Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài bao gồm 5 chương lớn: Chương 1: Yêu cầu về công nghệ và truyền động cho máy tiện Chương 2: Tính toán chọn động cơ máy tiện Chương 3: Lựa chọn phương án truyền động và tính toán mạch máy tiện Chương 4 : Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Chương 5: Xây dựng cấu trúc hệ truyền động và mô phỏng tính toán mạch lực, mạch điều khiển, các khâu quan trọng trong mạch điều khiển như khâu đồng bộ, khâu tạo điện áp tựa, khâu so sánh, khâu tạo xung chùm, mạch khuếch đại xung....
Mục lục Lời nói đầu Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, nhiều thành tựu mới đã được áp dụng vào lĩnh vực công nghệ sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng, kỹ thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ cường độ lao động. Việc tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị là hai yếu tố của hệ truyền động điện hay một cơ cấu nào đó là rất khó khăn. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó và cùng với những kiến thức đã được học, nhóm em đã chọn đồ án môn học với đề tài : “ Thiết kế hệ thống truyền động ăn dao máy tiện” Đề tài bao gồm 4 chương lớn: Chương 1: Yêu cầu về công nghệ và truyền động cho máy tiện Chương 2: Tính toán chọn động cơ Chương 3: Lựa chọn phương án truyền động và tính toán mạch Chương 4 : Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Chương 5: Xây dựng cấu trúc hệ truyền động và mô phỏng Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của cô giáo Nguyễn Thị Liên Anh, em đã hoàn thành xong bản đồ án môn học này. 1 Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thức còn hạn chế, nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất kính mong nhận được sự góp ý bổ sung của các thầy, cô giáo để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2014 Chương I : Yêu cầu về công nghệ và truyền động cho máy tiện I. Yêu cầu công nghệ. 1. Đặc điểm công nghệ. 1.1. Công dụng của máy tiện. Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng, chuyên dùng,máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máy tiện có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau như : tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt cầu,tiện định hình. 2 Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và tiện ren, bằng các dao cắt, dao doa, taro ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài milimet đến hàng chục mét. Hình 1.1. Dạng bên ngoài của máy tiện Dạng bên ngoài của máy tiện như hình trên. Trên thân máy 1 đặt ụ trước 2, trong đó có trục chính quay chi tiết. Trên gờ trượt đặt bàn dao 3 và 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 giá mũi khoan, mũi doa khi khoan, doa chi tiết. 1.2. Truyền động ăn dao của máy tiện. Biểu thức tổng quát đặc tính cơ của máy tiện : M c = M c0 + (M c.đm – M c0 ).() q . Trong đó : - M c0 là momen ứng với tốc độ w = 0. - M c là momen khi máy có tốc độ w c . - M c.đm momen ứng với tốc độ định mức. Ứng với truyền động ăn dao thì q = 0, tức là M c = M c.đm = const. Từ đây ta vẽ được đặc tính cơ của truyền động ăn dao : 3 Hình 1.2. Đặc tính cơ của truyền động ăn dao. 2. Đồ thị phụ tải. Lực ăn dao của truyền động ăn dao được xác định theo công thức: F ad =kF x + F ms + F d , [N] Công suất ăn dao của máy tiện được xác định bằng công thức: P ad = F ad .v ad .10 -3 , [kW] Công suất ăn dao thường nhỏ hơn công suất cắt 100 lần vì tốc độ ăn dao được xác định bởi lượng ăn dao và tốc độ góc chi tiết: v sd = s’. ω ct .10 -3 , [m/s] nhỏ hơn tốc độ cắt nhiều lần. Lực và mômen phụ tải của truyền động ăn dao không phụ thuộc vào tốc