đồ án tự động hóa Xây dựng đặc tính quá độ - xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện Lời nói đầu Trong điều kiện công cuộc kiến thiết nớc nhà đang bớc vào thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những ngời chủ tơng lai của đất nớc những nhiệm vụ năng nề. Đất nớc đang cần sức lực và trí tuệ cũng nh lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ s t- ơng lai. Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng đợc những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những ngời kĩ s điện tơng lai phải đợc trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách sau rộng. Trong khuôn khổ chơng trình đào tạo kỹ s nghành tự động hoá - cung cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trớc khi ra trờng có điều kiện hệ thống hoá lại những kiến thức đã đợc trang bị ở trờng cũng nh có điều kiện tiếp cận với những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản xuất, đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội t duy độc lập nghiên cứu và thiết kế. Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên tổ chức cho sinh viên trớc khi ra trờng làm đồ án tốt nghiệp - bản đồ án tốt nghiệp này ra đời trong hoàn cảnh đó. Thực tiễn trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đã hoàn thiện hoặc còn phù hợp, cải tạo và thay thế những phần đã lạc hậu hoặc có nhiều nhợc điểm để cho ra những thiết bị có độ hoàn thiện cao. Khi đa vào sản xuất cho năng suất và chất lợng sản phẩm cao. Dựa trên nền tảng đó bản đồ án thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thống trang bị điện cho máy. Bản đồ án gồm 5 phần: 4 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện Phần I: Tìm hiểu công nghệ của máy Phần II: Thiết kế sơ đồ nguyên lý Phần III: Tính chọn thiết bị Phần IV: Xây dựng đặc tính tĩnh PhầnV: Xây dựng đặc tính quá độ - xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân nội dung của bản đồ án đợc xây dựng trên cơ sở những tính toán logic và khoa học có tính thuyết phục cao. Bản đồ án đợc trình bày một cách logic,gọn nhằm giúp cho ngời đọc dễ hiểu, các số liệu đợc lấy từ những tài liệu có uy tín. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lợng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết. Em mong nhận đợc sự góp xây dựng của các thầy cũng nh bè bạn để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn. Trong qúa trình làm đồ án em đã nhận đợc sự giúp đỡ, hớng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng nh sự góp ý xây dựng của các bạn bè đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Trần Xuân Minh công tác trong bộ môn tự động hoá của trờng. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ này. Tác giả thiết kế Sinh Viên 5 ®å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n trang bÞ ®iÖn PhÇn i giíi thiÖu c«ng nghÖ cña m¸y  6  đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện I.1 chức năng - công dụng của máy doa I- chức năng và công dụng của máy doa Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại . Doa là một phơng pháp gia công chi tiết, doa thuộc công đoạn gia công tinh, nó gia công các lỗ đã đợc khoan, khoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren. Ngoài ra máy doa còn có thể đợc dung để phay. Da là một phơng pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ 6-9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1. II- phân loại máy doa Máy doa là máy gia công cắt gọt kim loại . Trên truyền động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa, vì vậy máy có thể gia công thô ( khoan ,khoét các lỗ hình côn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi doa. Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau. Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ , công dụng và mức độ chuyên môn hoá khác nhau. - Nếu phân loại theo chức năng, công dụng có thể phân ra : + Máy khoan , khoét + Máy doa - Phân loại theo chuyển động : +Doa đứng: dao quay theo phơng thẳng đứng +Doa ngang: dao quay theo phơng nằm ngang - Phân loại theo mức độ trang bị điện : +Loại đơn giản: thờng dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ về điện. +Loại trung bình thờng dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhng là hệ thống hở. 7 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện +Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chơng trình . Đây là loại máy doa gia công có độ chính xác rất cao. - Nếu phân loại theo trọng lợng của máy ,ta có: +Loại nhỏ : trọng lợng của máy nhỏ hơn 10 tấn +Loại trung bình :trọng lợng của máy từ 10 - 100 tấn +Loại lớn: trọng lợng máy lớn hơn 100 tấn. I.2 giới thiệu máy doa 2620B I-Giới thiệu máy 1/ Chức năng của máy Máy doa ngang 2620B năm trong nhóm máy cắt gọt kim loại thứ ba,Đây là loại máy có vay trò quan trọng trong nền công nghiệp bởi vì nó là loại máy doa vạn năng . Loại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công đợc nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công sau: - Nguyên công doa: thờng doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao. - Nguyên công tiện: khi nắp lỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt ren Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao đợc truyền từ trục chính. -Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thờng nặng nề nhất. - Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngoài. 