Điều khiển hệ truyền động thuỷ lực và các thiết bị

Ngày nay với sự bùng nổ dân số toàn cầu , lượng phế thải do con người thải ra ngày càng nhiều . Vấn đề xử lý lượng rác thải ngày càng nhiều sao cho có hiệu quả và đảm bảo vệ sinh môi trường là vấn đề mà tất cả các quốc gia trên thế giới đều quan tâm đặc , biệt là những nguồn phế thải độc hại mà phế thải y tế là một trong những nguồn phế thải độc hại có nguy cơ lây nhiễm cao. Xử lý phế thải y tế theo phương pháp đốt là một trong những phương pháp có hiệu quả cao , đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh môi trường . Đây là phương pháp được nhiều nước trên thế giới áp dụng rộng r•i . Nhưng đối với Việt Nam đây là một phương pháp xử lý còn mới . Trong đợt làm đồ án tốt nghiệp này em được giao nhiệm vụ: Tính toán thiết kế hệ dẫn động thuỷ lực các cơ cấu của thiết bị lò đốt phế thải bệnh viện dựa trên công nghệ lò đốt của áo. Đây là một công nghệ mà hiện nay đang được áp dụng rất rộng r•i ở các nước đang phát triển như nước ta. Trước yêu cầu thực tế đó, việc nghiên cứu chế tạo một số bộ phận tiến tới toàn bộ thiết bị của lò nhằm giảm giá thành là một thách thức đối với các kỹ sư cơ khí. Đây là đề tài còn mới , nhưng trong quá trình thực hiện em đ• được PGS – TS Đỗ Xuân Đinh , TS Vũ Công Hoè và các thầy giáo trong bộ môn cở cơ khí đ• nhiệt tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đúng thời hạn đồ án tốt nghiệp này . Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi nhiều thiếu sót , em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để đề tài được hoàn thiện và mang tính khả thi cao.

§ç Mai Ng©n §å ¸n tỉng hỵp ®iƯn c¬ Lời nói đầu Cùng với sự đi lên của công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước ,thì một thiết bò góp phần không nhỏ vào chất lượng sản phẩm củng như sự đi lên của một nhà máy, xí nghiệp và các nghành công nghiệp khâc, không ai khác đó chính là cầu trục. Cầu trục là một thiết bò làm việc nặng nề để nâng hạ các tải trọng,tuy là một thiết bò nặng nề cồng kềnh nhưng nó lại không thể thiếu trong các nhà máy, xí nghiệp. Trong phạm vi đề tài”Thiết kế truyền động cho cầu trục “ thì ngoài việc tính toán chọn động cơ thế nào cho phù hợp thì phương án thiết kế truyền động là không thể thiếu được và trong đề tài này em dùng phương án Thiết kế hệ truyền động cho cầu trục dùng động cơ xoay chiều điều chỉnh bằng biến tần Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệu suất sử dụng của máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương pháp tự động hóa dây chuyền sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tần số là không thể thiếu. Vì vậy nhiều loại động cơ điện đã được chế tạo và hoàn thiện cao hơn. Trong đó động cơ điện không đồng bộâ chiếm tỉ lệ lớn trong công nghiệp, do nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: giá thành thấp, dể sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành thấp, Ngày nay, do ứng dụng của tiến bộ khoa học kỹ thuật điện tử, sự phát triển của công nghiệp, kỹ thuật tự động hoá và mọi sinh hoạt của nhân dân mà phạm vi sử dụng động cơ động cơ không đồng bộ rộng rải hơn. 1 Đỗ Mai Ngân Đồ án tổng hợp điện cơ ChơngI: Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động. 1. Cấu tạo của cầu trục. Cấu tạo của cầu trục gồm 3 bộ phận chính. + Xe cầu: Gồm hai dầm chính hoặc khung