BÀI tập lớn TRANG bị điện

Xuất phát từ đòi hỏi trên , trong quá trình nghiên cứu môn trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại , em đa ra mô phỏng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều dùng trong hệ F - Đ tr

Mục lục:

Phần I : Lời nói đầu

Phần II : Mô phỏng máy tiện 1A660

I Tổng quan về máy tiện

II Các phơng trình cơ bản

1 Phơng trình của máy phát

2 Các phơng trình cơ bản của động cơ 1 chiều kích từ song song III Mô hình máy phát và động cơ

1 Mô hình máy phát

2 Mô hình động cơ

IV Các khái niệm chính

1.Tốc độ cắt

2 Lực cắt

3 Công suất cắt

4 Thời gian máy

V Sơ đồ điều khiển truyền động chính máy tiện cỡ nặng 1A660

VI Chọn thông số cho động cơ

VII Mô hình động cơ mô phỏng trên Simulink

Phần III : Gia công chi tiết

1.Tính chọn vật liệu gia côngvà các thông số của máy

2 Tính toán chi tiết gia công

Phần IV : Tài kiệu tham khảo

Phần I: Lời nói đầu

Ngày nay, khoa học phát triển , máy móc dần dần thay thế sức con ngời trong những công việc nặng nhọc Nhiệm vụ đặt ra chỉ là lập trình điều khiển và xác định các thông số đặt trớc cho thiết bị làm việc

Tuy nhiên, để thực hiện một quá trình công nghệ nào đó thì không hề đơn giản mà đôi khi gây ra nhiều sai lầm Nếu không biết trớc đợc các đặc tính của nó thì chúng ta không thể sửa chữa và có thể gây ra h hỏng thành phẩm trong quá trình sản xuất Trong thức tế thì con ngời đã cùng với sự trợ giúp của máy tính đã biết cách mô phỏng quá trình làm việc trên máy tính và tính toán các kết quả để có thể thay đổi điều chỉnh cho ra chi tiết , công cụ mong muốn Xuất phát từ đòi hỏi trên , trong quá trình nghiên cứu môn trang bị

điện - điện tử máy gia công kim loại , em đa ra mô phỏng đặc tính cơ của

động cơ điện một chiều dùng trong hệ F - Đ truyền động cho máy tiện trên simulink, đồng thời tính toán gia công chi tiết cụ thể để máy thực hiện

Trong quá trình làm có gì sai sót Em mong thầy giáo chỉ giảng giúp đỡ

em để bài tập này có thể hoàn thành đợc tốt

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hoàng xuân bình đã chỉ giảng cho em thực hiện bài tập lớn này

Phần ii: Mô phỏng máy tiện 1A660

I Tổng quan về máy tiện :

Nhóm máy tiện rất đa dạng ,gồm các máy tiện đơn giản ,máy tiện vạn năng , máy tiện chuyên dùng , máy tiện đứng …

Trên máy tiện có thể thực hiện đợc nhiều công nghệ tiện khác nhau : tiện trụ ngoài ,tiện trụ trong , tiện mặt đầu , tiện côn , tiện định hình Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa , khoan , và tiện ren , bằng daô cắt ,dao doa … kích thớc gia công trên máy tiện có thể từ vài mili đến hàng chục mét

Dạng bên ngoài của máy tiện nh hình vẽ :

Hình dạng bên ngoài của máy tiện

Trên thân máy 1 đặt ụ trớc 2 ,trong đó có trục chính quay chi tiết Trên gờ trợt đặt bàn dao 3 vào ụ sau 4 Bàn dao thực hiện sự di chuyển dao cắt dọc và ngang so với chi tiết ở ụ sau đặt mũi chống tâm dùng để giữ chặt chi tiết dài trong quá trình gia công , hoặc để gá mũi khoan , mũi doa khi khoan ,doa chi tiết Sơ đồ gia công tiện ở hình vẽ b ở máy tiện : chuyển động quay chi tiết với tốc độ góc ωct là chuyển động chính , chuyển động di chuyển của dao 2

là chuyển động ăn dao Chuyển động ăn dao có thể là ăn dao dọc , nếu dao chuyển động dọc theo chi tiết (tiện dọc ) hoặc ăn dao ngang ,nếu dao di chuyển ngang (hớng kính ) chi tiết ( tiện ngang ) Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà , trụ , di chuyển nhanh của dao , bơm nớc , hút phoi…

