Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Lời nói đầu. Ngày nay máy cắt gọt kim loại đặc trng cho các ngành cơ khí chế tạo máy, gia công kim loại có một vai trò rất to lớn trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh tếquốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến đIện khí hoá và tự động hoá. D- ới tác động của khoa học kỹ thuật hiện đại đối với các loại máy móc nói chung, đối với máy cắt gọt kim loại nói riêng ngày càng đợc cho phép đơn giản về kết cấu cơ khí của máy sản xuất và giảm nhẹ cờng độ lao động. Máy cắt gọt kim loại đợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách hớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công các chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). Có thể phân loại máy cắt kim lọai nh sau: -Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trng bởi phơng pháp gia công dạng dao, đặc tính chuyển động v.v , các máy cắt đợc chia thành các máy cơ bản: tiện, phay, bào, khoan - doa, mài và các nhóm máy khác nh gia công răng, ren, vít v.v -Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng chuyên dùng đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện đợc các phơng pháp gia công khác nhau nh tiện, khoan, gia công răng , để gia công các chi tiết khác nhau về hình dáng, kích thớc. Các máy chuyên dùng là các máy dùng để gia công các chi tiết có cùng hình dáng nhng có kích thớc khác nhau. Máy đặc biệt là các máy chỉ dùng để thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng kích th- ớc. -Theo kích thớc và trọng lợng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt kim loại thành các máy bình thờng ( trọng lợng chi tiết 100 ữ10.10 3 kg), các máy cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết 10.10 3 ữ 30.10 3 kg), các máy cỡ nặng (trọng lợng chi tiết 30.10 3 ữ 100.10 3 kg) và các máy rất nặng (trọng lợng chi tiết lớn hơn 100.10 3 kg). -Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình thờng, cao và rất cao. Việc tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhng chúng luôn mâu thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lợng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một bài toán khó. Đựơc s đồng ý của hai thầy giáo Nguyễn Văn Liễn và Bùi Quốc Khánh, trong tài liệu thiết kế môn học Tổng hợp hệ điện cơ này sẽ trình bày về thiết kế hệ thống truyền động chính của máy bào giờng 7210 có các số liệu ban đầu nh sau: Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 1 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng - Tốc độ hành trình thuận ( tốc độ cắt ): v thuận = 40 m/phút v nghịch =75 m/phút - Khối lợng bàn máy và chi tiết gia công : m b +m ct = 900+800 =1700kg. - Bán kính qui đổi lực cắt : = 0,028. - Hiệu suất định mức của cơ cấu : = 0,8. - Chiều dài hành trình bàn : L b = 2,8m - Lực cắt F z = 35kN . Do thời gian thực hiện ngắn và hạn chế về mặt kiến thức nên trong tài liệu thiết kế này không thể không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong đợc sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và những ý kiến đóng góp của các bạn. Sinh viên Lê Ngọc Thành Vinh. Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 2 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Chơng I : Yêu cầu công nghệ. Máy bào giờng là loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết.Chiều dài bàn máy có thể từ 1,5m đến 2m.Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể chia máy bào giờng làm 3 loại : Máy cỡ nhỏ: L b < 3m , F k = 30 ữ 50 KN Máy cỡ trung bình : L b = 4 ữ 5m , F k = 50 ữ 70 KN Máy cỡ lớn : L b > 5m , F k > 70 KN Truyền động chính của máy bào là truyền động tịnh tiến qua lại của bàn máy.Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo chu kỳ.Mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngợc. Hành trình ngợc bàn máy chạy về vị trí ban đầu không cắt gọt nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình ngợc thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lợng ăn dao.Truyền động phụ là di chuyển nhanh của xà,bàn dao,nâng đầu dao trong một hành trình không tải. Đồ thị tốc độ tối u của máy bào giờng Hoạt động của nó nh sau : Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc đến tốc độ v o = 5 ữ 15 m/p ( tốc độ vào dao ) trong khoảng thời gian t 1 . Sau khi chạy ổn định với tốc độ v o trong khoảng thời gian t 2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 3 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng với tốc độ thấp để tránh làm sứt chi tiết ). Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định v o cho hết thời gian t 2 thì tăng tốc độ đến v th ( tốc độ cắt gọt ). Trong thơì gian t 5 bàn máy chuyển động với tốc độ v th và thực hiện gia công chi tiết. Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến v o . Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành trình ngợc đến tốc độ v ng ,thực hiện hành trình không tải, đa bàn máy về vị trí ban đầu. Gần hết hành trình ngợc bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến tốc độ v o , đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện một chu kỳ khác. Bàn dao đợc di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngợc sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết. Tốc độ hành trình thuận v th đợc xác định tơng ứng bởi chế độ cắt v th =5 ữ ( 75 ữ 120 )m/p. Để tăng năng suất của máy,tốc độ hành trùnh ngợc chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận : v ng =k. v th =(2 ữ 3)v th Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian : n=l /T ck =l /(t th +t ng ) ;T ck : thời gian của một chu kì làm việc của bàn máy. t th ,t ng :Thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận và ngợc L :Chiều dài hành trình của bàn máy. n = tdcvngLktdcvngLvthL +ì+ = ++ /)1( 1 // 1 t dc :Thời gian đảo chiều của máy. k : Tỉ số giữa tốc độ hành trình ngợc và thuận. Khi chọn v th thì năng suất phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều t dc .Khi tăng thì năng suất của máy tăng nhng khi k>3 thì năng suất tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều lại tăng. Nếu chiều dài bàn máy L b >3m thì t dc ít ảnh hởng đến năng suất mà chủ yếu là k . Khi L b nhỏ v th lớn v th = 75 ữ 120 m/p thì t dc ảnh hởng nhiều đến năng suất. Do vậy một trong những đIều chú ý khi thiết kế truyền động chính của máy bào giờng là phấn đấu giảm thời gian quá độ. Một trong những biện pháp đó là xác định tỉ số truyền tối u của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc,đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất. I tu = Jd Jm M Mc M Mc ++ 2)( M : Momen của động cơ lúc khởi động. M c :Momen cản trên trục làm việc J m , J d :Momen quán tính của máy và động cơ. Nếu coi M c = 0 thì: Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 4 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng I tu = Jd Jm Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạn chế bởi: -Lực động phát sinh trong hệ thống -Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao. 1.2.Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giờng 1.2.1.Truyền động chính. Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và thấp nhất của bàn máy. D = v max /v min = v ngmax /v thmin Trong chế độ xác lập,độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ không định mức đến định mức. Quá trình quá độ khởi động , hãm yêu cầu xảy ra êm,tránh va chạm trong bộ truyền với tác động cực đại. Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay. 1.2.2.Truyền động ăn dao. Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì,trong mỗi hành trình kép làm việc một lần Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao D = ( 100 ữ 200)/1. Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều cả ở chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện khí, thuỷ lực, khí nén Thông thờng sử dụng rộng rãi hệ thống đIện cơ : động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng. Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 5 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Chơng II : Phân tích và chọn phơng án truyền động. Động cơ trong truyền động chính là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay. Nh vậy để thực hiện truyền động cho máy bào giờng ta có thể có hai phơng án chính sau đây: Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều có đảo chiều quay Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện xoay chiều có điều chỉnh tốc độ. Sau đây ta sẽ đi phân tích hai loại truyền động này từ đó chọn ra một phơng án truyền động phù hợp. 2.1:Hệ truyền động: Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều. Động cơ điện một chiều thực hiện đảo chiều bằng hai nguyên tắc sau: Giữ nguyên chiều dòng phản ứng,đảo chiều bằng dòng kích từ. Giữ nguyên chiều dòng kích từ ,đảo chiều dòng phản ứng. 2.1.1:Hệ thống truyền động máy phát - động cơ điện một chiều. Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 6 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Hệ thống truyền động này thờng dùng cho máy cỡ trung bình L b = 3 ữ 5m,F k = 50 ữ 70 KN.Dải điều chỉnh D= ( 6 ữ 8)/1. Ưu điểm : Hệ thống này không có phần tử phi tuyến nên có đặc tính tốt , linh hoạt khi chuyển trạng thái , khả năng quá tải lớn. Điều chỉnh động cơ đợc cả hai phía : Điều chỉnh dòng kích từ máy phát F và dòng kích từ động cơ Đ. Có thể thực hiện đợc các chế độ làm việc :Động cơ , hãm tái sinh , hãm động năng và hãm ngợc. Nhợc điểm: - Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phí lắp đặt,gây tiếng ồn - Máy phát một chiều có từ d nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu tốc độ. 2.1.2:Hệ chỉnh lu Thyiristo - Động cơ điện một chiều. Sơ đồ hệ thống Thờng dùng cho máy cỡ nặng L b > 5m,F k > 70KN. Dải điều chỉnh D = (8 ữ 25 )/1. 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 khuếch đại công suất cao. Thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống. Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 7 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Nhợc điểm : Dùng các van bán dẫn có tính phi tuyến nên dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạnh cao gây tổn thất phụ trong máy điện .Trong các truyền động công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn xoay chiều. Hệ số cos thấp. 2.2.Hệ truyền động:Bộ biến đổi - Động cơ điện xoay chiều. Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ ba pha . Loại động cơ này đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp . Sự phát trển của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha mới đợc khai thác hết các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lu Thyristor - Động cơ. Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 8 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Chơng III : Tính chọn thiết bị mạch lực. I. Tính chọn động cơ truyền động. 1.1. Phụ tải truyền động chính. Phụ tải truyền động chính đợc xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành lực cắt và lực ma sát: F K = F Z + F ms F Z : lực cắt F ms : lực ma sát a. Chế độ làm việc hành trình thuận . F ms = [ ] )( ctby mmF ++ à à : hệ số ma sát gờ trợt , thờng à =0,05 đến 0,08. ở đây ta chọn à =0,075 z F 4,0= y F thành phần áp lực lên dao cắt b m : khối lợngbàn ct m : khối lợng chi tiết Ta có: F ms =0,075[0,4.3500+10(900+800)] = 2325 Do đó: F kth =F ms +F z = 35000 + 2325 =37325 b. Chế độ không tải. Khi làm việc không tải, F y =F z = 0 Do đó F kng =F ms =0,075.10(900+800) = 1275 1.2. Tính chọn động cơ. Công suất đầu trục động cơ khi cắt: 1,31 8,0.1000.60 37325.60 .1000.60 . === thth th VF P (kw) Trong đó V th =40m/ph là tốc độ hành trình thuận Công suất đầu trục động cơ khi quay ngợc không tải có tốc độ không tải V ng =75m/ph là: 2 8,0.1000.60 75.1275 .1000.60 . === ngng ng VF P (kw) Do đó phải chọn động cơ có P đm >P ttmax = 31,58 40 75 1,31 == th ng th V V P (kw) Mặt khác , hệ thống phơng án truyền động đă chọn là hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu. Đồng thời , trong thực tế, để động cơ làm việc an toàn , ngời ta phải dự trữ một hệ số an toàn cho đông cơ: Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 9 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng K at = 1,05 đến 1,1 ở đây ta chọn hệ số an toàn là: K at = 1,1 Do đó: P ttđc = 1,1.P đc =64,14(kw) Nh vậy ta có thể chọn động cơ loại: 112 có các thông số: P đm =70(kw) ; n đm =600 (vòng/phút) ; I đm =361(A) ; R + R cp = 0,0262 )( ; R cks =24( ) ; I kt = 6,55(A) ; n max = 1200 (vòng/phút) ; Số thanh dẩn tác dụng của phần ứng 210; Số nhánh song song của phần ứng : 2; Số vòng dây 1 cực của cuộn song song : 750; Từ thông hữu ích của 1 cực : 48,8; Mô men quán tính của phần ứng : J = 18 kg.m 2 ; Khối lợng của động cơ : Q(kg) = 1370 (kg) ; II.Tính toán thời gian quá trình chuyển động của máy Đồ thị tốc độ tối u của máy bào giờng: Thời gian các khoảng t1, t4, t6, t9, t10, t12, t14 đợc xác định bằng công thức: )12( = McMqd j t Các khoảng thời gian t2, t3 ,t7, t8 đợc xác định theo kinh nghiệm vận hành. Chọn t2=t3=t7=t8=0,2(s); Trong đó: M qđ = (2 ữ2,5) M đm là mô men động cơ trong quá trình quá độ. Tốc độ bàn khi cắt ứng với tốc độ chạy định mức của động cơ ta có bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ: Lê Ngọc Thành Vinh -TĐH2-K43 10 V 0 Vo Vng Vth -Vo t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 [...]... chỉnh tự động truyền động điện Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lợng nhiễu lên hệ điều chỉnh Hệ thống điều chỉnh tự động truyền Lê Ngọc Thành Vinh-TĐH2-K43 24 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng động điện động cơ quay chi tiết máy bào giờng... Vinh-TĐH2-K43 12 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Ud 0 0 Udây(max) Utb ig1 ig2 ig3 i1 i4 ia Hình II.2.Đồ thị dạng và T đang cho dòng nhỏ Hoạt động của sơ đồ: Giả thiết T5sóng6 khi góc mở chảy qua VF = vc , VG = vb Lê Ngọc Thành Vinh-TĐH2-K43 13 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Khi = 1 = Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng + cho xung điều khiển mở T1 Tiristor... RT Uw 21 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Tốc độ truyền động là đại lợng có vai trò quan trọng quyết định tới chất lợng động và tĩnh của truyền động, thờng ngời ta hay dùng máy phát tốc 1 chiều, xoay chiều và các bộ đo tốc độ xung số Máy phát tốc 1 chiều tơng tự nh một máy phát 1chiều nhng điện áp của nó phụ thuộc vào tốc dộ động cơ chứ không phụ thuộc vào... số a2 Lê Ngọc Thành Vinh-TĐH2-K43 28 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Kết quả mô Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng phỏng mạch vòng dòng điện: Kết quả mô phỏng mạch vòng tốc độ Lê Ngọc Thành Vinh-TĐH2-K43 29 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Lê Ngọc Thành Vinh-TĐH2-K43 Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng 30 ... 234V Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối /Y): U do U2 = = 100 (V) 3 2 3 U 380 Tỷ số máy biến áp: k = 1 = = 3,8 U 2 100 Lê Ngọc Thành Vinh-TĐH2-K43 15 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng 2 I d = 294,75(A) 3 Công suất máy biến áp: P = 3.U2.I2 = 3.100.294,75 = 88,4 (kVA) 3.3 Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện Mạch bảo vệ đợc thiết lập để... ra thì hàm truyền máy phát tốc F fF ( p ) = U ( p) K = p 1 + ip K hệ số tỷ lệ K = U/ ; U = 10V f là hằng số thời gian của bộ lọc và 0 diot D3 khoá do bị ngợc cực tính Lúc này chỉ có tác động qua R 4C1 nạp cho tụ C1... dụng của dòng thứ cấp máy biến áp: I2 = 2 I d = 0.816.Id 3 (theo TL-1) Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp máy biến áp: I1 = I2 I = d m m 2 3 (theo TL-1) Công suất tính toán máy biến áp: S= S1 + S 2 2 (theo TL-1) với S1 = 3.U1.I1 = 1,047.Pd Lê Ngọc Thành Vinh-TĐH2-K43 14 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ S2 = 3.U2.I2 = 1,047.Pd Thay số liệu vào ta có : S = Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng S1 + S 2 . hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Chơng II : Phân tích và chọn phơng án truyền động. Động cơ trong truyền động chính là loại động. Vinh -TĐH2-K43 2 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng Chơng I : Yêu cầu công nghệ. Máy bào giờng là loại máy công cụ dùng để gia