2/ Các truyền động cơ bản của máy doa a, Truyền động chính Truyền động chính trong máy doa 2620B là truyền động quay mâm gá dao, truyền động này đợc thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ -YY 8 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng cha ăn khớp động cơ đợc đóng điện với mô men nhỏ tạo điều kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phơng pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí. Động cơ chính đợc hãm ngợc sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử máy. b, Truyền động ăn dao Bao gồm các truyền động: - Chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang. - Chuyển động sang trái. - Chuyển động sang phải Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển động này đợc truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ độc lập và nó là truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy doa với những yêu cầu về các thông số chất lợng rất cao. c, Các truyền động phụ - Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, đợc thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc. - Các truyền động bơm nớc, bơm dầu 3- Kết cấu của máy doa 2620B a, Thân máy Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có hai ụ b, ụ chính Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so vớithân máy. Động cơ trục chính đợc gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển đợc thực hiên nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao . 9 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện c, ụ trục phụ Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao hoặc bằng tay. Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao. d, Bàn máy Đợc bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải. 4/ Các chế độ vận hành của máy a, Máy doa ngang 2620B có các chế độ vận hành sau: +Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động. + Trong quá trình vận hành có thể thc hiện chạy nhanh bàn dao bằng ph- ơng pháp giảm từ thông động cơ. Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng đại quang học. +Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng đợc bố chí trên hai ụ máy. b,Các thông số kỹ thuật của máy +Đờng kính trục chính D= 90 mm +Kích thớc bàn máy 900 - 1200 mm + Độ dịch chuyển dọc của bàn máy :1090 mm + Độ dịch chuyển hớng tâm của mâm cặp :170 mm + Tốc độ quay của trục chính :12,5- 2000 V/p + Mô men cực đại trên trục chính :308 KN.m + Tốc độ quay của mâm cặp: 80-200 V/p + Phạm vi ăn dao của bàn : 1,4 - 1110 mm/p + Pham vi ăn dao của ụ : 1,4 - 1170 mm/p + Phạm vi ăn dao của mâm cặp : 9,8 - 700 mm/p + Phạm vi ăn dao của trục chính : 2,2 - 1760 mm/p + Lực ăn dao cực đại của trục chính : 1500 KN + Lực ăn dao cực đại của ụ : 2000 KN + Lực ăn dao cực đại của bàn máy : 2000 KN 10 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện + Kích thớc lỗ doa lớn nhất khi gia công : - Bằng trục chính : 320 mm - Bằng mâm cặp : 600 mm + Kích thớc lớn nhất khi tiện mặt đầu : 550 mm + Trọng lợng lớn nhất của chi tiết gia công : 200 Kg + Trọng lợng bàn máy : 1500 Kg + Kích thớc máy : 750 x 3000 x 3000 mm + Động cơ truyền động chính là động cơ KĐB ro to lồng sóc có hai cấp tốc độ . P đm =10 Kw Tốc độ định mức : N đm = 1460 , 2890 (v/p) + Động cơ truyền động ăn dao là động cơ một chiều kích từ độc lập. II-Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B Trong máy doa ngang 2620B truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao. ở truyền động này dùng động cơ một chiêu kích từ độc lập, truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lợng nh sau: 1, Phạm vi điều chỉnh tốc độ Truyền động ăn dao của máy doa ngang 2620B có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều chỉnh đợc đặc trng bởi hệ số: D n n = = max min 2000 1 2, Độ trơn khi điều chỉnh Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau nh doa lỗ có đờng kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn . Để đảm bảo chất lợng gia công bề mặt có độ bóng từ 6- 9 thì tốc độ phải đợc điều chỉnh vô cấp. = = + n n i i 1 1 11 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện 4,Độ ổn định tốc độ khi làm việc Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc độ truyền động chính thay đổi . Khi phụ tải biến đổi từ 0 ữ M max thì yêu cầu độ sụt tốc độ là: n n n n i dmi i = ữ 0 0 3 5( )% 4,Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến, nếu mô men cản M C do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải có mô men M lớn nhất. Nếu yêu cầu mô men M = const thì M max này đợc xác định bởi lực ăn dao, bao gồm : lực kéo F x ,tổn hao ma sát trên gờ trợt của máy. Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởi chiều sâu cắt do F x không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao. Mà vùng tốc độ cao, lực ăn dao còn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng với các cấp tốc độ chính xác cực đại, do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính. Mặt khác, cũng với cấp tốc độ này thờng dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, nếu có kể đến sự biến đổi của lực ma sát trên gờ trợt ảnh hởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Q n và đợc biểu diễn nh hình vẽ sau : 12 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện ở vùng tốc độ gia công ta có: M=const , P tỉ lệ với U ở vùng chạy dao nhanh: M P/n ; P=const 5,Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải Trong quá trình làm việc thờng xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động - Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải. -Quá tải động:đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều. Để rút ngán thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này. Các biện pháp han chế phụ tải: + Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao. + Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phơng pháp sử dụng khâu phản hồi âm dòng có ngắt. 13 M c ,P c n 0 n 1 n 2 m c p c F,Q v n q đm f đm 0 hình 1-1 [...]