II Các phơng trình cơ bản

1 Phơng trình của máy phát:

Máy phát đợc quay với tốc độ định mức bằng một động cơ xoay chiều

3 pha

Sức điện động động cơ phát ra đợc tính bằng biểu thức:

ω

Φ

=K

E

Trong đó:

ω : tốc độ quay của rôto máy phát

Φ: từ thông kích từ máy phát

K: hệ số

Phơng trình điện áp kích từ động cơ:

dt

dI L R I

K K K

Lk: điện kháng cuộn kích từ máy phát

2 Các phơng trình cơ bản của động cơ một chiều kích từ song song:

+ Phơng trình điên áp kích từ:

K K

+ Phơng trình điện áp mạch phần ứng:

E I P L R I

U = U. U + U . U +

ω

ω Cu K

+ Phơng trình mômen:

ω

.

.P

J Mc

I K

Ta thành lập đợc phơng trình đặc tính cơ

M K

R R K

I P L

2

) (

.

Φ

+

− Φ

−

=

ω

Hàm truyền của động cơ một chiều:

) ( 1

/ 1 ) (

1

E U P T

R E

U P L R

I

U

U U

U

− +

=

− +

=

III Mô hình máy phát và động cơ:

1 Mô hình máy phát:

Sức điện động máy phát:

F F

Chuyển qua hệ toạ độ tơng đối:

dm dm

F F dm

F F dm

F

K

K E

K E

E

ω

ω

ω

Φ

Φ

=

Φ

=

*

*

*

*

F F F

2 Mô hình động cơ :

Chuyển qua hệ toạ độ tơng đối với kích từ độc lập ta đợc: Phơng trình phần kích từ:

*

*

K

Hàm truyền động cơ:

dm dm dm

U U

dm dm dm U

U

R I K

K U

P T

R I

U U

E U

U P T

R I

).

( 1

/ 1

).

( 1

/ 1

0

*

ω

ω Φ

Φ

− +

=

− +

=

) (

1

/

1 * * * *

+

P T

R I

U U

Do điện cảm phần ứng nhỏ nên ta bỏ qua ta đợc hàm truyền:

) (

1 * * *

.

*

* = U − Φ ω

R

I

U

Tốc độ động cơ tính theo biểu thức :

0

*

*

*

*

* 0

*

).

(

).

(

ω ω

ω ω

ω

JP

M Mc M

JP

M Mc M

JP

Mc M

dm

dm

−

=

⇒

−

=

⇒

−

=

C T P

Mc M

.

*

*

* = −

⇒ ω

Mặt khác:

*

*

I K

I K M

I K M

I K

M

dm dm dm

Φ

= Φ

Φ

=

Φ

=

⇒

Φ

=

C

Mc I

T P

Mc M

.

*

*

*

*

*

* = − = Φ −

⇒ ω

Với Tc : hằng số cơ học của động cơ

dm C

M

J

0

*

*

*

*

ω

ω

ω =

=

=

=

cb dm dm

R

R R

U

U U

I

I I

dm

dm cb

I U

Φ

Φ

=

Φ *

IV Các khái niệm chính :

1.Tốc độ cắt

Tốc độ cắt là tốc độ chuyển động dài tơng đối của chi tiết so với dao cắt tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao

Nó đợc xác định theo công thức kinh nghiệm :

v

v y x m

v s t T

C v

.

= [ m/ph] ( 1)

Trong đó :

T - chiều sâu cắt , mm

S - lợng ăn dao, là độ dịch chuyển của dao khi chi tiết quay đợc 1 vòng, mm/vòng

T - độ bền dao, là thời gian làm việc của dao giữa 2 lần mài dao kế tiếp, ph

Cv , xv, yv, m –là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu dao và phơng pháp gia công

2 Lực cắt

Để tính lực cắt ta dùng công thức kinh nghiệm sau:

Fz = 9 81 Cf tx fsy f vn [ N ] (2)

Trong đó :CF, xF , yF , n - là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu dao và phơng pháp gia công

3 Công suất cắt

Công suất cắt ( công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính )đợc xác định theo công thức :

1000

60

.v F

z = [kW] (3)

4 Thời gian máy

Thời gian máy là thời gian dùng để gia công chi tiết Nó còn đợc gọi là thời gian công nghệ, thời gian cơ bản, hoặc tjời gian hữu ích

Để tính toán thời gian máy, ta phảI căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt và phơng pháp gia công

Đối với máy tiện :

s n

L

.