dàn chính đợc chế tạo bằng thép có độ cứng không gian đặt cách nhau một khoảng tơng ứng với khoảng cách bánh xe của xe con. Hai đầu cầu đợc liên kết cơ khí với hai dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục đợc thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữ nhật tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt nhà xởng. + Xe con: Trên xe con đặt cơ cầu nâng và cơ cấu di chuyển xe con. Tuỳ theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một hoặc hai cơ cấu nâng. Xe con có thể di chuyển dọc trên xe cầu tạo điều kiện cho cầu trục có thể di chuyển đợc trong suốt chiều ngang phân xởng. + Cơ cấu nâng hạ: Thờng có tang cắt thành rãnh xoắn hai chiều để cuộn cáp nâng và hạ. Cuối hai đầu dây cáp mắc palăng kép để đảm bảo nâng hạ tải trọng theo phơng thẳng đứng. Toàn bộ cơ cầu tang, hộp biến tốc, động cơ đợc đặt trên xe con. + Cơ cấu phanh hãm 2 1 Gph 3 21 Nc Đỗ Mai Ngân Đồ án tổng hợp điện cơ Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của cầu trục. Phanh dùng trong cầu trục thờng có 3 loại: Phanh guốc, phanh dĩa và phanh đai. Nguyên lý hoạt động cơ bản giống nhau mô tả cơ cấu phanh đai gồm 1.Má phanh, 2.Cuộn dây nam châm phanh ( hoặc dùng động cơ bơm thuỷ lực tạo lực đóng mở); 3.Đối trọng phanh. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lới điện thì đồng thời động cơ phanh cũng có điện bơm thuỷ lực mở má phanh giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi động cơ ngừng làm việc thì động cơ phanh mất điện ép chặt má phanh vào trục động cơ để hãm. Đối với cơ cấu nâng hạ cầu trục loại nặng thờng ngời ta dùng 2 phanh để đảm bảo an toàn. *Nhờ đặc điểm cấu tạo nh trên cầu trục có thể di chuyển phụ tải theo 3 phơng phủ kín mặt bằng nhà xởng. - Chuyển động theo phơng thẳng đứng là chuyển động chính nhờ có cơ cấu nâng hạ đặt trên xe con. - Chuyển động dọc theo phân xởng là nhờ hệ thống chuyển động đặt trên xe cầu. - Chuyển động ngang theo phân xởng nhờ hệ thống truyền động trên xe con (xe trục). 2. Đặc điểm công nghệ. - Cầu trục làm việc trong môi trờng rất nặng nề nh ngoài hải cảng, các nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim v.v . - Làm việc ở chế độ đóng, cắt cao. - Ngoài ra tuỳ vào quá trình công nghệ mà cầu trục phục vụ ta có thêm một số yêu cầu công nghệ khác nh: - Cầu trục vận chuyển đợc dùng rộng rãi yêu cầu về độ chính xác không cao - Cầu trục lắp ráp phần lớn đợc dùng trong các nhà máy xí nghiệp nhất là trong các nhà máy cơ khí. Nó dùng để lắp ghép các chi tiết máy móc yêu cầu làm việc của nó yêu cầu độ chính xác cao, cụ thể là quá trình mở máy phải êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, dừng chính xác nơi lấy trả hàng. - Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của cầu trục phải làm việc tin cậy trong điều kiện làm việc để nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác. * Từ cấu tạo chung và đặc điểm công nghệ cùng với yêu cầu về thiết kế môn học yêu cầu thiết kế: - Thiết kế hệ truyền động cho cầu trục (trong phân xởng lắp ráp) có các thông số sau: + G=120T + G 0 =1,2T + Lực cản chuyển động khi tải định mức F c =6400 N + Lực cản chuyển động khi không tải F co =3200 N + Chiều dài xởng L=50m(Tự chọn) + Tốc độ di chuyển : v=0,040,6 m/s + Tỷ số truyền: i=15 3 Đỗ Mai Ngân Đồ án tổng hợp điện cơ + D b =0,4m + Hiệu suất cơ cấu =0,8 3. Yêu cầu truyền động. a. Đặc tính tải - Phụ tải của cơ cấu xe cầu là phụ tải động năng. Động cơ cho truyền động xe cầu làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Phụ tải mang tính chất lặp lại thay đổi, thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ nhau. Nhiệt phát nóng của động cơ cha đạt đến nhiệt bão hoà đã đợc giảm do mất tải. Nhiệt độ suy giảm cha tới giá trị ban đầu lại tăng lên do tăng tải. b. Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động - Đối với truyền động nâng hạ tải gia tốc khởi động nhỏ nhất là t kd 5V (s) với v - tốc độ nâng tải (m/s) - Thời gian hãm cũng đợc tính tơng tự nh trên c. Yêu cầu về hàm và dừng khẩn cấp - Sử dụng phanh hãm để hạn chế tốc độ khi chuẩn bị dừng và khi mất điện - Dừng chính xác tại nơi lấy và trả tải. d. Độ chính xác. - Dải điều chỉnh tốc độ 1 30 05,0 5,1 D min max == = e. Những yêu cầu khác. - Vấn đề tính chọn công suất động cơ. - Đảm bảo chiều quay - Khi làm việc với thời gian đóng máy cho trớc động cơ không bị đốt nóng quá mức. - Công suất động cơ cần phải đủ để đảm bảo thời gian khởi động trong quy định - Việc tăng công suất động cơ lên quá lớn cũng không cho phép do: - Khi P có khả năng làm tăng gia tốc cầu trục (cơ cấu di chuyển) có thể dẫn tới dao động mạnh, tải bị dật mạnh. - Tăng vốn đầu t ban đầu. - Phải thiết kế để cơ cấu làm việc an toàn ở chế độ nặng nề nhất. - Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo làm việc an toàn ở điện áp bằng 85% điện áp định mức. P t 4 Hvẽ:Đồ thị phát nhiệt của động cơ. Đỗ Mai Ngân Đồ án tổng hợp điện cơ - Khi không có tải trọng (không tải) mô men của động cơ không vợt quá (15ữ20)% M đm , đối với cơ cấu nâng của cầu trục gầu ngoạm đạt tới 50% M đm , đối với động cơ di chuyển xe con bằng (50ữ55)% M đm . Quan hệ giữa mô men và tải trọng mô tả trên hình M/M đm 1 2 3 0,2 0,4 0,6 0, 5 G/G đm 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 1,0 Đỗ Mai Ngân Đồ án tổng hợp điện cơ Chơng II chọn phơng án truyền động ,tính chọn công suất động cơ và mạch lực I: Chọn phơng án truyền động: Chọn phơng án truyền động là chọn phơng pháp điều chỉnh động cơ của cầu trục là tối u nhất đảm bảo mọi yêu cầu về công nghệ cũng nh truyền động của cầu trục . Cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại,có đảo chiều quay . Động cơ dùng cho cầu trục có thể là động cơ một chiều hoặc động cơ KĐB . ở đây ta đa ra 3 phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ I.Đối với động cơ một chiều 1.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng hệ truyền động máy phát -động cơ một chiều (F - Đ ): Hệ thống máy phát - động cơ ( F -Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện một chiều kích từ độc lập . Máy phát này thờng do động cơ sơ cấp KĐB ba pha quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi Tính chất này của máy phát đợc xác định bởi hai đặc tính đặc tính từ hoá là sự phụ thuộc giữa sức điện động của điện áp rơi trên hai cực của máy phát vào dòng điện tải các đặc tính này là phi tuyến do tính chất của lõi sắt , do các phản ứng của dòng điện phần ứng Nếu dây quấn kích thích của máy đợc cấp bởi nguồn áp lý tởng thì Ikf = Ukf/Rkf Nếu ta đặt R = Rf +Rd thì ta có thể viết phơng trình các đặc tính của hệ F-Đ nh sau: Biểu thức trên chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát thì điều