Thiết kế hệ thống truyền động cho cân bằng định lượng

Thiết kế hệ thống truyền động cho cân bằng định lượng

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHNĐồ án môn học tổng hợp hệ điện cơTên đề tài : Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lợng Động cơ điện một chiều - Số liệu : + Lực kéo 600N+ Tốc độ cực đại 1,5 m/s+ Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s+ Đờng kính trục 300 mm+ Hộp số i = 10 ; = 80%- Yêu cầu : + Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động + Tính chọn công suất động cơ+ Chọn phơng án truyền động + Xây dựng sơ đồ điều khiển + Tổng hợp hệ Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ1FPhễuVật liệuCơ cấu cân định lượngPuli chủ động Hộp sốĐộng cơ Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHNChơng IMô tả quá trình công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động cân băng định lợng1 . Mô tả quá trình công nghệ của cân băng định lợng Cân băng định lợng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng vận chuyển. Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt, cục ( cát, đá dăm, than, thóc gạo .) hoặc các vật liệu thể rắn ( gỗ , hòm , thép thỏi ) theo phơng nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng ( góc nghiêng không lớn hơn 30o ). Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa các phân xởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền sản xuất.Hệ truyền động cân băng định lợng gồm có: + Động cơ + Hộp số + Puli chủ động + Băng tải + Phễu + Cơ cấu cân định lợng Động cơ quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động , nhờ ma sát mà băng tải chuyển động . Tang bị động tự do quay do ma sát với băng . Để khắc phục độ võng của băng ngời ta đặt các con lăn và chúng cũng tự do quay do ma sát với băng . Vật liệu từ phễu nhờ băng tải đợc chuyển đến đổ ở máng phối liệu. Khối lợng của vật liệu đợc cơ cấu cân định l-ợng cân chính xác theo lợng đặt ban đầu.Năng suất của băng tải đợc tính theo biểu thức:vQ .= [ kg/s ]hay: vvQ 6,31000 3600== [ tấn/h ]trong đó: : khối lợng tải theo cjiều dài [kg/m ] v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]Khối lợng của băng tải theo chiều dài đợc tính theo công thức: 310 S=trong đó: : khối lợng riêng của vật liệu [ tấn/m3 ] S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m2 ]Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ2 Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN2 . Các thông số kỹ thuật, đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu2.1 . Các thông số kỹ thuật Hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều. Lực kéo 600 N Tốc độ cực đại 1,5 m/s Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s Đờng kính trục 300 mm Hộp số i = 10 ; = 80%2.2 . Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền độnga . Loại phụ tảiĐặc tính cơ của máy sản xuất thờng có dạng( )+=dmcodmcocwwMMMMtrong đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ = 0 Mđm - Mômen ứng với tốc độ wđm Mc - Mômen ứng với tốc độ Với băng tải = 0. Do đó ta có Mc = Mđm = const . Ta thấy rằng tải của hệ truyền động băng tải phối liệu hầu nh ít thay đổi trong quá trình làm việc. Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn. Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh tốc độ với Mc = const nh sau: w wmax Pc Mc wmin Pmax Mc ,Pc Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ3 Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHNb . Chiều quay của băngBăng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay. Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi, không bảo đảm đợc yêu cầu phối liệu. Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số phần của vật liệu không chuyển qua đợc thiết bị cảm biến để cân chính xác.c . Giản đồ phụ tảiCác thông số chính của hệ truyền độngVận tốc lớn nhất, nhỏ nhất vmin = 0,075 ( m/s ) vmax = 1,5 ( m/s )Vận tốc của trục quay )/(1015,05,1')/(5,015,0075,0'maxmaxminminsradRvwsradRvw======Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10 )/(510.5,0.')/(10010.10.'minminmaxmaxsradiwwsradiww====== Từ phơng trình động học của truyền động điện dtdwJMMc+=ta có giản đồ phụ tải + Đoạn 01 là đoạn băng tải đợc khởi động. Vì băng tải làm việc ở chế độ dài hạn, số lần đóng cắt ít. Các yêu cầu về khởi động động cơ là không nặng nề. Ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ40123MCt Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHNvà ổn định ở tốc độ đó rồi mới cho nguyên vật liệu rơi xuống băng từ phễu.+ Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải Mc không đổi. Biến thiên dw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23.+ Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải. Ta cũng có thể cho băng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm. d . Các yêu cầu về khởi động và h mã Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động.Để động cơ có thể khởi động đợc sau khi mất điện trong quá trình làm việc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn.Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhng cũng tránh cho hệ dừng với gia tốc lớn gây h hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thờng làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc. Cũng không cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tự do.e . Sơ đồ động họcSơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lợng có dạng đơn giản nh sau :Trong đó: 1- Động cơ điện2- Hộp tốc độ3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tảig . Hệ truyền động nhiều động cơKhi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng nhau trong mọi trờng hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng.Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ5WcPcMcWdinpuli chủ động kéo máy sản xuất Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHNh . Độ chính xác Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , đợc đánh giá bởi sai lệch tĩnh: %100%100%dtddmwwwww== i . Dải điều chỉnh 1:20075,0:5,1:minmax===wwDĐồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ6 Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHNChơng IItính chọn công suất động cơ1 . Xác định các thông số cần thiếtTốc độ lớn nhất và nhỏ nhất Mô men cản qui đổi về trục động cơ: 2 .Tính công suất động cơĐể tính chọn công suất động cơ trong trờng hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau: Đặc tính phụ tải truyền động Pc(), Mc(): Phụ tải truyền động yêu cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại Pmax = Mđm.maxMc0minmaxMc= c o n s t Đặc tính phụ tải Phạm vi điều chỉnh tốc độ max và min Dải điều chỉnh tốc độ: D =max/min = 20 : 1Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ7)/(5/)*()/(10010*)015,0/5,1(.maxminmaxminmaxmaxsradvvsradiRv=====)(25,118,0.1015,0.600 NmiRFMcqd=== Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Phơng pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền độngDự dịnh dùng phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển (thyristor). Loại động cơ truyền độngYêu cầu dùng động cơ một chiều kích từ độc lập.Đặc điểm của truyền động băng tải là giữ M = const trong phạm vi điều chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI:Ta chọn loại động cơ H-68 của Nga với các thông số sau Pđm = 1,45 (kW) Uđm = 220 (V) Iđm = 8,5 (A) nđm = 2100 (vòng/phút) R = R + Rcp =2,49() đm = 4,8 (mWb) Ikt = 0,57 (A) Jđ = 0,125 (kg.m2) 2p = 4Xác định các thông số động cơ Điện cảm phần ứng L = )(5,34)(0345,02100.2.5,8220.6,5 . mHHnpIUkdmdmdmL=== Trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 ữ 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 ữ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. kđm = 9,0219,949,2.5,8-220 d==mdmdmRIU Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m2) Hằng số thời gian cơ học Tc =)s(412,0)9,0(125,0).182,049,2()k(J.R22dm=+= Hằng số thời gian mạch phần ứng T =)(014,049,20345,0-sRL== Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:MMkRkU07,34,244)(2-==Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ8)(4,1)(140025,1*1125*25,1)(1125100*25,11*maxmaxmaxkwwPPwMPdmcqd======= Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHNChơng IIIChọn phơng án truyền độngChọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn đợc một vài phơng án hoặc một phơng án duy nhất để thiết kế.Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyền động một chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của băng tảI và nhiệm vụ thiết kế (dùng động cơ đIện một chiều), để điều chỉnh tốc độ động cơ quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi.Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau: Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ). Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ T-Đ). Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).1 . Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ) a . Cấu trúc hệ F-ĐHệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát điện này thờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.Uk FUđ k u~iK FFĐ KFMĐUk ĐUđ k~iK ĐMISơ đồ nguyên lý hệ F-ĐĐồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ9 Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHNSơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ đợc thể hiện trên hình vẽ. Động cơ Đ truyền động quay chi tiết của máy mài M đợc cấp điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát iKF thì điều chỉnh đợc tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ đợc giữ nguyên. b . Đặc điểm của hệ F-ĐCác chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tơng tự nh các chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ.Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không quá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Với những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác nh các máy điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lợng.Các đặc điểm khác Phạm vi điều chỉnh tốc độ đợc nâng lên (cỡ 30:1). Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực hiện hãm điện dễ dàng. Vốn đầu t ban đầu và diện tích lắp đặt lớn.2 . Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển - động cơ một chiềuTốc độ động cơ điện một chiều có thể đợc điều chỉnh trong phạm vi rộng và bằng phẳng nhờ hệ chỉnh lu - động cơ (hay hệ truyền động van một chiều) trong đó các bộ chỉnh lu là điều khiển đợc. Các van điều khiển có thể là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên các thyristor đợc sử dụng rộng rãi để tạo ra các bộ chỉnh lu có điều khiển bởi những tính chất u việt: gọn nhẹ, tổn hao ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ . Trong hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi có sức điện động Eđ phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển ). Chỉnh lu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lu thích hợp (chỉnh lu cầu, chỉnh lu tia .). Các bộ chỉnh lu thyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ). a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor. Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ10 Đặc tính cơ hệ T-Đ. [...]... ứng động cơ, giữ từ thông không đổi. Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau: Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ). Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ T-Đ). Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ). 1 . Hệ thống truyền động. .. thống truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ). a . Hệ truyền động thyristor -động cơ (T-Đ) Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền ®éng ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor. Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 10 Đặc tính cơ hệ. .. mômen khởi động đủ lớn. Khi dừng thì không yêu cầu dõng chÝnh x¸c, nhng cịng tr¸nh cho hƯ dõng víi gia tốc lớn gây h hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thờng làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc. Cũng không cần thiết kế phanh hÃm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tự do. e . Sơ đồ động học Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lợng có... tổng hợp hệ điện cơ Tên đề tài : Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lợng Động cơ điện một chiều - Số liệu : + Lực kéo 600N + Tốc độ cực đại 1,5 m/s + Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s + Đờng kính trục 300 mm + Hép sè i = 10 ; η = 80% - Yêu cầu : + Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động + Tính chọn công suất động cơ + Chọn phơng án truyền động + Xây dựng sơ đồ điều khiển + Tổng hợp hệ Đồ... Với động cơ trong hệ truyền động T - Đ, do không cần phải đảo chiều động cơ nên nói chung ta sẽ phát xung cho hệ trong chế độ dòng điện liên tục, đơn giản và tiện lợi. 2.2 . Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh TốC Độ Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lợng đợc điều chỉnh là tốc độ góc của động cơ. Hệ thống điều chỉnh tốc độ đợc hình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện. Từ công nghệ ban... hệ truyền động 1 . Mô hình hệ thèng ®iỊu chØnh tù ®éng trun ®éng ®iƯn Mơc tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lợng nhiễu lên hệ ®iỊu chØnh. HƯ thèng ®iỊu chØnh tù ®éng trun ®éng điện động cơ truyền động cân băng định lợng có cấu trúc đ- ợc trình bày ở dới, gồm : động cơ truyền. .. điện Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 45 Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Chơng III Chọn phơng án truyền động Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mÃn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể... lợng có dạng đơn giản nh sau : Trong đó: 1- Động cơ điện 2- Hộp tốc độ 3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải g . Hệ truyền động nhiều động cơ Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng nhau trong mọi trờng hợp để tránh các... phân xởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền sản xuất. Hệ truyền động cân băng định lợng gồm có: + Động cơ + Hộp số + Puli chủ động + Băng tải + Phễu + Cơ cấu cân định lợng Động cơ quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động , nhờ ma sát mà băng tải chuyển động . Tang bị động tự do quay do ma sát với băng . Để khắc phục độ võng của băng ngời ta đặt các... công suất lớn vẫn phải dùng thyristor. Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chØnh xung ¸p mét chiỊu chđ u ¸p dơng cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện ). Đ Đ i ề u k h i ể n U n g U đ k Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động XA-Đ Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ qua điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Điện áp này là một điện áp . trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ). a . Hệ truyền động thyristor -động cơ (T-Đ )Hệ truyền động. từ thông động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau: Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ). Hệ thống truyền động chỉnh