Trong đó :

L - chiều dài hành trình làm việc, mm;

n - tốc độ quay của chi tiết vg/ph

d

v n

1000 60

π

=

⇒

Ta có:

s v

L d

t m

1000 60

π

=

Trong đó : d - đờng kính chi tiết gia công, mm

Từ công thức trên ta thấy muốn tăng năng suất máy ( giảm t ), phải tăng tốc độ cắt và lợng ăn dao Do đó ngời ta áp dụng phơng pháp cắt cao tốc

V Sơ đồ điều khiển truyền động chính máy tiện nặng 1A660:

Máy tiện nặng 1A660 đợc dùng để gia công chi tiết bằng gang hoặc thép

có trọng lợng dới 250 kN,đờng kính chi tiết lớn nhất có thể gia công trên máy tiện là 1.25 m động cơ tiếp điểm chính có công suất 55 kW Tốc độ trục chính đợc điều chỉnh trong phạm vi 125/1 với công suất không đổi, trong đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ là 5/1 nhờ thay đổi từ thông

động cơ Tốc độ trục chính ứng với 3 cấp của hộp tốc độ có giá trị nh sau :

+ Cấp 1: n= 1.6 8 vòng/phút –

+ Cấp 2: n= 8 40 vòng/phút –

+ Cấp 3: n=40- 200 vòng/phút

Truyền động ăn dao đợc thực hiện từ động cơ tiếp điểm chính Lợng

ăn dao đợc điều chỉnh trong phạm vi 0.064-26.08 mm/vg

Hình vẽ 1

H×nh vÏ 2

Tiếp điểm chính đợc thực hiện từ hệ thống F-Đ Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi dòng kích từ của động cơ còn íc điệ động của máy phát

đ-ợc giữ không đổi

Máy chỉ có thể làm việc đợc khi tất cả các điều kiện sau đợc đảm bảo :

- Đủ dầu bôi trơn : tiếp điểm DBT kín (ctt K4 có điện )

- Chiều quay trục chính đã đợc chọn :tiếp điểm CTC1 hoặc CTC2 kín ( rơle 1RLD hoặc 2RLD có điện )

- Đã đặt tốc độ nào đó : tiếp điểm TĐ kín

- Các bánh răng trong hộp tốc độ đã ăn khớp hoàn toàn :các tiếp

điểm 1KBR ,2KBR, 3KBR ,4KBR kín

- Động cơ đã có từ thông : tiếp điểm RNT kín vì rơle RNT tác

động

ở chế độ làm việc , muốn khởi động động cơ ta ấn nút M1 để quay thuận hoặc ấn M2 để quay ngợc Sau khi ấn M1 công tắc tơ LDT tác động ,tiếp đó các công tắc tơ K1 ,T, Dg , K2 tác động Cuộn kích từ CKF của máy phát

đ-ợc nối vào toàn bộ điện áp nguồn 1 chiều , điện trở kinh tế trong mạch kích

từ động cơ Rd đợc loại bỏ ,điện trở điều chỉnh dòng kích từ động cơ DKT phân mạch Do đó dòng điện kích từ máy phát và động cơ đều có giá trị định mức Động cơ đợc khởi động giai đoạn 1 (từ thông động cơ là định mức , từ thông máy phát tăng từ 0 đến định mức ) Khi điện áp máy phát tăng dần đến

định mức , rơle RCB tác động , công tắc tơ K3 có điện , điện trở DKT đợc đa vào mạch kích từ động cơ ,dòng điện kích từ động cơ giảm xuống trị số tơng ứng với từ thông lúc đó (đã đặt trớc nhờ DKT ) Động cơ đợc khởi động giai

đoạn 2 (từ thông máy phát là định mức , từ thông máy phát giảm từ giá trị

định mức đến trị số φx tơng ứngvới vị trí của biến trở DKT )

Để hạn chế dòng điện phần ứng mạch phần ứng trong thời gian khởi động ,ta dùng rơle RG Rơle này có 2 cuộn dây tạo ra sức từ động ngợc nhau là RG1 và RG2 Bình thờng cuộn song song (cuộn điện áp ) tạo ra sức từ động