chỉnh tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng thì giữ nguyên. Đặc điểm chỉ tiêu chất lợng của hệ máy phát động cơ về cơ bản tơng tự nh hệ điều áp dùng bộ biến đổi nói chung Ưu điểm nổi bật của hệ máy phát động cơ là sự chuyển trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ nguồn truyền dộng F-Đ ở các máy khai thác công nghiệp mỏ Nhợc điểm cơ bản quan trọng của hệ máy phát - động cơ là dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều gây ồn lớn công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất của động cơ chấp hành. Ngoài ra do máy phát có từ d đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh tốc độ 2.Hệ chỉnh lu Thyristo- Động cơ một chiều +Ưu điểm: -Độ tác động nhanh,không gây tiếng ồn và đặc biệt dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao . 6 ( ) K R Ukf K Kf 2 = Đỗ Mai Ngân Đồ án tổng hợp điện cơ -Thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống đIều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống. +Nhợc điểm: -Dùng các van bán dẫn có tính phi tuyến nên dạng đIện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao gây tổn thất phụ trong máy điện ở các truyền động công suất lớn và làm xấu dạng điện áp của nguồn xoay chiều .Hệ số cos thấp. II.Đối với động cơ KĐB: 1. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phơng pháp xung điện trở: Động cơ KĐB có thể điều chỉnh tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rô to, trong mục này chúng khảo sát việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng các van bán dẫn, u thế của phơng pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh . Điện trở trong mạch rôto động cơ KĐB Rr = Rrd+Rf Trong đó Rrd điện trở dây quấn rôto Rf điện trở ngoài mắc thêm vào rôto Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ KĐB không thay đổi và độ trợt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở . Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ KĐB tức là đoạn có độ trợt từ s = 0 tới s = s th là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết Trong đó s là độ trợt khi điện trở mạch rôto là Rr si là độ trợt khi điện trở mạch roto là Rrd Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và phụ thuộc vào tốc độ động cơ . Vì thế mà có thể ứng dụng phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch rô to cho truyền động có mômen tải không đổi Mạch điều khiển gồm điện trở Ro nối song song với khoá bán dẫn T1. Khóa T1 sẽ đợc đóng ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị điện trở trung bình của toàn mạch. Khi T1 đóng điện trở Ro bị loại ra khỏi mạch dòng điện rôto tăng lên . Khi T1 ngắt điện trở Ro lại đợc đa vào mạch dòng điện rôto lại giảm xuống . Với tần số đóng cắt nhất định , nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi nh không đổi và có một giá trị điện trở tơng đơng Re trong mạch .Thời gian ngắt tn = T-tđ Nếu điều chỉnh trơn tỉ số giữa thời gian đóng và thời gian ngắt ta điều chỉnh trơn giá trị điện trở trong mạch rôto Điện trở tơng đơng trong mạch 1 chiều tính đổi về mạch xoay chiều ở rôto theo qui tắc bảo toàn công suất tổn hao trong mạch rôto. 7 i s rd R I r M ì ì = 2 3 rd R r R i ss = Ro T td Ro tntd td Ro == + = Re §ç Mai Ng©n §å ¸n tỉng hỵp ®iƯn c¬ C¬ së ®Ĩ tÝnh tỉn hao c«ng st lµ nh nhau. Khi dïng chØnh lu cÇu ba pha th× ®iƯn trë tÝnh ®ỉi lµ: Khi cã ®iƯn trë tÝnh ®ỉi, dƠ dµng dùng dỵc ®Ỉc tÝnh c¬ theo ph¬ng ph¸p th«ng thêng, hä ®Ỉc tÝnh c¬ nµy qt kÝn phÇn mỈt ph¼ng giíi h¹n bëi ®Ỉc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ ®Ỉc tÝnh c¬ cã ®iƯn trë phơ Rf = 0,5Ro §Ĩ më réng ph¹m vi ®iỊu chØnh tèc ®é vµ m«men cã thĨ nèi tiÕp ®iƯn trë Ro víi mét tơ ®iƯn cã ®iƯn dung ®đ lín. 2 . §iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ K§B b»ng ph ¬ng ph¸p tÇn sè: Nguyªn lý vµ quy lt ®iỊu chØnh khi thay ®ỉi tÇn sè Từ biểu thức: Ta thấy, tốc độ đồng bộ của động cơ không đồng bộ có thể thay đổi nếu ta thay đổi tần số lưới điện f 1 . Do đó tốc độ của động cơ n = n 1 (1 – s) (6-2), cũng thay đổi theo. Khi thay đổi tần số lưới điện f 1 , nhận thấy như sau: *Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato, tức là xem r 1 = 0 thì mômen tới hạn cực đại là: Trong đó: ω 1 tốc độ góc đồng bộ x n = ω 1 L n L n = L 1 + L’ 2 Thay (6-4) và (6-5) vào (6-3), ta được: 8 2 0 2 1 R e R f R ×=×= ρ n n t x U x n U M 1 2 1 1 2 1 2 3 55,9 2 3 ω == P f 1 1 2 π ω = n t Lf PU M 2 1 2 22 1 )2(2 3 π = 2 1 2 1 t n 2 2 f U aM :tacó L)2(2 3P consta Đặt = == π P f n 1 1 60 = (6-1) (6-3) (6-4) (6-5) (6-6) (6-6) §ç Mai Ng©n §å ¸n tỉng hỵp ®iƯn c¬ Biểu thức (6-7) cho ta thấy khi tăng tần số nguồn mà vẫn giữ nguyên U 1 thì mômen tới hạn cực đại M t giảm rất nhiều. Do đó khi thay đổi tần số f 1 thì đồng thời phải thay đổi U 1 theo các quy luật nhất đònh nhằm đảm bảo sự làm việc tương ứng giữa mômen động cơ và mômen phụ tải. Nghóa là tỉ số giữa mômen cực đại của động cơ và mômen phụ tải tónh đối với các đặc tính cơ là hằng số. Đặc tính cơ của bộ phận làm việc là quan hệ giữa tốc độ quay của mômen phụ tải lên trục quay. M c = f(n) Theo biểu thức thực nghiệm mang tính chất tổng quát để mô tả dạng đặc tính cơ của bộ phận làm việc như sau: Trong đó: M c Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay ở tốc độ n (Nm) M co Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n= 0. M cđm Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n = n đm . x là số mũ đặc trưng mô tả dạng đặc tính cơ của bộ phận làm việc (cơ cấu sản xuất) khác nhau. Gồm bốn dạng như sau: * x = 0, ta có: M c = M cđm = const, Đây là đặc tính cơ đặc trưng cho hệ thống nâng và luôn có giá trò nhất đònh (đường 1 trên hình 6-1). * x = 1 Đặc tính cơ có dạng: M c = a + bn M c tỉ lệ bậc nhất với tốc độ. Đây là đặc tính đặc trưng cho máy phát điện một chiều kích từ độc lập với phụ tải máy phát là một điện trở thuần ( đường 2 hình 6-1). 9 const M M c t M == λ x ) đm cocđmcoc n n )(M(MMM −+= (6-8) (6-9) (6-9a) (6-9b) §ç Mai Ng©n §å ¸n tỉng hỵp ®iƯn c¬ * x = -1 Đặc tính có dạng: Mômen tỉ lệ nghòch với tốc độ, đặc tính này đặc trưng cho các máy cắt kim loại (đường 3 hình 6-1) * x = 2 Đặc tính có dạng: M c = a + bn 2 Mômen tỉ lệ với bình phương tốc độ, là đặc tính đặc trưng cho máy nén, tàu thủy, (đường 4 hình 6-1) Hình 6-1. Các dạng đặc tính. Như vậy, muốn điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số ta phải có một bộ nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp một cách đồng thời theo các quy luật như sau: Như vậy dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần số theo quy luật điều chỉnh hình 6-2. 10 )( n b aM c += const f U const f U const f U = = = 1 2 1 2 1 1 1 1 * * * M c 0 n 1 2 3 4 M (6-9c) (6-9d)