Tổng quan về máy cán dây. Mô phỏng máy cán dây 3 trục cán

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành công nghiệp nước ta nay, dây thép cần thiết hầu hết lĩnh vực, việc quan tâm tới lĩnh vực sản xuất dây thép điều tất yếu Trên sở nhận thức tầm quan trọng vậy, đồ án nghiên cứu “Dây chuyền máy cán dây, thiết kế chương trình điều khiển cho động thực hiện” Ta bước khái quát hệ thống máy cán nóng liên tục, từ đưa cấu trúc xây dựng điều khiển để mô hệ thống, hệ thống có nhiều động đồng tốc độ với CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÁY CÁN DÂY 1.1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ CÁN DÂY 1.1.1 Khái niệm chung Dây kim loại cần kinh tế quốc dân Nó phôi để sản xuất cáp, bulông, đinh tán, lò xo v.v dùng xây dựng Các dây kim loại khác dạng kích thước tiết diện ngang Công nghệ cán dây sử dụng máy cán nóng liên tục (CNLT) Máy CNLT có nhiều hộp cán quay theo chiều đặt nối tiếp Phôi cán lúc qua hộp cán Máy CNLT có nhiều kiểu loại với nhiệm vụ khác : - Máy cán ( hay cán ) : dùng cán phôi dẹt thành băng thép rộng từ ( 500 ÷ 2300)mm, chiều dày từ ( 0,8 ÷ 20 )mm - Máy cán phân loại : đa dạng thể loại, Thành phẩm chủng loại thép khác hình dạng kích thước - Máy cán dây : Sản phẩm dây thép ( 5÷ 10 )mm - Máy cán ống : cán nhẵn (để đảm bảo kích thước ống ), cán dát ( để khử không đồng đường kính, làm nhẵn mặt mặt ống ), cán tóp hay chuốt ( để thu nhỏ đường kính ống ) *) Đặc điểm máy cán nóng liên tục ( CNLT ): - Tốc độ cao nên suất cao - Qua lần cán, kim loại chưa nguội nhiều nên chất lượng sản phẩm tốt, tuổi thọ trục cán cao hơn, giảm suất tiêu hao lượng - Máy làm việc với tốc độ cao nên hay xuất phụ tải xung - Kim loại cán nhiều hộp cán lúc nên hộp cán phải có liên hệ chặt chẽ tốc độ Mỗi máy cán dây gồm phần chính: đầu chuốt, tang kéo, động cơ, khớp đàn hồi hay dai hình thang nối động với hộp tốc độ, thiết bị quấn v.v Ở nhiều máy cán dây kim loại kéo qua nhiều đầu chuốt có kích thước giảm dần Máy cán dây đầu chuốt dùng kéo dây lớn 1.1.2 Các thông số điều kiện cán Khi cho phôi kim loại vào hộp cán phôi bị kẹp ép chặt trục cán quay ngược chiều nhau, kết chiều dày phôi bị giảm đi, chiều dài phôI tăng lên, chiều rộng cua phôi tăng lên Hình 1.1 Sơ đồ cán phôi Ta coi máy cán có hai trục cán giống hệt nhau, quay ngược chiều với tốc độ Ký hiệu đại lượng phôi trước sau cán sau: + Các đại lượng phôi trước cán: - H1 : bề dày phôi trước cán - B1 : Chiều rộng phôi trước cán - L1 : Chiều dài phôi trước cán - F1 : Tiết diện phôi trước cán + Các đại lượng phôi sau cán: - H2 : bề dày phôi sau cán - B2 : Chiều rộng phôi sau cán - L2 : Chiều dài phôi sau cán - F2 : Tiết diện phôi sau cán a) Các thông số: - Hệ số kéo dài: Là tỷ số chiều dài sau cán trước cán: λ= L1 L2 (>1) Sau n lần cán, hệ số kéo dài toàn phần: Nếu coi thể tích phôi không đổi ( V1 ≈ V2 ) thì: λ= L1 L2 = V2 V1 = F1 F2 F2 F1 Nếu coi độ nở rộng không đáng kể ( B1 ≈ B2 ) thì: λ= L1 L2 = F1 F2 = H B1 H B2 = H1 H2 - Cung ngoạm: Là cung tròn trục cán tiếp xúc với phôi cán - Góc ngoạm: Là góc tâm (α ) ứng với cung ngoạm b) Điều kiện để trục cán ngoạm kim loại: Trục cán ngoạm phôi cán ép nhờ lực ma sát tiếp xúc xuất cung ngoạm trục quay Hình 1.2 Lực trục cán tác động lên phôi Ngoài lực kéo vào trục cán gây có lực đẩy Nếu lực đẩy mà lớn lực kéo vào trục cán không ngoạm phôi Ta có lực tác dụng sau: → : Lực tác dụng trục cán lên phôi P → : Lực ma sát tiếp tuyến với mặt tròn có xu hướng kéo phôi vào trục T cán Phân tích hai lực thành thành phần lực theo trục xx yy ta thu kết sau : Px > Tx => Trục cán không ngoạm phôi Px < Tx => Trục cán ngoạm phôi => Điều kiện ngoạm phôi trục cán : Tx ≥ Px  T.Cosα ≥ P.Sinα  T ≥ P.tgα Ta lại có lực ma sát trượt : T = P.kms = P.δms Với kms : hệ số ma sát trượt δms : góc ma sát trượt => P.kms = P.δms ≥ P.tgα => Vậy điều kiện để trục cán ngoạm phôi là: kms ≥ tgα δms ≥ α Kết luận: Trục cán ngoạm phôi hệ số ma sát trượt lớn tg góc ngoạm hay góc ma sát trượt lớn góc ngoạm Khi cán nóng: kms = m ( 1,05 - 0,0005t ) ≈ 0,25 ÷ 0,60 t : nhiệt độ kim loại , [ 0C ] m : hệ số m =1 : cán nóng trục thép m = 0,8 : cán nóng trục gang luyện 1.1.3 Các đặc trưng máy cán liên tục a) Khối lượng phôi qua hộp cán đơn vị thời gian không đổi: F1v1 = F2v2 = F3v3 Hình 1.3 Cán liên tục hộp cán Fivi = const Trong : Fi : tiết diện phôi trước vào hộp cán thứ i vi : tốc độ phôi trước vào hộp cán thứ i - Khi khối lượng phôi hộp cán nhỏ khối lượng phôi tới xảy tượng cán nén ( ép ) - Khi khối lượng phôi hộp cán lớn khối lượng phôi tới xảy tượng cán kéo ( căng ) Giả sử ta có hai hộp cán liên tiếp nhau, có thông số : + v1, ω1, D1 : tốc độ dài , tốc độ góc, đường kính trục cán số + v2, ω2, D2 : tốc độ dài , tốc độ góc, đường kính trục cán số + s : độ vượt trước Từ : Fivi = const => FDωt ( + s ) = const  F1D1ω1 ( + s1 ) = F2D2ω2 ( + s2 ) Nếu : D1 = D2 = D => ω1 ω2 = + s1 F1 + s F2 Trong : λ = F1 F2 = λ + s1 + s2 =b gọi hệ số kéo b) Trường hợp phôi không chịu căng hay nén trạng thái cán tự Lúc : vr1 = vv2 - Nếu giữ ω1 = const tăng ω2 phôi chịu lực căng (kéo) - Nếu giữ ω1 = const giảm ω2 phôi chịu lực nén ( ép ) Khi đường kính trục cán hai hộp giống ( D 1= D2) lực căng hay nén tính : T= (δ − 1)(1 + s1 ) + s1 (1 + δ )ρ + s2 Trong : ϕ : hệ số tính đến vượt trước da lực T δ : tỷ số thay đổi tốc độ hộp cán số δ= ω 2' ω2 ω2’ : tốc độ hộp cán sau thay đổi => Có trường hợp : - Cán tự : δ = ; T = ω ω2 ' = λ + s1 + s2 - Cán kéo ( cán căng ) : δ > ; T > ω 2' ω2 > λ + s1 + s2 ( với δ hệ số kéo căng ) - Cán nén ( cán ép ) : δ < ; T < ω ω2 ' = λ + s1 + s2 ( với δ hệ số nén ép ) * Ở chế độ cán kéo: - Mômen động truyền động hộp cán (2) tăng lên : M2 = M02 + T D2 ( M02 mômen động truyền động hộp cán (2) chế độ cán tự ) - Mômen động truyền động hộp cán (1) giảm : M1 = M01 + T D1 ( M01 mômen động truyền động hộp cán (1) chế độ cán tự ) Nếu chọn động có đặc tính mềm : - M tăng  nD2 giảm ; M1 giảm  nD1 tăng => Hạn chế tăng lực căng T - M1 giảm  biến dạng đàn hồi trục cán (1) giảm  tăng lực ép trục cán lên phôi  tăng tốc độ vr1  hạn chế lực căng T => Vậy đặc tính động mềm yếu tố để lấy lại cân băng cán kéo * Ở chế độ cán nén: hộp cán có độ võng, độ võng điều chỉnh để giới hạn cho phép Thời gian cán phôi : t= L v hay t = ∆L ∆v Với : L chiều dài phôi cán v tốc độ cán phôi ∆L chiều dài đoạn võng ∆v dao động tốc độ hộp cán => ∆l = L ∆v ∆v (∆l độ dài phần võng thêm ) 1.2 ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN CÁN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.2.1 Truyền động điện chiều Truyền động dùng cho máy cán dây cần điều chỉnh tự động liên tục tốc độ tang kéo trung gian thời gian làm việc mà trượt dây bề mặt tang kéo Động chiều truyền động máy điều chỉnh tốc độ vùng Tốc độ bò có nhờ điều chỉnh hạ điện áp phần ứng, tốc độ làm việc nhanh có nhờ giảm từ thông Hệ sử dụng truyền động hệ F-Đ T-Đ Phần ứng động truyền động tang kéo mắc nối tiếp a) Khái niệm động điện chiều : Động điện chiều loại máy điện làm việc với nguồn điện chiều Chúng vận hành theo chế độ máy phát theo chế độ động Nghĩa máy điện chiều biến đổi thành điện ngược lại b) Cấu tạo động điện chiều : Cấu tạo máy điện chiều gồm phần chính: - Stato: Còn gọi phần cảm có nhiệm vụ tạo từ thông máy, thường chế tạo gang hay thép đúc Stato mạch từ vỏ máy bao bọc phận bên Phía mặt stato gắn cực từ, phần cuối cực từ làm loe tạo thành đầu cực từ, thân cực từ có gắn cuộn dây kích từ 10 2.2.1 Chế độ xác lập động điện chiều Khi đặt lên dây quấn kích từ điện áp u k dây quấn kích từ có dòng điện ik mạch từ máy có từ thông φ hay gọi từ thông kích từ Tiếp đặt giá trị điện áp U lên mạch phần ứng dây quấn phần ứng có dòng điện I chạy qua, dòng điện phần ứng tương tác với từ thông kích từ tạo thành mômen điện từ tính sau: M = p.N φI = kφI 2πa (2.1) Trong đó: p: Số cặp cực từ N: Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a: Số mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng φ : Từ thông kích từ cực từ k = pN/2 π a - hệ số kết cấu máy Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, dây quấn phần ứng quét qua từ thông dây quấn cảm ứng sức điện động Eu Trong chế độ xác lập, tính tốc độ góc qua phương trính cân điện áp phần ứng (1.1): ω= U − IRu kφ (2.2) Trong : Ru điện trở mạch phần ứng động 2.2.2 Chế độ độ động điện chiều Nếu thông số động không đổi ta viết phương trình mô tả sơ đồ hình 2.3 sau: 18 Mạch kích từ có hai biến dòng điện kích từ ik từ thông φ phụ thuộc phi tuyến đường cong từ hóa lõi thép: U k ( p ) = Rk I k ( p ) + N k P.φ ( p ) (2.3) Trong đó: N k - số vòng dây cuộn kích từ Rk - điện trở cuộn dây kích từ Phương trình điện áp phần ứng: U ( p ) = I ( p ).Ru + Lu pI ( p ) ± N N pφ ( p ) + E ( p) (2.4) Phương trình dòng điện phần ứng: I ( p) = Ru [U ( p ) ± N N pφ ( p ) − E ( p)] + p.Tu (2.5) Trong đó: Lu - điện cảm mạch phần ứng NN - số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp Tu = Lu Ru - thời gian mạch phần ứng Phương trình chuyển động hệ thống: M ( p) − M c ( p ) = Jpω (2.6) Trong J mômen quán tính phần chuyển động quy đổi trục động Từ phương trình ta thành lập sơ đồ cấu trúc động chiều 19 Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc động chiều 2.2.3 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa động chiều Ta thấy sơ đồ cấu trúc phi tuyến mạnh, tính toán ứng dụng ta thường dùng mô hình tuyến tính hóa quanh điểm làm việc Trước hết chọn điểm làm việc ổn định tuyến tính hóa đoạn đặc tính từ hóa đặc tính mômen tải Độ dốc đặc tính từ hóa đặc tính mômen tải tương ứng (bỏ qua tượng từ trễ): Tại điểm làm việc xác lập có: điện áp phần ứng , dòng điện phần ứng , tốc độ quay , điện áp kích từ , từ thông , dòng điện kích từ mômen tải Biến thiên nhỏ 20 đại lượng tương ứng là: ΔU(p), ΔI(p), Δω(p), Δ,Δ,Δ�(p),Δ Hình 2.5 Tuyến tính hóa đoạn đặc tính từ hóa đặc tính tải Đối với động chiều kích từ độc lập ( = 0) viết phương trình sau: Phương trình cân điện áp mạch phần ứng: (2.7) Mạch kích từ: (2.8) Phương trình chuyển động học: (2.9) 21 Nếu bỏ qua vô bé bậc cao từ phương trình viết phương trình gia số: K = (2.10) =) (2.11) K (2.12) Hình 2.6 trình bày sơ đồ cấu trúc động điện chiều kích từ độc lập tuyến tính hóa theo phương trình (2.10) – (2.12): Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa 2.2.4 Trường hợp động kích từ độc lập có từ thông không đổi Khi từ thông kích từ động kích từ độc lập không đổi (=const) với ký hiệu k = const = ta có: M(p)=.I(p)và E(p)=(p) Trong trường hợp mô hình toán động có hai phương trình cân điện áp mạch phần ứng chuyển động học U(p) = I(p).(1+p) + W(p) I(p) -(p) = J.pΔW(p) 22 Từ hai phương trình ta xây dựng sơ đồ cấu trúc động chiều kích từ độc lập với từ thông không đổi.Trong trường hợp động đối tượng tuyến tính Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc động kích từ độc lập với từ thông không đổi 2.3 TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 2.3.1 Bộ điều khiển dòng Trong hệ thống truyền động tự động hệ chấp hành mạch vòng điều chỉnh dòng điện mạch vòng Chức mạch vòng dòng điện hệ thống truyền động chiều xoay chiều trực tiếp (hoặc gián tiếp) xác định momen kéo động cơ, có chức bảo vệ, điều chỉnh gia tốc v.v… 23 Hình 2.8 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện phần ứng bỏ qua sức điện động Trong đó: K cl (1 + pTdk )(1 + pTv ) : Hàm truyền chỉnh lưu T u= Lu Ru : số thời gian điện từ mạch phần ứng Ru = Rb + Rk + Rud + Rs Lu = Lb + Lk + Lud K i = Rs : điện trở sensor Ti = Rs C : số thời gian sensor dòng điện Viết gọn lại ta có sơ đồ hình 2.9: Hình 2.9 Sơ đồ mạch vòng dòng điện thu gọn Từ sơ đồ hình 2.8 2.9 ta có hàm truyền đối tượng điều khiển mạch vòng điều chỉnh dòng điện: U i ( p) K cl K i Ru = S oi (p) = U dk ( p ) (1 + pTdk )(1 + pTi )(1 + pTu )(1 + pTv ) Trong đó: Thay Tsi = Ti + Tv + Tdk [...]... 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 3. 1 CẤU TRÚC MÔ PHỎNG Hình 3. 1 Cấu trúc mô phỏng hệ thống trên Simulink 29 3. 2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT Hình 3. 2 Đáp ứng tốc độ của 3 động cơ khi tín hiệu đặt bằng 20 rad/s và 40 rad/s Nhận xét: - Có thể thấy khi thay đổi tốc độ đặt cho động cơ chính, tốc độ động cơ chính bám theo tốc độ đặt - Tốc độ 2 động cơ sau đều thay đổi theo tốc độ động cơ chính theo tỉ lệ không đổi 30 ... thức về dây chuyền máy cán dây và ứng dụng trong đời sống sản xuất, cũng như kiến thức về tổng hợp và mô phỏng hệ thống Tuy nhiên do kiến thức của bản thân còn hạn chế nên đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót cũng như kết quả chưa được tối ưu, em mong được các thầy cô tiếp tục hướng dẫn để em hoàn thiện được đồ án này tốt hơn Em xin chân thành cảm ơn !!! 31 Tài liệu tham khảo: [1] Trang bị điện – điện tử máy. .. hợp là vị trí của rotor ϕ Mômen tải M c là mômen do cơ cấu làm việc truyền về trục động cơ, mômen tải là nhiễu loạn quan trọng nhất cảu hệ truyền điện tự động Hình 2 .3 Giản đồ thay thế động cơ điện một chiều 17 2.2.1 Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp u k nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông φ hay... khiển 1 .3 CÁC THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG 1 .3. 1 Thiết bị đo tốc độ: Máy phát tốc Trong mạch vòng tốc độ, người ta phải tạo ra một tín hiệu điện áp tỉ lệ với tốc độ động cơ Để làm được điều đó người ta thường dùng máy phát tốc, nó được nối cứng trục với động cơ Hàm truyền của máy phát tốc có dạng : WFT ( p) = Trong đó : Kω 1 + Tω p Tω - hằng số thời gian của máy phát tốc Kω - hệ số phản hồi của máy phát tốc 1 .3. 2... mát Thân máy, cực từ và lõi thép phần ứng tạo thành mạch từ của máy điện một chiều Dây quấn được tạo thành từ nhiều phần tử dây quấn, mỗi phần tử gồm nhiều vòng dây được xếp trong các rãnh của lõi thép Hai đầu phần tử nối với với 2 phiến góp, 2 cạnh tác dụng của mỗi phần tử được xếp trong 2 rãnh nằm dưới 2 cực khác 11 tên Phần ứng được bắt chặt trên trục thép, hai đầu trục có gắn bạc đạn Nắp máy giữ... phần stator có thể có các loại dây quấn kích từ sau: dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp CKN, dây quấn kích từ phụ CF và dây quấn bù CB Hệ thống các phương trình mô tả động cơ thường là phi tuyến, trong dó các đại lượng đầu vào (tín hiệu điều khiển) thường là điện áp phần ứng U, điện áp kích thích U k , tín hiệu ra thường là tốc độ góc của động cơ ω , mômen quay M, dòng điện phần... nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ Nhược điểm nữa là do mạng điện cung cấp chủ yếu ở dạng xoay chiều nên khi cần cho máy điện một chiều hoạt động phải có bộ chỉnh lưu hoặc máy phát điện một chiều đi kèm 1.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế a) Yêu cầu công nghiệp - Trong dây chuyền sản xuất, việc điều khiển đồng bộ tốc độ được thể hiện rõ nhất trong giai đoạn dây đi qua các hộp cán của máy Trong giai... sao cho vận tốc dài của dây giữa các trục phải đảm bảo dây không trùng hoặc đứt - Có nhiều giải pháp để điều khiển đồng bộ tốc độ 2 động cơ như: phương pháp đồng bộ tốc độ sử dụng nguồn cấp chung, phương pháp đồng bộ tốc độ sử dụng nguồn cấp riêng, phương pháp điều khiển 2 tham số + Với phương án dùng nguồn cấp chung có ưu điểm là đơn giản nhưng với dây chuyền cán dây có yêu cầu về thay đổi bề dày thì... còn lại có lò xo ép chặt Các đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng được nối với nhau tại cổ góp tạo thành mạch điện khép kín Khi chổi than ép vào các phiến góp sẽ chia bộ dây quấn phần ứng thành các mạch nhánh song song c) Phân loại Máy điện một chiều được phân loại theo dạng mạch kích từ: - Máy điện một chiều kích từ song song 12 - Máy điện một chiều kích từ độc lập - Máy điện một chiều được kích từ... trụ tròn, sau đó gắn vào trục roto, giữa các phiến góp có cách điện với nhau và được cách điện với trục bằng lớp mica mỏng Một đầu phiến góp được xẻ rãnh để hàn với đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng Chổi than còn gọi là chổi điện làm từ than graphit và được đặt trong giá đỡ hình hộp Chổi than có thể di chuyển dọc theo trục giá đỡ, giá đỡ được cách điện và bắt chặt vào nắp máy Một đầu chổi than tì