2.1 Chọn sản phẩm
- Dây cáp điện có nhiều loại khác nhau để dành cho những mục đích làm
việc khác nhau như dùng để truyền tải, chống cháy, điều khiển,…Ở đây, ta quan tâm đến các loại cáp điện dùng trong lĩnh vực truyền tải điện cao áp, hạ áp, trung áp. Trong đề tài này, ta chọn loại dây cáp điện có cấp điện áp 450 – 750V thuộc lưới điện trung áp.
- Dây có thể được bện một lớp hoặc nhiều lớp khác nhau tùy theo cấp
điện áp sử dụng. Với cấp điện áp 450 – 750V, ta chọn bện 2 lớp với một lõi dẫn.
Hình 2.1 Cáp điện
- Dây có thể được bện với nhiều bước bện và có thể thay đổi hướng bện ở mỗi lớp. Như đã phân tích ở trên thì khi bện xuôi, dây sẽ mềm hơn nhưng dễ bị vặn xoắn còn khi bện chéo, dây cứng hơn và có thể triệt tiêu momen xoắn, bước bện khít, tăng tính an toàn cho dây.
Sản phẩm dây cáp điện rất đa dạng, ở phạm vi đề tài này ta chọn dòng sản phẩm dây cáp điện trung thế.
Hình 2.2 Sản phẩm
Một số thông số cơ bản của các mẫu sản phẩm hiện nay trên thị trường như sau:
Máy thiết kế của đề tài sẽ chọn ra một số tiết diện danh định để sản xuất, cụ thể sẽ chọn các tiết diện như sau:
- 240 mm2
- 300 mm2
- 400 mm2
- 500 mm2
Ta lấy một trường hợp tính toán rồi sau đó đưa ra các thông số về đường kính sợi, đường kính lõi cho các trường hợp sản phẩm khác.
Với máy thiết kế của chúng ta, ta chọn khung quay 1 có 6 cuộn dây, khung 2 có 12 cuộn dây.
*Trường hợp 1: S = 240 mm2
S1 sợi = mm2
Đường kính sợi là dsợi = mm
Chu vi của vòng sợi thứ nhất: C1 = 4,1213 x 6 = 24,7278 mm Đường kính vòng sợi thứ nhất: D1 = 24,7278/3,14 = 7,875 mm Đường kính của sợi làm lõi là: dlõi = 7,875 – 4,1213 = 3,7537 mm Ta chọn dsợi = 4,1 mm, dlõi = 3,7537 mm
*Trường hợp 2: S = 300 mm2
Tương tự ta tính được dsợi = 4,6 mm, dlõi = 4,2 mm *Trường hợp 3: S = 400 mm2
Tương tự ta tính được dsợi = 5,3 mm, dlõi = 4,85 mm *Trường hợp 4: S = 500 mm2
Tương tự ta tính được dsợi = 6 mm, dlõi = 5,4 mm
Tổng hợp ta có bảng sản phẩm của máy thiết kế như sau:
Bảng 2.1 Đường kính lõi và sợi sản phẩm
STT Tiết diện danh định(mm2)
Số sợi khung 1 Số sợi khung 2 Đường kính lõi (mm) Đường kính sợi (mm) 1 240 6 12 3,75 4,1 2 300 6 12 4,2 4,6 3 400 6 12 4,85 5,3 4 500 6 12 5,4 6
2.2 Nội dung thiết kế
- Xác định nguyên tắc làm việc và chế độ làm việc của máy được thiết kế.
- Lập sơ đồ toàn máy và các bộ phận máy.
- Xác định lực, momen tác dụng lên các bộ phận máy và đặc tính thay đổi của tải trọng theo thời gian.
- Chọn loại vật liệu chế tạo các chi tiết máy.
- Tính toán động học, động lực học, khả năng làm việc, tính công nghệ và tính kinh tế của máy.
- Hình dạng và kích thước các bộ phận, chi tiết máy.
- Xác định quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết và lắp ráp các bộ
phận, chi tiết máy với dung sai thích hợp.
- Lập thuyết minh và các chỉ dẫn sử dụng máy.
2.3 Nguyên lý thiết kế máy
2.3.1 Nguyên lý 1
- Nguyên lý hoạt động: Hình 2.1
Tang cuốn sản phẩm 5 sẽ có nhiệm vụ kéo lõi từ cuộn lõi 1 và đi qua 2 khung quay 2. Khung quay 2 chứa các cuộn phôi 3 là các sợi dây đồng khi quay sẽ xoắn các sợi lại với nhau và cứ mỗi khung quay khi quay sẽ cho ra một lớp bện. Bộ phận kéo căng 4 có nhiệm vụ tạo cho sợi dây luôn luôn căng để các lớp bện được đều hơn.
- Ưu điểm:
+ Do các khung quay còn cuộn phôi đứng yên nên kết cấu máy gọn, thuận lợi cho quá trình thiết kế.
+ Tốc độ quay nhanh làm cho năng suất tăng.