đủ lớn hút phần ứng rơle ,do đó điện trở Rf đợc nối tắt và quá trình khởi

động đủ nhanh Nếu dòng điện phần ứng vợt quá giá trị cho phép thì sức từ

động của cuộn nối tiếp (cuộn dòng điện )đủ lớn làm cho rơle nhả ,td của nó

mở ra và điện trở Rf đợc nối tiếp vào cuộn kích từ máy phát kết quả dòng

điện phần ứng giảm xuống , dòng phần ứng đợc hạn chế theo nguyên tắc rung

Để điều chỉnh tốc độ từ xa ,ngời ta dùng động cơ xecvô Đ1và các nút ấn M1 , M2, M3 Gỉa thiết máy đang làm việc bình thờng , muốn có tốc độ lớn hơn , ta ấn nút M1( đối với chiều thuận ) hoặc M2 ( chiều ngợc ) Công tắc tơ LĐT hoặc LĐN tác động , Vì quá trình này, rơle RCB đã tác động lên cuộn dây rơ le 3RLĐ không có điện Do đó , chừng nào nút M1 hoặc M2 còn bị ấn thì công tắc tơ KT còn làm việc , động cơ Đ1 còn quay và kéo theo con trợt biến trở ĐKT theo chiều tăng điện trở , giảm dòng kích từ Muốn giảm tốc độ ,ấn nút M3 để tiếp điện cho công tắc tơ KN Lúc này Đ1 sẽ quay ngợc kéo con trợt biến trở ĐKT chạy ngợc , làm tăng dòng kích từ động cơ

Quá trình hãm bắt đầu xảy ra khi ấn nút D và diễn ra theo ba giai đoạn :

Đầu tiên là giai đoạn hãm tái sinh do tăng dòng kích từ động cơ lên giá trị định mức Trong giai đoạn này công tác tơ K1 mất điện , biến trở

ĐKT bị ngắt mạch Sức điện động máy phát vẫn đợc giữ định mức Khi dòng kích từ động cơ đạt đến giá trị định mức rơ le RT tác động , cắt điện cuộn dây công tắc tơ K3 , công tắc tơ T mất điện , cắt điện cuộn kích từ máy phát

Động cơ chuyển sang quá trình hãm tái sinh thứ hai do sức điện động máy phát giảm dần , còn từ thông động cơ đợc ở trị số định mức

Giai đoạn cuối cùng là hãm động năng , đợc bắt đầu khi điện áp máy phát giảm đến trị số nhả của rơ le RH Cuộn dây các công tác tơ Đg và K2 mất điện , cắt phần ứng đông cơ ra khởi máy phát và đóng vào điện trở hãm

Rh

Trong quá trình hãm , dòng điện phần ứng động cơ đợc hạn chế theo nguyên tắc rung nhờ rơ le hai cuộn dây RD Tác động của rơ le này làm tơng

tự nh rơ le RG

ở chế độ thử máy , sử dụng : ấn nút T T hoặc T N Lúc này các công tắc tơ LĐT hoặc LĐN không có điện nên T hoặc N chỉ có điện khi ấn nút T

T hoặc TN

Trong sơ đồ , đèn DH1 dùng để báo hiệu về trạng thái bình thờng và

đèn Đ2 – về trạng thái không bình thờng cuẩ hệ thống dầu bôi trơn Khi máy đang làm việc mà không đủ dầu thì không những đèn ĐH2 sáng mà còn

có tín hiệu còi

VI Chọn thông số cho động cơ:

Động cơ thực hiện có công suất, điện áp, tốc độ, mômen nh sau:

Pdm=55KW

Udm=220 V

n=4000 v/phút

J=0.5 Kg.m2

dm

Mômen định mức : Mdm

) ( 131 55 9

* 4000

55000

Nm

P M

dm

dm

ω

Ta có:

499 0 55

9 / 4000

220

* ) 9 0

* 5 0 5 0 (

) 5 0 5 0 (

) 1 ( 5 0

=

+

= Φ

⇒

Φ

+

= Φ

−

=

−

=

dm

dm

dm dm

dm

dm u dm dm

dm

dm u

K

K

U K

I R U

I

U R

η ω

η

Dòng định mức: Idm

) ( 263 499 0

131

A K

M I

dm

dm

Φ

=

Điện trở phần ứng: Ru

) ( 042 0 263

220 ) 9 0 1 ( 5 0 )

1 ( 5

=

dm

dm u

I

U

Điện trở cơ bản:

) ( 84 0 263

=

=

dm

dm cb

I

U

20 042 0

84 0 1

* = = =

⇒

Ru

R

u

R

cb

65 0 4000

* 5 0

95 9

* 131

95 9

1

=

=

=

=

O

dm o

dm

n J

M W

J

M

Tc

VII Mô hình động cơ:

Từ phơng trình:

) (

1 * * *

.

