thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục, chương 3 pps

Chng 3: Tính chọn công suất
động cơ và các phần tử mạch lực
1. Các thông số kĩ thuật :
Trọng l-ợng xe cầu ( G
0
) : 5 Tấn
Tải trọng định mức ( G
đm
) : 10 Tấn
Tốc độ di chuyển ( v ) : ( 0,05 0,5 ) m/s
Lực cản chuyển động khi tải định mức ( F
c
) : 4000N
Lực cản chuyển động khi tải không tải ( F
C0
) : 2000N
Hiệu suất cơ cấu ( ) : 0,82
Tỉ số truyền ( I ) : 31
Đ-ờng kính bánh xe cầu ( D
b
) : 0,35m
Cho rằng cầu trục đ-ợc thiết kế với cung đ-ờng dịch chuyển tải
trọng
l = 28m.
Mômen quán tính của các bộ phận quay của cơ cấu quy đổi về trục
động cơ :
J
qđ
= 0,15kGm
2
.

Thời gian xe dừng để tháo tải trọng : t
01
= 150s.
Thời gian lấy tải : t
02
= 100s.
Tính chọn nh- sau :
Tốc độ của động cơ đ-ợc tính từ tốc độ di chuyển của bánh xe :
Tốc độ nhỏ nhất : n
đcmin
= 84,6 vòng/phút
Tốc độ lớn nhất : n
đcmax
= 846 vòng/phút
Dải điều chỉnh tôc độ : D =

max
:
min
= n
đcmax
: n
đcmin
= 15 : 1
2.
Tính phụ tải tĩnh
Trong các cơ cấu chuyển động của cầu trục momen phụ tải
của mỗi loại đều có khác nhau, momen hay lực tác dụng lên hệ
thống nâng luôn luôn có chiều không đổi( chiều lực hút của trái
đất) không phụ thuộc vào chiều quay của động cơ. Còn momen phụ

b
bdc
D.
i.v
i.nn


tải của hệ thống qua lại thì có chiều thay đổi khi chiều quay của
động cơ thay đổi. Từ đó ta thấy rằng phụ tải và t-ơng ứng với chế
độ làm việc của hai loại hệ thống trên là khác nhau.
Mỗi chu kỳ làm việc của xe trục có bốn giai đoạn lấy tải , di
chuyển tải, tháo tải, di chuyển xe không về vị trí ban đầu. Thời gian
xe chạy hết quãng đ-ờng l=28m là:
t= 5660*
30
28
V
L
(s)
Giả sử thời gian lấy tải và tháo tải nh- trên.
Sơ bộ ta tính đ-ợc hệ số đóng điện t-ơng đối là:
Công suất tĩnh trên trục động cơ khi tải bằng định mức :
Khi xe chạy không tải ta có hệ số k=
5.0
GG
G
dm0
0

Tra đồ thị ta tìm đ-ợc hiệu suất động cơ trong tr-ờng hợp này
là
=0,78
Vậy công suất tính trên trục động cơ khi xe cầu chạy không tải :
Vậy nếu chọn sơ bộ công suất theo công suất trung bình thì ta có:
Với DM%=30%
Vì không có trị số tiêu chuẩn của thời gian đóng điện t-ơng đối là
30% nên ta quy đổi về hệ số đóng điện là 25%. Công suất định
mức động cơ sau khi quy đổi là:
%30
15010056.2
%100.56.2
ttt.2
%100.t.2
%DM
0201





kw439.2
82,0.1000
5,0.4000
.1000
v.F
P
cdm
C
C

kw282,1
78,0.1000
5,0.2000
.1000
v.F
P
0C
0C



kw
t
tPtP
kP
CC
dm
326,2
2
282,1439,2
25,1
.
2

0

kWPP
dmdm
55.2
%25
%30
1

Tốc độ yêu cầu của động cơ đ-ợc xác định từ tốc độ bánh xe:
n=n
b
.i= 846
35,0.14,3
31.5,0.60
.
60

b
D
iv

(v/ph)
Ta tiến hành chọn công suất động cơ điện theo các thông số sau:
1. P
đm
cỡ 2.55kW
2. n
đm

=846 vòng/phút
Tra sổ tay đặc tính cơ trong tài liệu Đặc tính cơ truyền động
điện của Vesennhepski ta chọn động cơ xoay chiều KĐB 3 pha
Rôto dây quấn MT 12_6 có các thông số sau:
U
đm
= 380 V
P
đm
= 3,5 KW
I
rdm
= 12,2A
n
đm
= 910 vòng/phút
đm
= 92,25 rad/s

m
= 2,5
Cos

dm
= 0,73
Cos

kt
= 0,35
I

Stdm
= 10,3 A
I
Stk
= 7,5 A
R
St
= 2,09
X
St
= 1,565
R
rdm
= 215
E
rđm
= 204 V
R
r
= 0,77
X
r
= 0,3
Ke = 1,74
J = 0,0675 kgm
2
=J
đc
Qđc = 109 kg
Mômen định mức và mômen tới hạn của động cơ đ-ợc tính

nh- sau:
73,36
9550

dm
dm
dm
P
n
M (Nm)
83,9173,36.5,2.
dmdmt
MM

(Nm)
Hệ số tr-ợt định mức:
09,0
1000
9101000
0
0





n
nn
s
dm

dm
Mômen quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ khi
có tải đ-ợc xác định theo công thức:

2
01
))((5.91)(
n
V
mmJJKJ
dmdctt

73.0)
846
5.0
)(10.510.10(5.91)15.00675.0(15.1
233

(kgm
2
)
Trong đó K
t
=0.15 là hệ số tính đến mômen quán tính các bộ phận
quay ngang của cơ cấu truyền lực,m
đm
,m
0
khối l-ợng định mức của
tải trọng và khối l-ợng định mức của tải trọng và khối l-ợng xe

trục(kg)
Mômen quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ khi không
tải
J
o
=K
t
(J
dc
+J
t
)+91.5m
0
(
n
V
)
2
=1.15(0.0675+0.15)+91.5.10
3
(
846
5.0
)
2
=0.41(kgm
2
)
Mômen trên trục động cơ khi xe chạy có tải là:
M

c
=
54.27
82.0.31.2
35.0.4000
.2
.

c
bco
ni
DF
(Nm)
Và xe chạy không tải là:
M
co
= 47,14
78.0.31.2
035.2000
.2
.

c
bco
ni
DF
(Nm)
Chon mô men chuyển tiếp khi khởi động động cơ là
M
2

=1.2M
c
=1,2.27,54=33,048(Nm)
Và mômen cực đại khi khởi động bằng mômen tới hạn động cơ.
Nếu có xét tới khả năng sụt áp
Ta có: M
1
=M
t
0.9
2
=91,83.0,9
2
=74,38(Nm)
Mômen khởi động trung bình là:
M
kđ
= 71,53)048,3338,74(
2
1
)(
2
1
21
MM (Nm)
Và ta coi không đổi trong thời gian khởi động có tải và không tải
Thời gian khởi động có tải là :
T
M1
= 6,2

)04,2771,53(55,9
910.73,0
)(55,9
.




ckd
dmt
MM
nJ
(s)
Thời gian khởi động không tải có thể tính đến gần đúng nh- sau:
T
M2
=
)(99,0
)47,1471,53(55,9
910.41,0
)(55,9
.
s
MM
nJ
cokd
dmo

Thời gian hãm máy có tải về không tải đ-ợc tính t-ơng tự nh- trên:
t
d1
= 21,1
)(55,9
.


cph
dmt
MM
nJ
(s)
t
d2
= 88,0
)(55,9
.
0


cph
dmo
MM
nJ
(s)
chiều dài x- đi đ-ợc trong thời gian mở máy có tải và không tải là:
L
m1

=
)(7,0
.
60
.
2
.
2
1
0
1
mt
i
nD
t
V
m
dm
m
dm


L
m2
= )(27,0
.
60
.
2
.

2
2
0
2
mt
i
nD
t
V
m
dm
m
dm


Trong đó V
đm
là tốc độ xe thực tế khi động cơ quay về tốc độ định
mức
Chiều dài xe đi đ-ợc trong thời gian hãm máy có tải và không có
tải là:
L
d1
= )(33,0
2
1
mt
V
d
dm

L
d2
= )(24,0
2
2
mt
V
d
dm

Chiều dài xe đi đ-ợc khi di chuyển tải trọng với tốc độ ổn định
L
1
=L-L
m1
-L
d1
=28-0,33=26,97(m)
Chiều dài xe đi đ-ợc khi xe chạy không tải là:
L
2
=L-L
m2
-L
d2
=28-0,27=27,49(m)
Để xác định một cách chính xác thời gian làm việc của xe trục và
động cơ trong các hành trình với tốc độ ổn định ta phải xác định lại
tốc độ xe thực tế ứng với hành trình có tải trọng và không có tải

trọng
Cách xác định nh- sau:
S
1
=S
đm 0675,0
73,36
04,27
09,0
dm
c
M
M
n
1
=n
0
(1-S
1
)=932,52
Hệ số tr-ợt động cơ khi xe chạy không tải
S
2
=S
đm 0355,0
73,36
47,14
09,0
dm
co

M
M
n
2
=n
0
(1-S
2
)=9946,54
suy ra tốc độ khi xe di chuyển có tải trọng và không có tải trọng có
tải trọng là:
V
1
=
)(55,0
.
60
1
s
m
i
nD
b


V
2
=
)(57,0
.