- Nhược điểm:
+ Ít sợi trong mỗi lớp bện, nếu muốn nhiều thì phải tăng số cuộn phôi do đó máy sẽ dài và làm tăng chiều dài nhà xưởng.
2.3.2 Nguyên lý 2
- Nguyên lý hoạt động: Hình 2.2
Ở nguyên lý này, các cuộn phôi 3 được thiết kế gắn trên một khung quay 2, được đặt theo chiều dọc của khung. Khi khung quay, các cuộn phôi cũng đồng thời quay quanh chính nó và quay theo khung, mỗi khung sẽ cho một lớp bện. Tang cuốn sản phẩm 5 có nhiệm vụ kéo lõi dây ở cuộn lõi 1. Khi quay, bộ phận kéo căng 4 có tác dụng giữ được lực căng cho các sợi dây để đảm bảo các lớp bện được đồng đều. 2 khung quay được cho quay theo 2 chiều ngược nhau, điều này sẽ làm cho 2 lớp bện của chúng ta ngược chiều nhau như mong muốn thiết kế.
- Ưu điểm:
+ Bện được các cáp có yêu cầu số sợi trong một lớp bện nhiều hơn, ta dễ dàng thấy rõ điều này bằng việc tăng số cuộn phôi và tăng đường kính khung quay.
+ Giảm được chiều dài của máy so với dùng nguyên lý 1, giảm diện tích nhà xưởng.
- Nhược điểm:
+ Vì khung quay mang nhiều cuộn phôi dây và các cơ cấu hỗ trợ khác nên máy cồng kềnh, chế tạo khó khăn hơn.
Hình 2.3 Nguyên lý 1
1. Tang cuộn lõi dây
2. Khung quay
3. Cuộn sợi dây
4. Bộ phận kéo căng
Hình 2.4 Nguyên lý 2
1. Tang cuộn lõi dây
2. Khung quay
3. Cuộn phôi dây
4. Bộ phận kéo căng
5. Tang cuốn sản phẩm
+ Công suất động cơ yêu cầu phải lớn, giá thành máy sẽ cao hơn.
+ Điều quan trọng là do các cuộn phôi được đặt theo chiều dọc nên lực căng dây sẽ ảnh hưởng đến cuộn phôi, làm các cuộn phôi bị lệch về một phía và khó bố trí các bộ phận căng dây cho từng cuộn phôi.
2.3.3 Nguyên lý 3
- Nguyên lý hoạt động: Hình 2.3
- Ở nguyên lý này, các cuộn phôi 3 cũng được thiết kế gắn trên khung
quay 2 nhưng khác với nguyên lý 2, các cuộn phôi được đặt theo chiều ngang với khung quay. Khi khung quay, các cuộn phôi cũng đồng thời thực hiện 2 chuyển động là quay quanh chính nó và quay cùng với khung quay. Bộ phận tang cuộn sản phẩm 5 có nhiệm vụ kéo lõi dây ở cuộn 1 và đồng thời kéo cả các sợi dây ở các cuộn phôi. Bộ phận căng dây 4 có tác dụng giữ các sợi dây luôn căng để đảm bảo các lớp bện
được đồng đều. 2 khung quay được cho quay theo 2 chiều ngược nhau để 2 lớp bện là ngược chiều nhau.
Hình 2.5 Nguyên lý 3
1. Tang cuộn lõi dây
2. Khung quay
3. Cuộn phôi dây
4. Bộ phận căng dây
5. Tang cuộn sản
phẩm
- Ưu điểm:
+ Giống như nguyên lý 2 được trình bày ở trên, ở nguyên lý 3 ta cũng có thể tạo được các sản phẩm có sự yêu cầu số sợi trong mỗi lớp bện nhiều hơn.
+ Giảm được diện tích nhà xưởng.
+ Ưu điểm lớn nhất của nguyên lý này là các cuộn phôi dây không bị lực căng dây gây ra sự mất cân đối.
- Nhược điểm:
+ Nguyên lý này cũng làm cho máy thiết kế cồng kềnh, phức tạp, chế tạo khó khăn hơn.
+ Giá thành máy cao, công suất động cơ lớn.
Từ 3 nguyên lý nêu trên, ta thấy nguyên lý thứ 3 là đáp ứng được các yêu cầu của công việc thiết kế:
- Số sợi cho một lớp bện được đảm bảo.
- Về độ phức tạp của máy ta có thể làm cho nó đơn giản hơn bằng việc
thiết kế máy.
- Giảm được diện tích nhà xưởng
- Các cuộn cấp phôi sẽ hoạt động hiệu quả hơn.
2.4 Chọn sơ đồ động
Ứng với nguyên lý vừa chọn ta có một số phương án bố trí sơ đồ động như sau. Nhiệm vụ của chúng ta là tìm ta một phương án sơ đồ động tốt nhất để thiết kế máy.
2.4.1 Phương án 1
- Sơ đồ: Hình 2.6
- Nguyên lý: ở sơ đồ động này ta dùng 1 động cơ để điểu khiển cả máy.
Bộ truyền đai 2 có nhiệm vụ truyền chuyển động từ động cơ đến các hộp giảm tốc trước khi qua bộ truyền đai hoặc xích để đến các tang và khung quay.
Hình 2.6 Sơ đồ động 1 1. Động cơ 2. Bộ truyền đai 1 3. Trục chính 3 4. Hộp giảm tốc 1 5. Hộp giảm tốc 2 6. Hộp giảm tốc 3 7. Hộp giảm tốc 4 8. Bộ truyền xích 1 9. Bộ truyền xích 2 10. Bộ truyền xích 3 11. Cuộn lõi thép 12. Khung 1 13. Khung 2 14. Cuộn dây 15. Bánh tang cuốn 16. Cuộn thành phẩm. 17. Nối trục 18. Ly hợp ma sát - Ưu điểm: + Rẻ tiền vì chỉ dùng một động cơ.
+ Kết cấu đơn giản, tạo được sự đồng bộ trong khi điều khiển tốc độ của khung quay và tang cuốn.
+ Quay được với tốc độ nhanh.
- Nhược điểm:
+ Các trục rất dài, hoạt động không tốt.
2.4.2 Sơ đồ động 2
- Sơ đồ động: hình 2.7
- Nguyên lý: ở sơ đồ động này, ta dùng 3 động cơ để điều khiển các khung quay và tang riêng biệt. Puly cuộn 13 có tác dụng đảm bảo lực kéo căng lõi dây là không đổi trong quá trình làm việc.
- Ưu điểm:
+ Khắc phục được nhược điểm về độ dài của các trục. + Có thể làm việc được ở tốc độ cao.
Hình 2.7 Sơ đồ động 2 1. Động cơ điện 2. Bộ truyền đai 3. Trục chung đường truyền 2 4. Hộp giảm tốc 1 5. Hộp giảm tốc 2 6. Hộp giảm tốc 3 7. Hộp giảm tốc 4
8. Bộ truyền đai khung 1 9. Bộ truyền đai khung 2 10. Bộ truyền xích 11. Cuộn lõi dây 12. Khung quay 1 13. Khung quay 2 14. Cuộn dây 15. Tang cuốn 16. Cuộn thành phẩm - Nhược điểm:
+ Khó điều khiển sự đồng bộ trong các chuyển động của khung quay và tang.
+ Có thể xảy ra hiện tượng trượt trơn ở các bộ truyền đai nếu như quay ở tốc độ cao.
2.4.3 Sơ đồ động 3
- Sơ đồ: hình 2.8
- Nguyên lý: ở sơ đồ động này, ta thay 2 bộ truyền đai ở mỗi khung quay bằng 2 bộ truyền bánh răng. Bộ phận puly cuộn 13 có tác dụng làm cho lực kéo dây luôn không đổi khi đường kính của tang cuộn tăng lên.
- Ưu điểm:
+ truyền động chính xác hơn so với các bộ truyền khác. + Khắc phục được sự trượt trơn của bộ truyền đai.
Hình 2.8 Sơ đồ động 3 1. Động cơ điện 2. Bộ truyền đai 3. Trụcchung đường truyền 2 4. Hộp giảm tốc 1 5. Hộp giảm tốc 2 6. Hộp giảm tốc 3 7. Hộp giảm tốc 4 8. Bộ truyền bánh răng 1 9. Bộ truyền bánh răng 2 10. Bộ truyền xích
11. Cuộn lõi dây 12. Khung quay 1 13. Khung quay 2 14. Cuộn dây 15. Tang cuốn 16. Cuộn thành phẩm - Nhược điểm:
+ Khó khăn trong chế tạo vì bánh răng lớn.
2.4.4 Sơ đồ động 4
- Sơ đồ: Hình 2.9
- Nguyên lý: ở sơ đồ động này, ta thay 2 động cơ điện ở 2 khung quay
bằng 2 động cơ thủy lực và thêm một bộ phận nữa là bộ phận puly cuộn 8 để đảm bảo vận tốc cuộn lõi dây.
- Ưu điểm: + làm việc êm hơn, công suất lớn do dùng động cơ thủy lực + không có sự trượt trơn.
- Nhược điểm:
+ giá thành lưu chất cho động cơ thủy lực đắt, dẫn đến chi phí giá thành máy cao.
2.4.5 Chọn sơ đồ động
Qua phân tích 4 sơ đồ trên ta thấy sơ đồ động 1 đảm bảo độ chính xác và các thông số kỹ thuật của máy, máy nhỏ gọn, tính kinh tế cao.
Hình 2.9 Sơ đồ động 4 1. Động cơ thuỷ lực 1 2. Bộ truyền bánh răng 1 3. Động cơ thuỷ lực 2 4. Bộ truyền bánh răng 2 5. Tang cuốn 6. Hộp giảm tốc 1 7. Hộp giảm tốc 2 8. Động co đường truyền 2 9. Bộ truyền đai đường truyền 2
10. Bộ truyền xích 11. Cuộn lõi dây 12. Khung quay 1 13. Khung quay 2 14. Cuộn dây
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC3.1 Sơ đồ máy