độ của nó, vì phụ tải của truyền động ăn dao chỉ được xác định bởi khối lượng bộ phận di chuyển của máy và lực ma sát ở gờ trượt và ở hộp tốc độ. Trong thực tế, ở vùng tốc độ thấp , lượng ăn dao nhỏ ,nên lực cắt bị giới hạn bởi chiều sâu cắt tới hạn, do đó trong vùng này khi tốc độ ăn dao giảm , lực ăn dao và momen cũng giảm theo. Ở tốc độ cao, tốc độ cắt của truyền động chính lớn, nếu giữ F ad lớn như cũ thì công suất truyền động sẽ rất lớn. Do đó cho phép giảm nhỏ lực ăn dao trong vùng này, momen truyền động ăn dao cũng giảm theo. Từ đó ta vẽ được đồ thị đặc tính phụ tải của truyền động ăn dao. 4 Hình 1.3. Đồ thị phụ tải của truyền động ăn dao. Ở dải tốc độ rộng v 1 <v<v 2 momen phụ tải là hằng số, ở vùng tốc độ v<v 1 và v>v 2 momen phụ tải sẽ thay đổi tuyến tính theo tốc độ. II. Yêu cầu về truyền động. - Truyền động ăn dao cần phải đảo chiều quay để đảm bản ăn dao hai chiều. Đảo chiều bàn dao có thể thực hiện bằng đảo chiều động cơ điện hoặc dùng khớp li hợp điện tử. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao thường là D = (50 ÷ 300)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06 và 1,26 và mô men không đổi ( M = const). - Truyền động ăn dao là liên tục, động cơ chạy theo chế độ dài hạn. - Ở chế độ xác lập, độ sai lệch tĩnh yêu cầu nhỏ hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ không đến định mức. Động cơ cần khởi động và hãm êm. Tốc độ di chuyển bàn dao của máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng cần liên hệ với tốc độ quay chi tiết để đảm bảo giữ nguyên năng lượng ăn dao. Truyền động ăn dao thường có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, nên động cơ cần được kiểm tra theo điều kiện momen cản tĩnh ở tốc độ nhỏ nhất có tính đến sự giảm momen động cơ do điều kiện làm mát xấu và kiểm tra theo điều kiện momen khởi động. 5 Chương 2 : Tính toán chọn động cơ I. Thông số động cơ. Lực ăn dao (F ad ) Tốc độ ăn dao (V ad ) Bán kính quy đổi (ρ) Hiệu suất (ղ) Momen quán tính cơ cấu (J) 600 (N) 0.049 ÷470(m/ph) 0.049 (m) 80% 0.01 (Kg.m 2 ) II. Chọn động cơ. 1. Chọn loại động cơ. Động cơ một chiều kích từ độc lập Động cơ không đồng bộ Ưu điểm : - Điều chỉnh tốc độ dễ dàng. - Cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển đơn giản. - Chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Nhược điểm : - Phải có bộ chỉnh lưu điện áp lưới thành điện áp một chiều. Ưu điểm : - Cấu tạo đơn giản, giá thành hạ, vận hành tin cậy chắc chắn. - Có thể sử dụng trực tiếp nguồn xoay chiều. Nhược điểm : - Điều khiển tốc độ khó khăn hơn động cơ một chiều. - Các chỉ tiêu khởi động xấu hơn động cơ một chiều. So sánh ưu điểm và nhược điểm của 2 loại động cơ trên ,ta chọn sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 2. Tính toán và chọn động cơ. 2.1. Tính toán công suất động cơ. • Công suất ăn dao của máy tiện : P ad = F ad . V ad . 10 -3 (kW) F ad = 600 (N), V ad.min = 0,049 (m/phút) ; V ad.max = 470(m/phút). Công suất ăn dao : 6 P ad.max = 600. .10 -3 = 4,7 (kW) P ad.min = 600. .10 -3 = 4,9.10 -4 (kW) Vậy công suất động cơ là: P Đtt = P ad.max / ղ = = 5,875 (kW). Chọn động cơ có công suất định mức P Đ.đm ≥ (1,1 ÷ 1,3) P Đtt . Chọn P Đ.đm = 1,3 . 