60
2
s
m
i
nD
b


Thời gian xe di chuyển với tốc độ ổn định khi có và không có tải
là:
t
1
=
)(04,49
55,0
97,26
1
1
s
V
L

t
2
= )(23,48
57,0
49,27
2
2

s
V
L

Theo các số liệu nhận đ-ợc về mômen và thời gian ta xây dựng
đ-ợc biểu đồ phụ tải toàn phần của động cơ nh- sau:
(vẽ hình)
Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta xác định trị
số chính xác của thời gian đóng mạch điện t-ơng đối
ĐM%=
%58,28
)(
23,4899,004,496,2
22110







ttttttt
t
ddlvlv
lv
Khi tính toán mômen đẳng trị ta chú ý đến hiện t-ợng kém toả
nhiệt của động cơ khi mở máy. Nếu hệ số kém toả nhiệt
=0,5 thì:
M
đt1

= )(61,21
)(
)(
2121
2
2
1
2
21
2
Nm
tttt
tMtMttM
mm
cocmm
kd




Tính đổi mômen này về hệ số đóng điện tiêu chuẩn 25% ta đ-ợc:
M
đt
=M
đt1 )(11,23
25
58,28
61,21 Nm
DM
DM

tc
cx

M
đt
<M
đm
=36,73 nên động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện phát
nóng
Từ các thông số của động cơ đã chọn ta tính đ-ợc các đại l-ợng
khác
R
rqđ
=K
e
2
.R
r
=1,76
2
.0,77=2,385()
X
rqđ
=1,76
2
.0,73=2,261()
n
o
= )/(1000
.60

phv
p
f

M
đm
= )(747,36 Nm
P
mm
dm



S
đm
=(1000-910)/1000=0,09
Tốc độ di chuyển xe trục là: V=0,5(m/s)
V
min
=0,05n
đmmin
= )/(62,84
60
phm
D
Vi
b


V

max
=0,5n
đmmax
= )/(22,846
60
phm
D
Vi
b


Tính chọn các điện trở thêm vào:
Giả sử một cách gần đúng ta xấp xỉ các đ-ờng đặc tính cơ
của động cơ KĐB Rôto dây quấn thành các đoạn thẳng đi qua điểm
tốc độ đồng bộ và điểm tới hạn. Khi thêm điện trở vào Rôto ta có
liên hệ:
S=si
(Rd+Rf)/Rd <*>
Trong đó Rd là điện trở t-ơng ứng với si(sđm)
*Tính chọn điện trở một chiều Ro:
Ro là điện trở mạch một chiều nó t-ơng đ-ơng với điện trở
Rfo=1/2
Ro bên mạch Rôto.
ở chế độ định mức bên Rôto chỉ có Rr và có si=sđm=0.09
+. ứng với chế độ V
max
t-ơng đ-ơng n
đc
=846(vòng/ph)
S

iMax
=(1000-846)/1000 = 0.154
Thay vào <*> ta có S
iMax
=S
đm
(Rd+Rfp)/Rd
Suy ra R
fo
= [(S
iMax
S
đm
)/S
đm
]Rd= 2,385(0.154 0.09)/0.09
=1,696

Vậy R
o
= 2R
fo
= 21,696 =3,392
+. ứng với tốc độ V
min
=0.05 m/s (n
đc
=84,62 v/ph)
S
im

= (1000-84,62)/1000 =0.935
R
f

=(S
im
-S
đm
)R
rqđ
/S
đm
= 22,4
Suy ra R
mc

=222,4=44,8 () .
Do đó ta chọn đ-ợc R
1
=R
mc

- R
o
= 44,8 3,392 =41,41
Chọn R
1
=42
<>Nhận xét: Nếu khoá K đóng cắt tạo giá trị điện trở trung
bình từ 0

R1 thì hoàn tòan điều khiển đ-ợc tốc độ động cơ từ

min

max