BTL Cơ cấu chấp hành Haui nhóm 8

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Cơ khí
----------

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

Giáo viên hướng dẫn:

TS. Phan Đình Hiếu

Nhóm: 08
Sinh viên thực hiện:

Vũ Khả Kiên - 2019603252
Nguyễn Duy Văn - 2019603548
Nguyễn Thị Huyền – 2019604225

Lớp: Cơ điện tử 2 – Khóa 14

Hà Nội – 2021


PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM
I. Thơng tin chung
1. Tên lớp:
Cơ Điện Tử 2
2. Tên nhóm: Nhóm 8
3. Họ và tên thành viên: Vũ Khả Kiên
Nguyễn Duy Văn

Nguyễn Thị Huyền

Khóa: 14
MSV: 2019603252
MSV: 2019603548
MSV: 2019604225

II. Nội dung học tập
1. Phần thuỷ khí:
Máy uốn tôn thuỷ lực dài 3m lắp ráp với 2 xy lanh được
liên kết bằng dấm máy ép như hình. Hai
xy lanh phải thực hiện hành trình làm việc
ở cùng một tốc độ. Áp suất làm việc phải
được hiệu chỉnh thích hợp với vật liệu của
chi tiết phơi. Tải trọng tĩnh cực đại tác
dụng lên pittong là 1000 kg, vận tốc
chuyển động ổn định của pittong là 0.05
m/s, thời gian tăng tốc từ 0 tới 0.05m/s là
1(s) là; thời gian giảm tốc ở cuối hành
trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian
pittong
thực
hiện
được
một
hành
trình
bằng
5s; áp suất của chất lỏng làm việc p=50at. Máy ép phải có khả năng chỉ vận hành
trong chế độ từng bước (INCHING). Máy ép phải đi đến trạng thái dừng nếu

nút ấn dừng khẩn cấp (EMERGENCY STOP) được nhấn
Hoạt động của sinh viên
- Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống?
- Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy
lực đáp ứng yêu cầu đề bài?
2


2. Phần động cơ điện
Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 2,2 KW;
Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ
nhân tạo với Rưf = 0,78 .
Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập
có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph. Biết rằng
M max
min  200%MMđm , mở máy với 3 cấp điện trở.

Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 29 KW;
Uđm=440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm
tái sinh. Xác định 𝜔 khi Iư = 60 A, Rưf = 0.
Bài 4: Động cơ khơng đồng bộ ba pha có thơng số Pđm = 22,5 kW; Uđm=380V;
nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2 Ω; r’2 = 0.24 Ω; x1 = 0,39 Ω; x’2 = 0,46 Ω. Hãy xác định
tốc độ động cơ 𝜔 khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto mắc thêm
điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2 Ω; trong mạch stato mắc thêm điện kháng
X1f = 0,75 Ω.
Bài 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thơng số
sau:
Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW.
Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/ . (Tần số nguồn điện f = 50 Hz ).
Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòng/phút.

Hiệu suất định mức là : 𝜂đm = 93,5%M.
Hệ số công suất lúc tải định mức: cos𝜑đm = 0,86. Bội số dòng điện mở máy của
động cơ là m1 = 6.
Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức
xác định:
1. Tần số của rotor?
2. Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?

3


3. Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15%M tổng
tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25%M tổng tổn hao.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án theo đúng thời gian quy
định (từ ngày …/…/2020 đến ngày …/…/2020).
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và
những sinh viên khác
IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1. Tài liệu học tập: Giáo Trình Truyền Động Điện, Hệ Thống Tự Động Thủy
Khí.
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự
án (nếu có): Máy tính.
KHOA/TRUNG TÂM

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Anh Tú

TS. Phan Đình Hiếu

4


MỤC LỤC
MỤC LỤC...............................................................................................5
DANH MỤC HÌNH ẢNH......................................................................6
DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................6
I. Phần thủy khí.....................................................................................7
1.1 Nội dung 1: biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình...................................7
1.2.1