5,875 = 7,6375 (kW) 2.2. Tính toán tốc độ động cơ. - Tốc độ ăn dao nhỏ nhất :V ad.min = 0,049 (m/phút) ; - Tốc độ ăn dao lớn nhất : V ad.max = 470(m/phút) ; - Bán kính qui đổi là ρ = V ad / W Đ = 0,049 (m) • Tốc độ động cơ nhỏ nhất là : Đtt.min = = 0,0167 (rad/s) • Tốc độ động cơ lớn nhất là : Đtt.max = = 159,864 (rad/s) Tốc độ lớn nhất : n max = 159,864.9,55 = 1527 (vòng /phút) • Momen qui đổi về trục động cơ : M cqđ = = = 36,75 (N.m) • Từ các số liệu tính toán trên ta chọn được động cơ phù hợp : Tên động cơ Công suất định mức (P đm ) Tốc độ cho phép cực đại (n max ) Dòng định mức (I đm ) Điện áp định mức (U đm ) π52 8 (Kw) 1500 (v/ph) 43,5 (A) 220 (V) 7 Chương 3 : Lựa chọn phương án truyền động và tính toán mạch I. Phương án truyền động. Sử dụng hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động cơ : T-Đ. Công suất động cơ P đm = 8(kW) , U đm = 220(V) nên chọn hệ chỉnh lưu cầu ba pha. Hình 3.1a: Mạch chỉnh lưu cầu ba pha 8 Hình 3.1b: Giản đồ điện áp – dòng điện. Chỉnh lưu cầu ba pha dùng các van bán dẫn T 1 , T 3 , T 5 là các tiristor nhóm catot chung, T 2 T 4 T 6 nhóm anot chung. Động cơ được điều khiển bằng cách thay đổi góc mở α của hệ để thay đổi điện áp ra phần ứng của động cơ. Góc mở α được tính từ giao điểm các nửa hình sin. Giả thiết T 5, T 6 đang dẫn nên V F = U c , V G = U b Tại = π/6 + α cho xung điều khiển để mở T 1 , tiristor này sẽ mở vì U a >0. Sự mở T 1 làm cho T 5 bị khóa một cách tự nhiên vì U a > U c , lúc này T 6 và T 1 dẫn và điện áp trên tải U d = U a – U b Tại = 3π/6 + α cho xung điều khiển để mở T 2 , tiristor này sẽ mở vì khi T 6 dẫn thì có điện áp U b tác dụng lên anot của T 2 mà U b > U c . Sự mở T 2 9 làm cho T 6 bị khóa một cách tự nhiên , lúc này T 1 và T 2 dẫn và điện áp trên tải U d = U a – U c Tại = 5π/6 + α lúc này ta có U b > U a , U c cho xung mồi mở T 3 , tiristor này sẽ mở vì U b >0. Sự mở T 3 làm cho T 1 bị khóa lại một cách tự nhiên vì U b > U a, lúc này T 3 và T 2 dẫn và điện áp trên tải U d = U b – U c Tại = 7π/6 + α lúc này ta có U b > U a , U c cho xung mồi mở T 4 , tiristor này sẽ mở vì khi T 2 dẫn thì có điện áp U c tác dụng lên anot của T 4 mà U c > U a . Sự mở T 4 làm cho T 2 bị khóa một cách tự nhiên , lúc này T 3 và T 4 dẫn và điện áp trên tải U d = U b – U a Tại = 9π/6 + α lúc này ta có U c > U a , U b cho xung mồi mở T 5 , tiristor này sẽ mở vì U c > 0. Sự mở T 5 làm cho T 3 bị khóa một cách tự nhiên vì U c > U b , lúc này T 4 và T 5 dẫn và điện áp trên tải U d = U c – U a Tại = 11π/6 + α lúc này ta có U c > U a , U b cho xung mồi mở T 6 , tiristor này sẽ mở vì khi T 4 dẫn thì có điện áp U a tác dụng lên anot của T 6 mà U a > U b . Sự mở T 6 làm cho T 4 bị khóa một cách tự nhiên , lúc này T 5 và T 6 dẫn và điện áp trên tải U d = U c – U b. 10 [...]... biến dòng là : Wi = 2.2.3 Khối đo tốc độ - máy phát tốc Máy phát tốc được đặc trưng bởi hai thông số: hệ số khuyếch đại của máy phát ω ω tốc K , hằng số thời gian của máy phát tốc T Mô hình thay thế của máy phát tốc ω là một khâu quán tính bậc nhất với hệ số khuyếch đại là K ,hằng số thời gian là T ω : 35 Hàm truyền của máy phát tốc có dạng : F= Trong đó : Kw là hệ số khuếch đại tính theo công thức :... Từ đó ta được hàm truyền máy phát tốc : F= 2.2.4 Khối động cơ Lư = LưĐ + Lba + Lckl = 4,03 +0,86+16 = 20,89mH Rư = rư + rba + rckl = 0,269 + 0,061 + 0,195 = 0,525 Ω Hằng số thời gian điện từ : Tư = = = 0,06s k = = = 1,33Wb 2.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện Trong các hệ thống truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản Chức năng cơ bản của mạch... lượt là tốc độ ăn dao lớn nhất và nhỏ nhất của máy tiện Mặt khác : D = Dcơ Dđiện Trong đó : Dcơ là phạm vi điều chỉnh cơ, theo bài Dcơ = 100/1 Dđiện là phạm vi điều chỉnh điện của động cơ Dđiện = - là tốc độ động cơ lớn nhất, ứng với - là tốc độ động cơ nhỏ nhất, ứng với Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải lớn nhất: Udmax = 2,34U2cos min = Udđm lúc này tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn... trúc của động cơ điện một chiều như sau: 33 Hình 2-7 Mô hình động cơ một chiều 2 Tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ 2.1 Mô hình hệ thống điều khiển Khi điều khiển 1 động cơ, thông số cần quan tâm chính là dòng điện và tốc độ Điều khiển tốc độ động cơ để đảm bảo tốc độ của động cơ luôn bám theo một lượng đặt cho trước Điểu khiển dòng điện cũng chính là điều khiển momen đảm bảo động cơ luôn... Nguyên tắc điều khiển 16 - Có 2 hệ điều khiển chỉnh lưu cơ bản là hệ đồng bộ và hệ không đồng bộ • α Hệ đồng bộ: Trong hệ đồng bộ góc mở luôn được xác định, xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực Vì vậy trong mạch điều khiển phải có một khâu thực hiện nhiệm vụ này gọi là khâu đồng bộ hay đồng pha để đảm bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp của mạch lực Hệ đồng bộ có: + Nhược điểm là... nhạy với nhiễu + Ưu điểm là hoạt động ổn định và dễ thực hiện • α Hệ không đồng bộ: Trong hệ này góc không xác định theo điện áp lực mà được tính dựa vào trạng thái của tải chỉnh lưu và vào góc điều khiển của lần phát xung mở van trước đấy Do đó hệ không đồng bộ có: + Ưu điểm : Mạch điều khiển này không cần khâu đồng bộ, có khả năng chống nhiễu tốt hơn hệ đồng bộ vì hệ đồng bộ được điều khiển theo mạch... kém hơn hệ đồng bộ - Với những đặc điểm đó, em lựa chọn hệ điều khiển đồng bộ để thực hiện điều khiển mạch chỉnh lưu 0 2π π - Hệ điều chỉnh đồng bộ có thể được điều khiển thông qua nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính ω 0 α ω 17 - Nguyên lý hoạt động : + Dùng 2 điện áp : URC, Uđk Điện áp răng cưa (URC) có dạng tuyến tính được động bộ từ lưới điện, và thông thường thời điểm tạo điện áp răng cưa... momen vừa đủ ứng với yêu cầu của tải Hình : Mô hình hệ truyền động Trong mô hình trên, hai bộ điều khiển tốc độ và dòng điện lần lượt là Rw và Ri Bộ biến đổi là mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng Đo dòng điển ta dùng cảm biến dòng hoặc điện trở Shunt Đo tốc độ ta sử dụng máy phát tốc hoặc encorder 2.2 Hàm truyền đạt của các khối chức năng trong mô hình điều khiển 2.2.1 Khối bộ biến đổi Đối... Kbd là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi được tính theo công thức : Kbd = = = 24,12 Thay số ,ta được hàm truyền của bộ biến đổi : Wbd = Do tích Tđk.Tv rất nhỏ nên hàm truyền bộ biến đổi có thể viết thành : Fbd = 2.2.2 Khối đo dòng điện – cảm biến dòng Hàm truyền của cảm biến dòng có dạng : Fi = Trong đó : Ki là hệ số khuếch đại tính theo công thức : Ki = = = 0,093 Chọn Ti = 0.001s Do đó hàm truyền của... bên) 26 27 - Biểu đồ dạng xung điều khiển Đồ thị dạng xung điều khiển 28 Chương 5 : Xây dựng cấu trúc hệ truyền động và mô phỏng I Tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ 1 Mô hình hóa động cơ 1 chiều kích từ động lập Hình : Sơ đồ tương đương ĐCMC kích từ độc lập Trong đó: +Ud – điện áp đặt vào động cơ + Rư – điện trở mạch phần ứng + Lư – điện cảm mạch phần ứng * Các phương trình toán : Phương . công nghệ và truyền động cho máy tiện I. Yêu cầu công nghệ. 1. Đặc điểm công nghệ. 1.1. Công dụng của máy tiện. Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng,. Động cơ cần khởi động và hãm êm. Tốc độ di chuyển bàn dao của máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng cần liên hệ với tốc độ quay chi tiết để đảm bảo giữ nguyên năng lượng ăn dao. Truyền động ăn dao. chuyên dùng ,máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máy tiện có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau như : tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt cầu ,tiện định hình. 2 Trên máy tiện cũng