... điều chỉnh: D = 2000:1 n i +1 =1 + Độ trơn khi điều chỉnh: = ni +Độ ổn định tốc độ khi làm việc : n = n oi n dm (3 ữ 5)% n oi Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D=2000:1 do vậy các hệ thống khuyếch đại từ - động cơ, máy phát - động cơ không thoả mãn đợc chỉ tiêu này Do vậy ta loại hai phơng án này và đa ra ba phơng án sau: + Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ + Hệ thống van - động. .. làp phơng trình đặc tính cơ của hệ thống từ phơng trình này ta có họ đặc tính cơ của hệ thống nh hình vẽ n n0max 0 I -n0max Hình 2-6 4, Đánh giá chất lợng hệ thống a,Ưu điểm + Hệ thống này đợc dùng ở những nơi có nguồn một chiều có công suất ằ công suất của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua R b và đặc tính cơ có độ cứng cao + Hệ thống này dùng ít van động lực 26 đồ án tốt nghiệp... đồ nguyên lý phải đi từ mạch động lực I-Thiết kế mạch động lực Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lu, cuộn kháng, máy biến áp động lực, các phần tử R- C Theo phơng án đã chọn thì động cơ là động cơ một chiều kích từ độc lập Nh vậy,việc thiết kế sơ đồ mạch động lực chỉ còn là lựa chọn các phần tử khác cho phù hợp 1, Chọn sơ đồ chỉnh lu Có nhiều sơ đồ chỉnh lu đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ... cho tự động hoá , nâng cao chất lợng hệ thống + Có hệ số khuyếch đại lớn b, Nhợc điểm + Có nhiều thiết bị quay ,gây ồn + Hiệu suất sử dụng điện năng thấp = Đ/C ; đ = 0,3 - 0,5 + Diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi nền móng đặc biệt III - Phơng án II Hệ thống van - động cơ: (T - Đ ) 1,Giới thiệu 20 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện a, Sơ đồ b,Các phần tử của sơ đồ + Đ: động cơ một chiều kích từ độc... chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản Còn các hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lợng nh điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo đợc các yêu cầu và có khả năng tự động hoá cao Nh vậy, để chọn đợc hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy từ... của van T và ở đầu ra có sức điện động ra Eb Eb = t1 U TCK Sức điện động này đợc đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ tơng ứng với điện áp đặt ban đầu Khi muốn thay đổi tốc độ động cơ ta thay đổi Uđ Trong quá trình làm việc giả sử nguyên nhân nào đó mà tốc độ động cơ giảm khi đó qua mạch phản hồi âm tốc độ ta có: Uđk = Uđ - n Khi n giảm Uđk tăng t1=KUđk tăng Eb tăng và tốc độ động cơ sẽ... đại - động cơ + Hệ thống van - động cơ + Hệ thống xung áp - động cơ 17 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện II- Phơng án I Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ: ( MY- Đ ) 1,Giới thiệu hệ thống a, Sơ đồ a b c MY Đ/C ckđ Đ ft ckf kđ uđk n ucđ Hình 2-1 + FT :là máy phát tốc , có nhiệm vụ khâu phản hồi âm tốc độ + CKĐ, CKF: là cuộn kích từ của động cơ và máy điện khuyếch đại + KĐ: là khâu khuyếch... Phơng trình ( ) là phơng trình đặc tính cơ của hệ thống Ta thấy rằng độ cứng của đặc tính là: = R Kd d + K n0 min 0 Hình 2-2 I,M Độ cứng khi có mạch vòng phản hồi âm tốc độ đã đợc cải thiện rất nhiều Họ đặc tính cơ của hệ thống đợc vẽ trên hình 2-2 4, Đánh giá chất lợng hệ thống a, Ưu điểm + Hệ thống làm việc rất linh hoạt + Họ đặc tính cơ có dạng tuyến tính +Việc điều chỉnh đều đợc thực hiện trên mạch... phần sóng hài bậc cao gây phát nóng động cơ ( có thể khắc phục nhợc điểm này bằng cách mắc thêm các cuộn kháng ) + Hệ thống làm việc có cos nhỏ ckđ IV - Phơng án III u Hệ thống xung áp - động cơ d 0 1, Giới thiệu đ mk ft + xk a, Sơ đồ xm fx kđ 23 Hình 2-5 uđk n ucđ đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện b,Các phần tử của hệ thống + Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập thực hiện chức năng biến đổi... kiếm, dễ mua 2-2 các phơng án truyền động I- Các phơng án đa ra Để có dợc phơng án truyền động phù hợp xét trên cả hai khía cạnh kỹ thuật và kinh tế cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B, ở đây em đa ra một số phơng án mà đáp ứng đợc các yêu cầu về kỹ thuật công nghệ của truyền động để từ đó làm căn cứ chọn ra phơng án tốt nhất Yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao máy doa có những đặc điểm sau: . hiểu công nghệ của máy Phần II: Thiết kế sơ đồ nguyên lý Phần III: Tính chọn thiết bị Phần IV: Xây dựng đặc tính tĩnh PhầnV: Xây dựng đặc tính quá độ - xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống Trên. phơng án này và đa ra ba phơng án sau: + Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ . + Hệ thống van - động cơ. + Hệ thống xung áp - động cơ. 17 đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện II- Ph. đặc biệt. III - Ph ơng án II Hệ thống van - động cơ: (T - Đ ) 1,Giới thiệu 20 I,M Hình 2-2 0 n 0 max n 0 min đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện a, Sơ đồ b,Các phần tử của sơ đồ + Đ: động