*

* = U − Φ ω

R

I

U

C

Mc I T

P

Mc M

.

*

*

*

*

*

* = − = Φ −

ω

Ta có mô hình động học của động cơ:

Hình vẽ mô phỏng: đặc tính cơ động cơ 1 chiều

PhÇn III: Gia c«ng chi tiÕt

1 TÝnh chän vËt liÖu vµ c¸c th«ng sè cña chi tiÕt:

H×nh-vÏ

Chi tiÕt gia c«ng lµ thÐp c¸cbon Ta gia c«ng chi tiÕt nµy b»ng dao thÐp giã kÝch thíc 16x25 Chi tiÕt gia c«ng gåm 6 nguyªn c«ng 1,2,3,4,5 ,6

Nguyªn c«ng 1, 3,5 tiÖn c¾t chi tiÕt (tiÖn ngang )

Nguyªn c«ng 2, 4,6 tiÖn trô ( tiÖn däc chi tiÕt )

VËn tèc c¾t cña chi tiÕt tÝnh theo c«ng thøc:

V

V Y X m

V Z

S t T

C V

.

3

10 60 5

= ct ct

Lùc c¾t chi tiÕt:

Z Y X F

Z C t S V

F = 9 81 F. F. (N)

Công suất cắt:

3

10 60

. Z

Z Z

V F

Thời gian máy:

'

3

.

10

s

L V

L t

ct ad

−

(s)

π

2

' s

s =

s V

d L

t

Z

ct M

) 10 60 5 , 0 ( 2

=

Trong đó:

T: độ bền dao (giờ)

t: chiều sâu cắt (mm)

s: lợng ăn dao (mm/vòng)

dct: đờng kính chi tiết (mm)

ωct: tốc độ quay chi tiết

L: chiều dài gia công (mm )

CV, m, xv, yv, CF, xF, yF: là các hệ số

Ta tra bảng và lựa chọn đợc các thống số nh sau:

*) Nguyên công 1, 3,5 :tiện ngang chi tiết ta chọn:

Cv = 47

Xv =0.15

Yv = 0.8

m = 0.2

t = 0.5 mm

s = 0.6 mm/vòng

⇒ tốc độ cắt:

) /

.(

87 6

0 5 0 60

47

s t T

c v

v

x m

=

*) Nguyên công 2, 4, 6 : tiện dọc chi tiết ta chọn:

Cv = 420

Xv =0.15

Yv = 0.2

m = 0.2

t = 0.5 mm

s = 0.6 mm/vòng

⇒ tốc độ cắt:

Thời gian máy cho từng chi tiết:

tM1 =L d 3,6 10-3 =100.100.3,6.10-3 =36 ( s )

tM2 =L d 1,38 10-3 =100.50.1,38.10-3 =6.9 ( s )

tM3 =L d 3,6 10-3 =20.60.3,6.10-3 =4.32 ( s )

tM4 =L d 1,38 10-3 =80.60.1,38.10-3 =6.6 ( s )

tM5 =L d 3,6 10-3 =20.60.3,6.10-3 =4.32 ( s )

tM6 =L d 1,38 10-3 =50.100.1,38.10-3 =6.9 ( s )

Ta có thể vẽ đờng kích chi tiết theo thời giam máy trên m-file:

) /

.(

227 6

0 5 0 60

420

s t

T

c

v

v

x m

=

Phần iv: Tài liệu tham khảo

[1] Trang bị điện -điện tử

Máy gia công kim loại Nguyễn Mạnh Tiến - Vũ Quang Hồi Nhà xuất bản giáo dục

[2] Truyền động điện

Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn _ Nguyễn thị Hiền Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật,Hà Nội -2004

[3] Điều chỉnh tự động truyền động điện

Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn _ Phạm Quốc Hải – Dơng Văn Nghi

Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật

[4] Matlap $ simulink

Nguyễn Phùng Quang

Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật