Thiết kế nâng cấp truyền động quay chi tiết máy mài tròn

Ở các máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt là không đổi khimòn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyền động động cơ cóphạm vi điều chỉnh tốc độ là D = 2 ÷ 4

LỜI NÓI ĐẦU

Các loại máy cắt gọt kim loại là đặc trưng cho ngành cơ khí chế tạo máy, giacông kim loại… Nó đóng một vai trò to lớn trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế, cơkhí hóa có liên quan chặt chẽ tới điện khí hóa và tự động hóa Dưới tác động của khoahọc kỹ thuật hiện đại với các loại máy móc nói chung, đối với các loại máy cắt gọt kimloại nói riêng ngày càng được cho phép đơn giản hơn về kết cấu cơ khí của máy và giảmnhẹ cường độ lao động Máy cắt gọt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loạibằng cách hớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công các chi tiết có hình dáng gầnđúng với yêu cầu (gia công thô) hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chínhxác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh)

Nội dung của đồ án này em xin trình bày về “Thiết kế nâng cấp truyền động quaychi tiết máy mài tròn” Đây là máy gia công kim loại rất thông dụng trong sản xuất côngnghiệp hiện nay Trong quá trình làm đồ án, em đã nhận được sự chỉ bảo rất nhiệt tìnhcủa cô Nguyễn Thị Liên Anh, giúp em có thể hoàn thành đồ án của mình Tuy nhiên docòn những hạn chế về kiến thức lý thuyết và thực tiễn nên đồ án của em không tránh khỏinhững sai sót Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án của em đượchoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 27/05/2016

Sinh viên

Nguyễn Hồng Đức

Chương 1 Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của

máy mài tròn

1.1. Khái niệm chung về máy cắt kim loại

1.1.1. Khái niệm chung

Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt hớt cáclớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia côngthô) hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước

và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh)

1.1.2. Phân loại máy cắt kim loại

- Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công, dạng dao,đặt tính chuyển động…, các máy cắt được chia thành các máy cơ bản: tiện, phay,bào, khoan – doa, mài và các nhóm máy khác như gia công rang, ren vít,…

- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng, chuyêndùng và đặc biệt

- Theo kích thước và trọng lượng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt kimloại thành các máy bình thường, máy cỡ lớn, các máy cỡ nặng và các máy rấtnặng

- Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình thường,cao và rất cao

1.1.3. Các cuyển động trên máy cắt kim loại

Trên máy cắt kim loại có hai loại chuyển động chủ yếu: chuyển động cơ bản vàchuyển động phụ

Chuyển động cơ bản là sự di chuyển tương đối của dao cắt so với phôi để đảm bảoquá trình cắt gọt Chuyển động này lại chia ra: chuyển động chính và chuyển động ăndao Các chuyển động chính, ăn dao có thể là chuyển động quay hoặc chuyển chuyểnđộng tịnh tiến của dao hoặc phôi

- Chuyển động chính (chuyển động làm việc) là chuyển động đưa dao cắt ăn vào chitiết

- Chuyển động ăn dao là các chuyển động xê dịch của lưỡi dao hoặc phôi để tạo ramột lớp phoi mới

Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trìnhcắt gọt, cần thiết khi chuẩn bị gia công, hiệu chỉnh máy… Ví dụ: di chuyển thanh daohoặc phôi, nâng hạ xà của máy bào giường,…

1.2. Đặc điểm công nghệ máy mài tròn

Máy mài có hai loại chính: máy mài tròn và máy mài phẳng Ngoài ra còn có cácloại máy khác như: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng…Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn để kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó có trụcchính với đá mài Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại máy mài công nghiệp

Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn ngoài và máy mài tròn trong Trên máymài tròn có các loại chuyển động sau:

- Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài

- Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục)hoặc di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang trục (ăn dao ngang) hoặc chuyển độngquay của chi tiết (ăn dao vòng)

- Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của ụ đá hoặc chi tiết…

Hình 1.2 Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài tròn

1.3. Đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện của máy mài tròn

1.3.1. Truyền động chính

Thông thường máy không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sử dụng động cơ khôngđồng bộ rô to lồng sóc Ở các máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt là không đổi khimòn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyền động động cơ cóphạm vi điều chỉnh tốc độ là D = (2 ÷ 4)/1 với công suất không đổi

Ở máy mài trung bình và nhỏ v = (50 ÷ 80) m/s nên đá mài có đường kính lớn thìtốc độ quay đá khoảng 1000 vg/ph Ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ đá rất cao,động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt, đá mài gắn trên trục động cơ, động cơ cótốc độ (24000 ÷ 48000) vg/ph, hoặc có thể lên tới (150000 ÷ 200000) vg/ph Nguồn củađộng cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao (BBT quay), hoặc là các bộbiến tần tĩnh (BBT bằng thyristor)

1.3.2. Truyền động ăn dao

Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấptốc độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D = (2 ÷ 4)/1 Ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộbiến đổi – động cơ điện một chiều (BBĐ – ĐM), hệ KĐT – ĐM có D = 10/1 với điềuchỉnh điện áp phần ứng

Truyền động ăn dao dọc của bàn máy mài tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ –

Chương 2 Thiết kế mạch động lực 2.1 Phân tích đặc tính và nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

2.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 2.1 Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt:

- Phần cảm (phần tĩnh): gồm các cuộn dây kích từ sinh ra từ thông Φ

- Phần ứng (phần quay): nối với điện áp lưới qua vành góp và chổi than

Tác động giữa từ thông Φ và dòng điện phần ứng Iư tạo nên momen quay của động

cơ Khi động cơ quay các thanh dẫn phần ứng cắt qua từ thông Φ tạo nên sức điện động

Eư.

Đặc điểm của động cơ điện một chiều:

- Ưu điểm: động cơ điện một chiều có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điệntrong những trường hợp khác nhau Ưu điểm nổi bật nhất của nó là điều chỉnh tốc

độ dễ dàng với khả năng chịu quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng Cấu trúc mạch lực,mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời đạt chất lượng cao hơn động cơ đồng bộ

- Nhược điểm: hoạt động kém tin cậy vì thường hư hỏng trong quá trình vận hànhnên cần bảo dưỡng thường xuyên Ngoài ra tia lửa điện phát sinh trên cổ góc chổithan gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ

2.1.2 Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đặc tính của động cơ điện một chiều gồm có đặc tính cơ và đặc tính cơ điện

Hình 2.2 Sơ đồ thay thế của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân bằng điện áp:

Với

Trong đó: – điện trở cuộn dây phần ứng, (Ω)

– điện trở cuộn cực từ phụ, (Ω)

– điện trở cuộn bù, (Ω)

– điện trở tiếp xúc giữa chổi điện và phiến góp, (Ω)

Sức điện động của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

(2-1)Với : từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)

: tốc độ góc, (rad/s): hệ số cấu tạo của động cơTrong đó: p – số đôi cực từ chính

N – số thanh dẫn tác của cuộn dây phần ứng dưới một mặt cực từ

a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứngNếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút):

(2-2)Với suy ra

Từ (2-1) và (2-2) ta có:

Phương trình (2-3) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từđộc lập

Mặt khác momen điện từ của động cơ được xác định:

 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng ()

Giả sử và điện trở phụ

Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với :

Tốc độ động cơ khi không tải: .

Khi giảm thì cũng giảm theo

Vậy khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì momen mở máy và dòng khởi động động

cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm

 Ảnh hưởng của từ thông Φ

Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ

Khi từ thông thay đổi thì:

Dòng điện ngắn mạch: không đổi

Momen mở máy: thay đổi

Vậy khi từ thông giảm thì độ cứng đặc tính cơ giảm đi

2.1.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

Hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều là:

- Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiềubao giờ cũng cần có bộ biến đổi Có 4 loại bộ biến đổi chính thường được sử dụng:

- Bộ biến đổi máy điện: gồm động cơ sơ cấp kéo máy phát điện một chiều hoặc máyđiện khuếch đại (MĐKĐ)

- Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT)

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: thyristor (CLT)

- Bộ biến đổi xung áp một chiều: thyristor hoặc transistor (BBĐXA)

Tương ứng ta có các hệ truyền động:

- Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ)

- Hệ truyền động khuếch đại từ – động cơ (KĐT – Đ)

- Hệ truyền động chỉnh lưu thyristor – động cơ (T – Đ)

- Hệ truyền động xung áp – động cơ (XA – Đ)

 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng:

Để điều chỉnh điệp áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máyphát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển… Các thiết bị nguồnnày có chức năng biến năng lượng xoay chiều thành một chiều có sức điện động điềuchỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơnên các bộ biến đổi này có điện trở trong khác không

Hình 2.3 Sơ điều khối nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.

Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng khôngđổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển của hệthống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là ưu việt

Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặnbởi đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị địnhmức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và vềmomen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Để thỏa mãn khả năng quá tải, đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải cómomen khởi động là:

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị , , là xác định, vì vậy phạm vi điều chỉnh

D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động

cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lầnđiện trở phần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được:

Vì thế tải có đặc tính momen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũngkhông vượt quá 10

Hình 2.4 Đồ thị quan hệ giữa moman tải và tốc độ.

Đồ thị hình 2.4 mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trườnghợp đặc tính tải khác nhau Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng động

cơ là rất thích hợp trong trường hợp momen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh.Cũng thấy rằng không nên nối them điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làmgiảm đáng kể hiệu suất của hệ

2.2 Nguyên lý điều khiển hệ chỉnh lưu – động cơ (T – Đ)

Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển – động cơ một chiều, bộ biến đổi

là các mạch chỉnh lưu điều khiển có sức điện động phụ thuộc vào giá trị của pha xungđiều khiển (góc điều khiển) Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phầnứng hoặc dòng điện kích thích động cơ

2.2.1 Hệ chỉnh lưu thyristor

Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi bộ biến đổi van điều khiển để biến đổi nănglượng điện xoay chiều thành điện một chiều để cung cấp cho động cơ điện một chiều.Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu, tức là thay đổi góc mở αcủa thyristor

Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động T – Đ là tác động nhanh không gây ồn ào và

dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao Điều đó rất thuậntiện cho việc thiết lập hệ thống tự động, điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao chất lượngđặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống

Trong phạm vi đồ án này, em sử dụng bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiểnkhông đảo chiều quay (sử dụng bộ chỉnh lưu 6 thyristor) cấp điện cho động cơ truyềnđộng quay chi tiết máy mài tròn như hình 2.6

2.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển

Hình 2.6 Giản đồ thời gian làm việc mạch chỉnh lưu cầu ba pha.

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều quay bằng cách dùng các van dẫnthyristor với , , là các thyristor nhóm chung katot; còn , , là các thyristor nhóm chunganot Động cơ điện một chiều kích từ độc lập được điều khiển bằng cách thay đổi góc mở

α của hệ để thay đổi điện áp ra phần ứng động cơ

Với các thyristor của nhóm đấu katot chung, điểm mốc để tính góc điều khiển làđiểm giao nhau của điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp dương

Với các thyristor của nhóm đấu chung anot, điểm mốc để tính góc điều khiển làđiểm giao nhau của điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp âm

Xung điều khiển được phát lần lượt theo đúng thứ tự đánh số từ đến cách nhau600̊ điện, còn mỗi nhóm thì xung cách nhau 1200̊

Để thông mạch, tải cần có hai van dẫn đồng thời:

- Trong khoảng thời gian thì và dẫn

- Trong khoảng thời gian thì và dẫn

- Trong khoảng thời gian thì và dẫn

- Trong khoảng thời gian thì và dẫn

- Trong khoảng thời gian thì và dẫn

- Trong khoảng thời gian thì và dẫn

Khi chọn van ta dựa vào 2 chỉ tiêu chính:

- Chỉ tiêu về dòng điện

- Chỉ tiêu về điện áp

a) Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện

Khi đã biết tham số về dòng điện tải định mức hoặc lớn nhất, đồng thời cũng đãchọn được phương án sơ đồ chỉnh lưu, để xác định giá trị trung bình dòng điện thực tếqua từng van ta chọn van theo nguyên tắc:

Trong đó:

- : dòng trung bình của van được chọn

- : hệ số dự trữ về dòng điện cho van Với các tải ổn định và dòng qua vandưới 100A chỉ cần có = 1,2 ÷ 1,4 Chọn = 1,4

- = 1,367 (A)

Vậy trị số dòng trung bình qua van:

= 1,4.1,367 = 1,914 (A) (2-5)b) Chọn van theo chỉ tiêu điện áp

Chọn van theo chỉ tiêu điện áp cần biết điện áp ngược làm việc lớn nhất của van , rồi sau

đó cũng theo nguyên tắc điện áp của van được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

Thay vào ta có điện áp chỉnh lưu:

= 220 + 11 + 11 + 4 = 246 (V)

Ở chế độ định mức, tương ứng với góc , điện áp chỉnh lưu định mức là:

• thường chọn trong khoảng 100̊ ÷ 180̊ , chọn = 150̊

=> = 254,67 (V)

Ta có: => = 108,83 (V)

Điện áp làm việc lớn nhất:

= 266,58 (V)Thay và vào biểu thức ta có:

= 2,2.266,58 = 586,48 (V) (2-6)

Từ hai chỉ tiêu (2-5) và (2-6), chọn thyristor theo [Phụ lục 2 – Bảng 2.1.1 – Sáchhướng dẫn thiết kế điện tử công suất], ta chọn được Thyristor loại T6 – 10 có phạm vicấp điện áp (1 ÷ 16), nên chọn van có cấp điện áp tương ứng với cấp điện áp chịu đượcbằng 587 (V)

Các thông số của thyristor:

- Điện áp điều khiển: = 3 (V)

- Dòng qua van: = 0,7 (A)

2.3.2 Tính chọn cuộn kháng lọc

Mục đích của việc tính toán bọ lọc là xác định các trị số cần thiết của điện cảm lọcsao cho thỏa mãn hệ số đập mạch cho trước đồng thời hiệu chỉnh để có kích thước vừaphải

Hình 2.7 Lọc điện cảm

a) Tính giá trị điện cảm

Giá trị điện cảm cuộn kháng lọc được xác định theo công thức:

(2-7)Trong đó:

- : điện trở tải = 53,65 (Ω)

- : hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ điện áp xoa chiều

- : tần số góc của điện áp xoay chiều.

- Độ dài trung bình đường sức: = 2.(a+h+c) = 2.(3+9+2,4) = 28,8 (cm)

- Độ dài trung bình dây quấn: = 2.(a+b)+π.c = 2.(3+4,5)+π.2,4 = 22,54 (cm)

- ΔT = 50ᵒC là chênh lệch nhiệt độ tối đa cho phép giữa cuộn dây điện cảm và môitrường.

Tính hệ số μ theo H và B:

(H/m)

 Tính trị số điện cảm nhận được:

(H)Trị số này lớn hơn 5% giá trị yêu cầu nên chấp nhận được

 Tiết diện dây quấn:

• = 220 (V) – điện áp định mức động cơ.

• = 11 (V) – độ sụt áp trên cuộn kháng

• = 11 (V) – độ sụt áp trên máy biến áp

• = 4 (V) – sụt áp trung bình trên van

Thay vào ta có điện áp chỉnh lưu:

- Do biến áp đấu Δ/Y nên điện áp trên cuộn sơ cấp = 380 (V)

- Công suất một chiều trên tải:

- Công suất máy biến áp: = 1,092 (kVA)

- Điện áp sơ cấp máy biến áp: = 380 (V)

- Dòng điện sơ cấp: = 0,955 (A)

- Điện áp thứ cấp máy biến áp: = 108,83 (V)

- Dòng điện thứ cấp: = 3,345 (A)