- Ph3®n điện g ồn lưới điện, bộ biến doi BD, mach điện — từ của động cơ Ð và các thiết bị

đi âi khiển ĐK

- Ph& co’ g Gm réto va trục động cơ, khâu truy Ên lực TL và cơ cấu công tac CT

Người ta phân loại truy động điện theo nhi âi cách tùy theo đặc điểm của động cơ điện, mức độ tự động hóa, đặc điểm hoặc chủng loại thiết bị biến đổi, công suất hệ thống Từ

cách phân loại sẽ hình thành ra tên gọi của hệ, ví dụ:

a) Theo đặc điểm động cơ điện ta có truy ` động điện một chỉ 'âi (dùng động cơ điện một

chi ân), truy na động điện không đông bệ (dùng động cơ điện không đông bộ), truy ni động

điện đ ông bộ (dùng động cơ điện đ ông bộ)

b) Theo tính năng di‘ chỉnh ta có truy n động không đi ân chỉnh (khi động cơ điện chỉ

làm việc ở một cấp tốc độ) và truy động đi ôi chỉnh

c) Theo mức độ tự động hóa ta có hệ truy động điện không tự động và hệ truy động tự

động

đ) Mệt số cách phân loại khác như truy ` động đảo chỉ 'âi và không đảo chỉ Si, truy động đơn (nếu dùng một động cơ) và truy & động nhi 'âi động cơ (nếu dùng nhỉ 'âi động cơ để phối hợp truy â động cho một cơ cấu công tác)

1.3 Phân loại momen cản

Momen cản được hình thành tại cơ cấu công tác và phụ thuộc đặc điểm công nghệ của máy sản xuất, do đó rất đa dạng Vì momen cản tác động lên trục động cơ, do đó tính chất của nó

sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ và hệ thống truy la động Vì vậy, khi khảo sát các

hệ truy ân động, ta cẦn biết được momen cản có dạng như thế nào, hoặc thuộc loại nào

Có thể phân loại momen cản theo nhỉ âi cách dựa vào những dấu hiệu đặc trưng của chúng Tuy nhiên, hay dùng nhất là ba cách phân loại sau: phân loại theo chi`âi tác dung (so với

chỉ âu tốc độ), phân loại theo hàm số phụ thuộc tốc đệ và phân loại theo thời gian tác dụng

a) Phân loại momen cản Mc theo chỉ u tác dụng

Theo đặc điểm v êchi ân tác dụng của Mcso với chỉ `âi tốc độ w ta chia momen cản thành hai

loại:

- Momen cản thế năng: là loại có chỉ âi không phụ thuộc vào chỉ lân tốc độ, ví dụ momen cản

do tải trọng sinh ra ở máy nâng, cần trục Nó có chỉ âi luôn hướng theo lựctrọng trưởng,

không phụ thuộc vào chi `âi nâng hay hạ tải trọng Có thể biểu diễn loại Mc này như trên hình 1.5a, ở đó Mc không đổi dấu dù w > 0 hay w < 0, nghĩa là Mc có thể cùng chi âi hoặc ngược chỉ âu với tốc độ chuyển động Rõ ràng khi Mc tác động ngược chi ôi w, cơ cấu công tác có tác dụng cản trở chuyển động, nghĩa là nó tiêu thụ năng lượng, còn động cơ nhận điện năng năng từ lưới, biến đổi thành cơ năng để cung cấp cho cơ cấu công tác Đó chính là trường hợp nâng tải trọng, được minh họa bằng các mũi tên chỉ chi âi của Mc, w, v, G trên hình 1.5a (phñn phía trên trục hoành)

Ngược lại, khi Mc cùng chi tốc độ, như trong trưởng hợp ha tai trong, thi Mc hé tro

chuyển động, nghĩa là cơ cấu công tác lấy thế năng của tải trọng G, tạo ra cơ năng cung cấp cho động cơ Như vậy momen cản thế năng là loại phụ tải có khả năng trao đổi năng lượng thuận nghịch với động cơ điện