Biểu đồ trạng thái................................................................................7

1.2.2

Lưu đồ tiến trình..................................................................................7

1.2 Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch
thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài..........................................................................9
1.2.1

Tính chọn xy lanh................................................................................9

1.2.2

Tính chọn bơm dầu............................................................................11

1.2.3

Thiết kế mạch thủy lực......................................................................12

II. Phần động cơ điện...........................................................................14
Tài liệu tham khảo:................................................................................21

5


DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái.......................................................................................7
Hình 1.2 Lưu đồ tiến trình.........................................................................................8
Hình 1.3 Thiết kế mạch thủy lực..............................................................................12
Hình 1.4 Mạch điện điều khiển.............................................................................13Y
Hình 2.1 Đường đặc tính cơ của động cơ...............................................................15

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Sự phụ thuộc vào áp suất p của tỉ số d/D.................................................10

6


I. Phần thủy khí.
1.1 Nội dung 1: biểu đồ trạng thái và lưu đồ tiến trình

7


1.1.1 Biểu đồ trạng thái

Hình 1.1 Biểu đồ trạng thái

Biểu đồ biểu diễn trạng thái của 2 xylanh A và B theo yêu cầu từng bước và có nút
dừng khẩn cấp của đề bài:










Nhấn nút S1 thì tác động 2 xylanh cùng đi ra
Nhấn nút S2 thì tác động 2 xylanh cùng đi về
Nhấn nút S3 thì tác động 2 xylanh dừng khẩn cấp
Cảm biến hành trình 1S2 được tích hợp vào mạch điện của xylanh A ở cuối
hành trình để xác định rõ khi đi hết hành trình rồi mới có thể tác động vào
S2 để xylanh đi về
Cảm biến hành trình 1S1 của xylanh A ở đầu hành trình để xác định rõ khi
đang đi về thì khơng thể không thể tác động xylanh S1 để xylanh đi ra
t=5s: thời gian một hành trình đi ra hoặc vào của xylanh (bao gồm quá trình
tăng tốc giảm tốc và chuyển động đều)
A+, B+: xylanh A, B đi ra
A-, B-: xylanh A, B đi về

8


Hình 1.2 Lưu đồ tiến trình

9


1.1.2 Lưu đồ tiến trình
Giải thích lưu đồ:
Bước 1: nhấn S1 thì xylanh A, B bắt đầu đi ra nếu khơng có sự cố gì thì S3 sẽ
khơng được nhấn và đi đến cuối hành trình ra (nhờ có cảm biến hành trình 1S2) thì
mới có thể đi về. Nếu có sự cố thì nhấn nút S3 và 2 xylanh sẽ dừng lại ngay
Bước 2: nhấn S2 thì 2 xylanh A, B bắt đầu thu về cho đến khi nào đi đến cuối hành
trình về ( nhờ có cảm biến hành trình 1S1) và rồi kết thúc.

10


1.2 Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp
ứng yêu cầu đề bài
1.2.1 Tính chọn xy lanh
1.2.1.1
Đường kính xylanh:
-Tải trọng tĩnh Pt tác động lên 2 xylanh:
(1.1)

Pt =mg=1000.10=10000 ( N )

-Tải trọng động Pđ tác động lên 2 xylanh:
Pđ =m . a=m.

∆v
0,05

=1000.
=50 ( N )
∆t
1

(1.2)

-Tải trọng cực đại tác động lên 1 xylanh:
P=

Pt + P đ 10000+50
=
=5025 ( N )
2
2

(1.3)

-Đường kính trong của xy lanh
D=

Trong đó:

√

(1.4)

4. P . K
π.p

P : tải trọng tác động lên pittong (N)
K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất
p: áp suất chất lỏng làm việc (at)

⟹ D=

√

4.5025 .1,3
=4 ( cm )
π .50.9,81

-Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn ta chọn D=40mm. Xác định lại áp suất
của chất lỏng làm việc để cho xy lanh thắng được tải trọng tác dụng:
p=

4 PK 4.5025 .1.3
N
=
=519,8
=53 ( at )
2
2
π .D
π .4
cm2

( )

d

-Đường kính cần pittong d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số D
sau:
11


Bảng 1: Sự phụ thuộc vào áp suất p của tỉ số d/D
p ≤15 at
d
=0,3 ÷0,35
D

15< p ≤50 at
d
=0,5
D

50< p ≤ 80÷ 100 at
d
=0,7
D

Áp suất của chất lỏng làm việc trong điều kiện bài tốn p=53at>50at vì vậy ta chọn
d
=0,7
D

 Đường kính cần pittong : d=0,7. D=40.0,7=28 mm
Lấy trịn đường kính d theo tiêu chuẩn ta chọn d = 28 mm
Vậy chọn đường kính trong của xylanh là 40 mm đường kính cần piston là 28 mm.

1.2.1.2 Xác định hành trình piston:
Đoạn đường piston chuyển động có gia tốc là:
2. S 1=2.

at 2 ∆ v 2 0,05−0 2
=
t =
. 1 =0,05 ( m )=50 ( mm )
2
∆t
1−0

Đoạn đường piston chuyển động đều là:
S2=v .t=0,05.3=0,15 ( m )=150(mm)=> Hành trình của piston:
S=S 1+ S 2=50+150=200(mm)

12


1.2.2

Tính chọn bơm dầu
Q 1= A ct . v ct =

Với

v ct . D 2 . π
4

(1.5)

Q1: lưu lượng cần cung cấp trong hành trình cơng tác

(l/p)
Act: diện tích bề mặt làm việc của xylanh (mm2)
vct: vận tốc chuyển động trong hành trình cơng tác ộng trong hành trình cơng tác
(vmax=0,05m/s)
D: động trong hành trình cơng tác ường kính trong của xylanh (D=40mm)
2

(40.10¿¿−2) 0,05.10
π . D2
⇒ Q 1=
. v max=π .
.
=3,77(l/ ph) ¿
4
4
1
60

-Do có 2 xylanh nên lưu lượng bơm dầu Qb=2.Q 1=7,54 (l/ ph) (bỏ qua tổn thất)
-Áp suất của bơm
pb= p=53 at

-Công suất của bơm:
Nb=

pb . Q b 53.7,54
=

=0,65 kW
612
612

(1.6)

-Công suất động cơ điện dẫn động bơm:
N đc =

Nb
ηd . ηb

(1.7)

Trong đó:
Nđc: cơng suất của động cơ điện
ηb : hiệu suất của bơm, ηb =0,6 ÷ 0,9 chọn 0,88
ηd : hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm, chọn ηd =0,88
⇒ N đc =

0,65
=0,84 (kW )
0,88.0,88

13


1.2.3 Thiết kế mạch thủy lực
1.2.3.1 Mạch thủy lực

14


Hình 1.3 Thiết kế mạch thủy lực
Bao gồm:
+ 2 xylanh (cơ cấu chấp hành)
+ 2 van tiết lưu 1 chiều (điều chỉnh lưu lượng vào)
+ 1 van 4/3 điều khiển bằng điện có lị xo
+ bộ cấp dầu: động cơ, bơm, van tràn, đồng hồ đo áp
+ van tràn (bảo vệ đường hồi)

15


1.2.3.2 Mạch điện điều khiển

16


Hình 1.4 Mạch điện điều khiển

17


II.

Phần động cơ điện.
Bài 1:
Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 2,2 KW; Uđm =110 V; Iđm
= 25,6 A; nđm = 1430 vg/phút. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với Rưf

= 0,78 Ω.
Giải.
Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên qua 2 điểm: Điểm định mức [Mđm; ωđm] ; đm] ;
Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ωđm] ; = ωđm] ; o ]
Tốc độ góc định mức:
ω đm=

nđm .2 π 1430.2 π
=
=149,7(rad /s)
60
60

(2.1)

Mô men định mức:
M đm=

Pđm 2,2.1000
=
=14.69(N . m)
ω đm
149.7

(2.2)

Như vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là điểm định mức:
(14,69;149,7)
Từ phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng:
U đm =Κ . ϕ đm . ωđm + Rư I đm

(2.3)

=> Rư = 0,96 (Ω))
Lại có cơng thức tính momen:
M đm=Κ . ϕ đm I đm
⇒ Κ . ϕ đm=0,57 ( Wb )

(2.4)

Tốc độ không tải lý tưởng rút ra từ phương trính đặc tính cơ:
ω o=

U đm
110
=
=192,98 (rad /s )
Κ . ϕ đm 0.57

(2.5)

Ta có điểm thứ hai của đặc tính (0;192,98)
Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ khơng tải lý tưởng khơng
thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo qua điểm khơng tải lý tưởng [0; ωđm] ; o ]
và điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; ωđm] ; nt]
Tốc độ góc nhân tạo (với mômen định mức) rút ra từ phương trình đặc tính cơ:
18


U đm−I đm ( R ư + Rưf )

Κ . ϕ đm
110−25,6 ( 0,96+0,78 )
rad
¿
=114,83
0,57
s

(2.6)

ω=

( )

Tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo (14,69; 114,83).
Như vậy ta đã xây dựng được đường 1 (đặc tính cơ tự nhiên) và đường 2 (đặc tính
cơ nhân tạo)

Hình 2.1 Đường đặc tính cơ của động cơ

Bài 2:
Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđm =
13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph. Biết rằng M max
mn  200%MMđm ,
mở máy với 3 cấp điện trở.
Giải.
Tốc độ định mức:
ω đm=

nđm .2 π 1050.2 π

=
=109,9(rad / s)
60
60

(2.7)

Mô men định mức:
Pđm 13,5.1000
=
=122,8(N . m)
ω đm
109,9
⇒ M max
mn =M đm=245,6(N . m)
M đm=

(2.8)

Mà cơng thức tính momen:
M đm=Κ . ϕ đm I đm
M
⇒ Κ . ϕ đm= đm =0.85(Wb)
I đm

(2.9)

19

Phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng:
U đm =Κ . ϕ đm . ωđm + Rư I đm
U −Κ . ϕ đm .ω đm 110 – 0,85.109,9
⇒ Rư = đm
=
=0,114 ( Ω )
I đm
145

(2.10)

Chọn I1 = 2Iđm
=> I1 = 2.145 = 290 (A)
U đm

110

=>R1 = I = 290 = 0,379 (Ω))
1
Với số cấp khởi động m=3, => λ =

R1
=
Rư

√ √
3

3

0.379
= 1,492
0.114

Suy ra:
R1 = λ .Rư = 1,492.0,114 = 0,17 (Ω))
R2 = λ 2.Rư = 1,4922.0,114 = 0,254 (Ω))
R3 = λ 3.Rư = 1,4923.0,114 = 0,379 (Ω))
Vậy trị số các cấp mở máy là:
Rưf1 = R1 – Rư = 0,17 – 0,114 = 0,056 (Ω))
Rưf2 = R2 – R1 = 0,254 – 0,17 = 0,084 (Ω))
Rưf3 = R3 – R2 = 0,379 – 0,254 = 0,125 (Ω))
Bài 3:
Động cơ một chiều kích từ độc lập có thơng số: Pđm = 29 KW; Uđm=440 V; Iđm = 79
A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái sinh. Xác định 𝜔 khi
Iư = 60 A, Rưf = 0.
Giải.
Cơng thức tính momen của động cơ:
M đ m=

Pđ m
=K . ϕ đ m I đ m
ωđ m

(2.11)

Do đối với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập từ thông là không đổi

20