- Momen cản phản kháng: luôn có chỉ âi ngược lại với tốc độ, ví dụ momen do lực ma sát

sinh ra Các cơ cấu công tác có momen cản loại này chỉ tiêu thụ năng lượng mà thôi Ð ôthị biểu diễn momen cản phản kháng được vẽ trên hình 1.5b

sản xuất

Tùy thuộc vào từng loại máy sản xuất, tức phụ thuộc vào đặc điểm của từng loại máy, lực

cản hoặc momen cản có giá trị phụ thuộc tốc độ làm việc theo những hàm số

Mc = f(w) khác nhau Quan hệ Mc = f( E) được gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên pha lớn chúng được biểu diễn dưới dang biểu thức tổng quát sau:

Mc - momen cản khi với tốc độ w

Mco - momen cản khi tốc độ w = 0

Mdm , wđm - momen và tốc độ định mức

Ta có các trưởng hợp số mũ q ứng với các tải:

- Khi q= 0, Mc = Mđm = const, cơ cấu nâng ha, c% trục, thang máy, băng tải

thuộc loại này

- Khi q= 1, momen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất ít gặp, v`êloại này có thể lấy ví dụ

momen cản loại ma sát nhớt

- Khi q= 2, momen ty lệ bậc hai với tốc độ là đặc tính của máy bơm, quạt gió

- Khi q= -1, momen tỷ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu máy cuốn dây, cuốn giấy, các truy ân động quay trục chính máy cắt gọt kim loại có đặc tính thuộc đường này

Hình 1.6 Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất

c) Phân loại momen cản theo thời gian tác dụng — Ð ôthị phụ tải

Người ta còn phân loại momen cản theo hàm số phụ thuộc thời gian Mc = f(f), còn gọi là

“đ 'ôthi phụ tải” Theo đó ta phân momen cản (hoặc phụ tải của động cơ) thành ba loại chính: phụ tải dài hạn (hình 1.7a), phụ tải ngắn hạn (hình 1.7b), phụ tải ngắn hạn lặp lại (hình 1.7c) Trong tửng loại, ở mỗi chu kỳ làm việc Tck , giá trị Mc có thể không đổi hoặc biến đổi

Hình 1⁄7 Ð ôthi phụ tải (momen cản phụ thuộc thời gian)

a) Loại dài hạn b) Loại ngắn hạn c) Loại ngắn hạn lặp lại

1.4 Đặc tính cơ của động cơ điện

Quan hệ giữa momen và tốc độ quay của động cơ M = f(w) được gọi là đặc tính cơ của động

cơ điện Thông thưởng người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:

- Đặc tính cơ tự nhiên là đặc tính có được khi động cơ nối theo sơ đ`ôbình thưởng, không sử

dụng thêm các thiết bị phụ trợ và các thông số ngu ồn là định mức Như vậy mỗi động cơ chỉ

có một đường đặc tính tự nhiên

- Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính có được khi thay đổi một thông số nào đó của ngu ồn, hoặc

nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch hoặc sử dụng các sơ đ`ôđặc biệt Mỗi động cơ có thể có

rất nhi`âi đặc tính nhân tạo.Để đánh giá mức độ phụ thuộc giữa tốc độ và momen động cơ,

nghĩa là để đánh giá đặc tính cơ, người ta sử dụng đại lượng “độ cứng đặc tính cơ”:

B nhỏ, ta có đặc tính cơ m`ằn

B lớn, ta có đặc tính cơ cứng

Truy ân động có đặc tính cơ cứng, tốc độ thay đổi rất ít khi momen biến đổi lớn Truy `n động có đặc tính cơ m'ồn, tốc độ giảm nhi ân khi momen tang

1.5 Phương trình chuyển động của truy ñ động điện

"Tổng các momen tác dụng lên hệ bằng đạo hàm của momen động lượng"

5M, = d(1ø)

dt Như ta đã biết, hệ truy) động có hai đại lượng momen tác động và thưởng ngược chi ôi

nhau: momen động cơ M và momen cản Mc, do đó ta viết:

M- M,=#9)

dt Khi sử dụng phương trình (1.4) c3 chú ý cách lấy dấu của các đại lượng như sau:

- Trước hết lấy chi`âi tốc độ w làm chuẩn (ví dụ coi là chỉ âi đương)

- Dấu của momen động cơ:

M>0 nếu cùng chỉ & w

M <0 nếu ngược chi lô w

- Dấu của momen cản:

Mc > 0 nếu ngược chi lôi w

M-M,=¡®

dt

- Khi M=M, thi 0 - hệ làm việc xác lập với tốc độ ôn định œ = const

1.6 Các trạng thái làm việc của động cơ điện

Sử dụng các quan hệ đặc tính cơ M(w) và Mec(w), theo phương trình chuyển động (1.5) ta sẽ

xác định điểm làm việc xác lập khi M(w) = Mc(w) Trên mặt phẳng đặc tính cơ [M,w], đó là

điểm giao nhau của hai đường đặc tính, ở đó hệ sẽ làm việc với tốc độ ổn định (xác lập) là wxl và momen của động cơ bằng momen cản và có giá trị là Mxl (hình 1.9) Chú ý rằng, hình 1.9 minh họa cho trưởng hợp tương ứng trên hình 1.3, khi động cơ ấp năng lượng vào

hệ, nghĩa là momen động cơ M tác động cùng chí lãi tốc độ w, còn cơ cấu công tác của máy sản xuất tiêu thụ năng lượng, nghĩa là Mc ngược chỉ ân

Nếu quy ue w cé chi & duong thì trong trưởng hợp này M và Mc đầu được biểu thị phía trục M> 0, do đó điểm xác lập nằm ở góc phần tư thứ nhất của mặt phẳng [M„w] Ta nói trưởng hợp này động cơ làm việc ở “trạng thái động cơ” C3ñn phân biệt hai trạng thái làm việc cơ bản của động cơ: Trạng thái động cơ và trạng thái máy phát (còn gọi là trạng thái hãm) Hai trạng thái đó khác nhau v`êhướng truy ` năng lượng trong hệ và chỉ ôi tác động của momen động cơ so với chỉ â chuyển động

a) Trạng thái động cơ

Năng lượng được truy ân tử động cơ đến máy sản xuất và được tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy Trưởng hợp này, công suất điện đưa vào động cơ Pđiện > 0, công suất do động cơ

sinh ra Pcơ = M w> 0, momen của động cơ cùng chi `âi tốc độ Với đi`âi kiện đó, trạng thái

động cơ sẽ tương ứng với góc phần tư thứ I và thứ III của mặt phẳng [M„,w] (xem hình 1.10) Ở trạng thái này, cơ cấu công tác của máy sản xuất thu nhận cơ năng, nghĩa là Pc =

Mecw< 0,momen cản Mc có chỉ âi ngược với chỉ âu tốc đệ w

b) Trang thai may phat

Năng lượng truy ân tử phía máy sản xuất v`ềđộng cơ Khi hệ truy ân động làm việc, trong một

đi `âi kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truy v`trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện Công suất động cơ Pco = M w< 0, momen động cơ ngược chi ân tốc độ, còn công suất do máy sản xuất tạo ra sẽ là Pc = Mcw>

0, nghĩa là momen cản cùng chỉ âu tốc độ Trạng thái này tương ứng với điểm làm việc nằm trong góc ph3n tư thứ II và thứ IV của mặt phẳng [M,w] (hình 1.10)

Vì ở trạng thái này, momen động cơ chống lại chỉ `âi chuyển động, nên động cơ có tác động như một bộ hãm, vì vậy trạng thái máy phát còn gọi là trạng thái hãm

CHUONG 2: TONG QUAN VEHE THONG CAU TRUC

2.1 Téng quan v éhé thong c 4 truc

Đặc điểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp lại và có thoi gian dừng Chuyển động chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, ngoài ra còn một

số các chuyển động khác để dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang Bằng sự phối hợp giữa các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào trong khêng gian làm việc của nó

Để đáp ứng yêu cân va đòi hỏi của các ngành công nghiệp khác nhau, kĩ thuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhi âu loại máy nâng vận chuyển mới, luôn cải tiến và hợp lí hóa

phương pháp phục vụ, nâng cao hơn độ tin cậy làm việc, tự động hóa các khâu đi`âi khiển, tiện nghi và thỏa mãn yêu cân của người sử dụng Tùy theo kết cấu và công dụng, máy nâng chuyển được chia thành các loại: kích, bàn tời, palăng, cân truc, cổng trục, thang nâng.v.v CẦi trục là loại máy trục kiểu c3 Loại này di chuyển trên đường ray đặt trên cao doc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểu cân, cân trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu c3! tại bất kì điểm nào trong không gian của nhà xưởng C3 trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của n`ần kinh tế quốc dân với các

thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện Đặc biệt cÂi trục

được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

2.1.2 Phân loại c`Â1 trục

a, Theo công dụng

- Theo công dụng có các loại cân trục công dụng chung và cÂi trục chuyên dụng

- Cân trục có công dụng chung có kết cấu tương tự như các loại cần trục khác, điểm

khác biệt cơ bản của các loại c3 trục này là thiết bị mang vật đa dạng, có thể nâng được nhi âi loại hàng hóa khác nhau Thiết bị mang vật chủ yếu của c3 trục này là móc treo để xếp đỡ, lắp ráp và sữa chữa máy móc, loại cân này có tải trọng nâng không lớn và khi c3n có thé dung voi g 41 ngoam nam cham điện hoặc thiết bị xếp đỡ một loại hàng hóa nhất định

- C3 trục chuyên dùng là loại cân trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên để nâng một loại hàng hóa nhất định Câi trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độ làm việc rất nặng

b.Theo kết cấu dần cân

- Theo kết cấu d`ân có loại c3 trục một dẫn và c 41 trục hai d`ân

- Cân trục một đẦần là loại máy trục kiểu cÂi thưởng có một đầm chạy chữ I hay tổ hợp với các dàn thép tăng cường cứng cho dầm c1 Xe con cho palang di chuyển trên cánh dưới dân chữ I, hoặc mang cơ cấu nâng di chuyển phía trên dần chữ I, toàn bộ c3âi trục có thể di chuyển doc theo nhà xưởng trên đường ray chuyên dụng ở trên cao Tất các cân trục một dần đ`âi dùng palang đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng Nếu nó được trang bị palang kéo tay thì gọi là c`âi trục một dần dẫn động bằng tay, nếu

- Cầi trục một dần dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ ti nhất, chúng được sử dụng trong công nghiệp sữa chữa, lắp đặt thiết bị với khối lượng công việc ít, sức nâng của c`Âi trục loại này thưởng khoảng từ 0,5-Š tấn, tốc đệ làm việc chậm

Hình 2.3 C3 trục 1 dần dẫn động bằng tay

- Cần trục một dần dẫn động bằng điện được trang bị palang điện nên sức nâng có thể lên 10 tấn , khẩu độ đến 30 m, g ôn có bộ phận cấp điện lưới 3 pha

- Xe con mang hàng di chuyển dọc trên đường ray lắp trên hai dần chủ, trên xe con đặt các bộ phận máy của tời chính 10, tời phụ 9 và máy di chuyển xe con 2, các dây cáp điện

8 có thể co dãn phụ hợp với trí của xe con và cấp điện cho cân trục nhờ hệ thanh dẫn điện 12 đặt dọc theo tưởng nhà xưởng, các quẹt điện ba pha tùy sát trên các thanh này, l “ng thép 13 làm công tác kiểm tra theo dưới dần câi trục Các bộ phận của câu trục thực hiện ba chức năng: nâng hạ hàng di chuyển xe con và di chuyển c3 trục Sức nâng cla c 4 trục hai dần trong khoảng từ 5 — 30 tấn, khi có yêu c riêng có thể lên đên 500 tấn Ở c3 trục có sức nâng trên 10 tấn, thưởng được trang bị hai tởi nâng cùng vơi hai móc câu chính và phụ, tới phụ thưởng có sức nâng bằng một ph3n tư (0.25) sức nâng của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn