Trang bị điện tự động hóa cho truyền động chính của máy bào giường

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi mà vấn đề dân số đang đè nặng nên nền kinh tế các quốc gia, đặc
biệt là các quốc gia đang phát triển, đồng hành với nó lại là nhu cầu càng cao của
con ngƣời đã đòi hỏi xã hội phải không ngừng tăng năng suất lao động và cải
tiến chất lƣợng trong hoạt động sản xuất vật chất. Trƣớc xu thế đó, ngành công
nghiệp – lĩnh vực mũi nhọn tạo ra sản phẩm cần phải có một chiến lƣợc phát
triển để đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Và việc ứng dụng khoa học công nghệ đƣợc
coi là biện pháp hiệu quả nhất trong chiến lƣợc lâu dài này. Công nghệ tự động
hoá cũng đang ngày càng khẳng định vai trò của mình trong công nghiệp.
Ở nƣớc ta đứng trƣớc công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa với những cơ
hội thuận lợi và những khó khăn thức thách lớn, điều này đặt ra một trách nhiệm
to lớn và nặng nề cho thế hệ trẻ nói chung và những sinh viên ngành tự động hóa
nói riêng. Đất nƣớc đang cần sự nhiệt huyết lao động sáng tạo và tri thức khoa
học của thế hệ trẻ, của những tri thức trẻ trong đó có những kĩ sƣ điện tƣơng lai.
Thực tiễn các xí nghiệp công nghiệp nƣớc ta hiện nay đặt ra vấn đề đó là cải
thiện nâng cấp những máy móc cũ, những dây chuyền sản xuất còn phù hợp và
đổi mới trang thiết bị đã lạc hậu, để làm đƣợc điều đó yêu cầu các công nhân, kỹ
sƣ phải có một trình độ hiểu biết và nắm vững khoa học kỹ thuật, đứng trƣớc
thực trạng đó, trƣờng Đại Học Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo điều kiện
cho các sinh viên có điều kiện để tổng hợp lại và nghiên cứu những tri thức mới
thông qua việc hoàn thành đề tài tốt nghiệp để trang bị cho sinh viên có kinh
nghiệm và đáp ứng đƣợc nhu cầu tuyển dụng của xã hội.
Đƣợc phân công nghiên cứu và thiết kế đề tài “hệ thống trang bị điện tự động
hóa cho truyền động chính của máy bào giường 7212” là một đề tài rất hay và
thiết thực, trong quá trình nghiên cứu và làm việc với tinh thần và trách nhiệm
cao đặc biệt với sự hƣớng dẫn nhiệt tình của các thầy cô em đã hoàn thành đề tài
này đúng thời hạn. Tuy nhiên với một đề tài khó và rộng lớn nhƣ vậy, mặc dù có
sự giúp đỡ động viên của thầy cô nhƣng do thời gian ngắn và bản thân chƣa có
nhiều kinh nghiệm và kiến thức nên chắc chắn báo cáo này còn nhiều khiếm
khuyết, em mong rằng sẽ tiếp tục nhận đƣợc những lời chỉ bảo và hƣớng dẫn của

các thầy cô và bạn bè để đồ án hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn cô Hoàng Thị Thu Giang, ngƣời đã trực tiếp, tận tình
không quản khó khăn vất vả đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin
cảm ơn cô Nguyễn Hải Bình đã giúp em nhiều ý kiến và chỉ dẫn quý báu.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô



Nội dung đồ án: Gồm 5 phần
Chƣơng 1: Giới thiệu công nghệ máy bào giƣờng 7212.
Chƣơng 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và điều khiển.
Chƣơng 3: Tính chọn thiết bị.
Chƣơng 4: Xây dựng đặc tính tĩnh.
Chƣơng 5: Thuyết minh sơ đồ nguyên lý.















CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƢỜNG 7212

I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BÀO GIƢỜNG.
Máy bào giƣờng nói chung hiện nay đƣợc sử dụng rộng rãi. Trong các máy cơ
khí, nó dùng để gia công các chi tiết bằng kim loại lớn nhƣ: Bệ máy, thân máy,
máy bào, máy tiện vv .Ngoài ra nó còn sử dụng để rẽ rãnh chữ T, V, đuôi én có
thể bào thô hoặc bào tinh.
1. Phân loại máy bào giƣờng
Máy bào giƣờng là máy có thể gia công các chi tiết lớn,chiều dài bàn có thể từ
1,5 đến 12m
* Dựa vào số trục phân ra
- Máy bào một trụ: 710, 71120, 7116
- Máy bào hai trụ: 7210, 7212, 7216
* Dựa vào kích thƣớc phân ra
- Máy bào cỡ nhỏ có chiều dài L
b
< 3 m
lực kéo F
k
= 30  50 (KN)
- Máy cỡ trung bình chiều dài L
b
= 45 m
Lực kéo F
k
= 5070 (KN)
- Máy cỡ nặng (Lớn) chiều dài L
b
>5 m, F
k
>70 (KN)
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy bào giƣờng.

Hình 1.1: hình dáng bên ngoài của máy bào giƣờng

2.1 Cấu tạo
Máy bào giƣờng có cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác nhau. Ở
đây ta chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và bộ phận chủ yếu của máy.
- Đế máy: Đƣợc làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trục máy, để có khối tạo
thế vững chắc có hai rãnh dẫn hƣớng chữ nhật và chữ V cho bàn máy chuyển
động dọc theo đế máy.
- Bàn máy : Đƣợc làm bằng gang đúc dùng để mang chi tiết gia công, trên
bàn máy có 5 rãnh chữ T để gá lắp chi tiết.
- Giá chữ U: Đƣợc cấu tạo từ hai trụ thép đứng vững chắc một dầm ngang
trên cùng. Trong dầm đặt một động cơ để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc
theo trục có xẻ rãnh, có trục vít nâng hạ và dao động
- Xà ngang : chuyển động lên xuống theo hai trục trên xà
- Các bàn dao máy: Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn
có giá đỡ dao. Giá máy có thể quay đi một góc nào đó để gia công chi tiết
khoảng dịch chuyển lớn nhất của các con trƣợt là 300 mm, góc quay giá đỡ là 
60
0

- Bộ phận chuyển động: Gồm các máy điện xoay chiều để chuyển động
bàn dao, nâng hạ xà, kẹp xà. Các máy phát một chiều động cơ dị bộ, động cơ
một chiều máy khuyếch đại từ trƣờng ngang.
Tóm lại: Máy bào giƣờng đƣợc cấu tạo hoàn chỉnh, gọn kết cấu chắc chắn, đảm
bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật và kinh tế.
2.2 Nguyên lý hoạt động
Chi tiết gia công 1 đƣợc kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiến qua
lại. Dao cắt 3 đƣợc kẹp chặt trên bàn dao đứng 4. Bàn dao 4 đƣợc kẹp chặt trên
xà ngang 5 cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển

qua lại theo các chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và
ngƣợc. Ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là hành trình cắt
gọt .Ở hành trình ngƣợc 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 ngƣợc thì bàn dao lại chuyển
theo chiều ngang một khoảng gọi là lƣợng ăn dao s (mm/hành trình kép).
Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính. Dịch
chuyển của bàn dao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao. Chuyển
động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình
không tải.
II. SỐ LIỆU KỸ THUẬT MÁY BÀO GIƢỜNG 7212.
1. KÍCH THƢỚC CHI TIẾT GIA CÔNG:
- Kích thƣớc máy: 7950 x 4000 x 3445 (mm)
- Kích thƣớc cho phép của vật gia công: 3000 x 1250 x 1120 (mm)
- Trọng lƣợng cho phép lớn nhất của chi tiết gia công là 8000kg
- Khoảng cách giữa hai trục đứng 1350 (mm)
- Khoảng cách mặt bàn và dầm ngang 1300 (mm)
2. KÍCH THƢỚC BÀN MÁY:
- Diện tích hiệu dụng: 1120 x 400 (mm)
- Chiều dài lớn nhất của một hành chình bàn 4200 (mm) hành trình nhỏ
nhất là 700 (mm)
3. CHỈ TIÊU CƠ HỌC:
GIỚI HẠN CÁC TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BÀN
- Vùng 1: V=(40  60) m/phút dùng gia công thô
- Vùng 2: V=(60  90) m/phút dùng gia công giới các tốc độ hành trình
ngƣợc chiều dài bàn
- Giới hạn ăn dao ngang sau mỗi hành trình kép (0,25  12,5) (mm)
- Lực kéo bàn
Vùng 1: Q
max
= 7000 kg ; Q

min
= 2500 kg
Vùng 2: Q
max
= 4700 kg ; Q
min
= 1700 kg

III. ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG
CHÍNH
3.1 Đặc điểm
Do đặc tính của chuyển động bàn là đảo chiều có tần số lớn quá trình quá độ
chiếm tỷ lệ lớn trong chu kỳ làm việc, chiều dài hành trình giảm thì quá trình quá
độ càng giảm. Nên yêu cầu đầu tiên là đảm bảo năng suất của máy, mà năng suất
của máy đƣợc xác định bằng số hành trình kép trong một đơn vị thời. Ta có đồ
thị tốc độ của máy bào giƣờng nhƣ sau
t
0
t
1 2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7

t
8
t
10
t
11
t
12
t
13
t
14
tt
9
,I

ng
I
q®

th
I
ng
th
I

Hình 1.2: đồ thị tốc độ và dòng điện của bàn máy bào giường
Quá trình cắt gọt chỉ xảy ra ở hành trình thuận còn hành trình ngƣợc là hành
trình chạy không tải để đƣa bàn máy về vị trí ban đầu.
Đồ thị tốc độ của bàn máy đƣợc vẽ trên hình 1.2

Đây là dạng đồ thị thƣờng gặp, trong thực tế còn có nhiều dạng khác đơn
giản hoặc phức tạp hơn.
Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và tăng tốc độ đến tốc độ
V
0
=515(m/phút) - tốc độ vào dao-trong khoảng thời gian t
1
.
+ Sau khi chạy ổn định với tốc độ V
0
trong khoảng thời gian t
2
thì dao cắt vào
chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết).
+ Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định V
0
cho đến hết thời gian t
3
.
+ t
4
tăng tốc độ từ V
0
V
th
(tốc độ cắt gọt).
+ t
5
: bàn máy chuyển động với tốc độ V
th

và thực hiện gia công chi tiết.
+ t
6
: bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V
0
.
+ t
7
: bàn máy làm việc ổn định với tốc độ của bàn máy là V
0
.
+ t
8
: dao đƣợc ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn máy là V
0
.
+ t
9
: đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngƣợc đến tốc độ V
ng
.
+ t
10
: bàn máy chạy theo hành trình ngƣợc với tốc độ V
ng.
+ t
11
: thời gian giảm tốc đến V
0
để chuẩn bị đảo chiều.

+ t
12
: bàn máy chạy ổn định ở vận tốc thấp V
0
để chuẩn bị đảo chiều.
+ t
13
: đảo chiều sang hành trình thuận để bắt đầu thực hiện một chu kỳ khác.
Bàn dao đƣợc di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành
trình ngƣợc sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trƣớc khi dao cắt vào
chi
3.2. YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH
CỦA MÁY BÀO GIƢỜNG 7212.
3.2.1: Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất của bàn
máy (tốc độ lớn nhất trong hành trình ngƣợc) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy
(tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận).
D
V
V
V
V
ng
th


max
min
.
max

.
min

Trong đó:
+V
max
: tốc độ lớn nhất của bàn máy của hành trình ngƣợc, thƣờng
V
ng.max
= (75120) m/phút.
+V
th.min
: tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận, thƣờng:
V
th.min
= (4  6) m/phút
Nhƣ vậy:
D = (12.5  30) / 1
Thông thƣờng, hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều đƣợc
cấp nguồn tự bộ biến đổi.
Theo yêu cầu của đồ thị phụ tải (hình 1.3), điều chỉnh tốc độ đƣợc thực hiện theo
hai vùng:



Hình 1.3: đồ thị phụ tải
+ Thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi (5  6)/1 với mô men trên trục
động cơ là hằng số ứng với tốc độ bàn thay đổi từ V
min
=(46) m/phút đến

V
gh
= (2025) m/phút, khi đó lực kéo không đổi.
+ Giảm từ thông động cơ trong phạm vi (45)/1 khi thay đổi tốc độ từ V
gh
đến
V
max
=(75120) m/phút, khi đó công suất kéo gần nhƣ không đổi.
Nhƣng sử dụng phƣơng pháp điều chỉnh từ thông thì làm giảm năng suất của
máy, vì thời gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ động
cơ lớn. Vì vậy thực tế ngƣời ta thƣờng mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp,
giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải
bằng thay đổi điện áp phần ứng. Trong trƣờng hợp này công suất động cơ phải
tăng V
max
/V
gh
lần.
Ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ
không đến định mức
Nhìn vào đặc tính phụ tải nguyên nhân giảm mômen là để trong vùng vẫn
thực hiện đƣợc việc cắt gọt chi tiết. Giả sử điều chỉnh tốc độ động cơ theo hai
vùng điện áp và từ thông.
Giả sử P
đm
= Const mà M
đm
= M
max

Thì trong vùng giảm điện áp M = Const (M
max
= M
min
). Vùng điều chỉnh từ
thông thì khi giảm  suy ra tốc độ tăng (n) mà giữ nguyên dòngđiện I=I
đm
và
M
max
= M
tải

Vậy trong bản thuyết minh này em sử dụng điều chỉnh tốc độ động cơ bằng
phƣơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng vì do quá trình quá độ từ thông lớn
nên ta không dùng điều chỉnh bằng phƣơng pháp thay đổi từ thông nữa do đó
ta tăng đƣợc năng suất của máy
3.2.2 Độ trơn điều chỉnh tốc độ :
là tỉ số giữa hai giá trị kề nhau của tốc độ
i
i



1


trong đó
1

,
ii

là tốc độ cấp thứ i và i+1
đƣợc xác định bằng công thức :
1
1
min
max



z
z
D




trong đó z là số cấp tốc độ của máy
đối với yêu cầu của đề thì ta có
41.1


-Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay và làm việc ở
chế độ ngắn hạn lặp lại .
-Do máy bào giƣờng chỉ có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết ,không
cần độ bóng ,nhẵn nên độ chính xác yêu cầu không cao

% < 5% Thƣờng chọn


%=2%.
3.2.3 Độ ổn định tốc độ:
Tốc độ cần đƣợc ổn định trong trƣờng hợp gia công chi tiết ,tức là khi dao
cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết hoặc dao cắt.
3.2.4 Yêu cầu hãm dừng chính xác.
Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu quan trọng, bởi vì khi dừng chính
xác thì sẽ đảm bảo chất lƣợng của sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn
cho thiết bị và cho ngƣời vận hành.
3.2.5 Yêu cầu đảo chiều.
Do máy bào giƣờng có yêu cầu đảo chiều nên việc đảo chiều cho thiết bị
cũng vô cùng quan trọng.
3.2.6 Các yêu cầu về kinh tế.
- Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo những yêu cầu nhƣ đơn giản, gọn
nhẹ, dễ dàng sửa chữa.
- Vốn đầu tƣ mua sắm thiết bị, chi phí vận hành phải hợp lý, bên cạnh đó
phải đảm bảo đƣợc những yêu cầu về kỹ thuật.
Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ
truyền với tốc độ tác động cực đại.
2. TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO:
Truyền động ăn dao cũng có tính chất chu kỳ đặc điểm nhƣ sau: Mỗi truyền
động ăn dao (dao đứng hay dao hông) đều có chiều ăn dao và lƣợng ăn dao
riêng, cũng có thể làm việc độc lập tùy theo công nghệ. Mỗi truyền động hành
trình kép của bàn thì truyền động ăn dao làm việc một lần. Thƣờng nó bắt đầu
làm việc khi bàn đƣợc đổi chiều và dừng lại khi dao cắt sắp đi vào chi tiết.
Truyền động bàn làm việc ở chế độ xung với những máy làm việc trong chế độ
bình thƣờng. Máy cỡ trung thì số lần dịch chuyển lên tới 1000 lần .
Cần phải có dải điều chỉnh rộng D = (60  90).
Cần phải linh hoạt chắc chắn khởi động, hãm nhanh.
Truyền động ăn dao phải đảm bảo di chuyển nhanh. Bàn dao máy bào giƣờng có

2 dao đứng và 2 dao hông, 2 dao đứng đƣợc dẫn từ động cơ xoay chiều và hộp
giảm tốc hệ thống trục vít đai ốc có thể dịch chuyển theo chiều ngang hoặc đứng,
2 dao hông đƣợc dẫn từ động cơ xoay chiều riêng biệt ở chế độ riêng biệt đối với
dao đứng.
3. TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ XÀ:
Máy bào giƣờng có giá đỡ gọi là xà ngang để đỡ giá dao vững chắc. Xà ngang
đƣợc dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy để điều chỉnh khoảng cách
giữa đầu ra và chi tiết gia công
4. . TRUYỀN ĐỘNG KẸP NHẢ XÀ:
Là truyền động đƣợc định vị chặt xà trên hai trục của máy để gia công chi
tiết hoặc nới lỏng xà để nâng hạ dao, giá dao, truyền động đƣợc thực hiện nhờ
động cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí. Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêu
tuỳ ý do ta điều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà nhƣ trên.
5. BƠM DẦU:
Khi đóng cho bộ biến đổi làm việc thì bơm dầu cũng làm việc lƣợng dầu trong
máy bảo đảm thì rơle áp lực mới hoạt động làm kín mạch cho chuyển động bàn,
áp lực cần thiết 2,5at. Hệ thống bơm dầu thực hiện từ động cơ xoay chièu.
6. QUẠT GIÓ:
Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho truyền động bàn của động
cơ không đồng bộ vƣợt quá nhiệt độ cho phép.
IV. CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƢỢNG ĐIỆN CỦA CHUYỂN ĐỘNG CHÍNH: Có
điều chỉnh tự động đảm bảo, có hạn chế dòng và duy trì ở mức độ cực đại cho
phép khi khởi động cũng nhƣ khi hãm hệ thống, yêu cầu tác động linh hoạt, chắc
chắn, độ tin cậy cao.
- Động cơ một chiều dùng để truyền động có công suất
P  70 KW và tốc độ n= 1500 vòng / phút.
- Phạm vi điều chỉnh: D = 10/1.
- Sai lệch tĩnh cho phép:s
1
= 15%.

KẾT LUẬN
Máy bào giƣờng có quá trình công nghệ phức tạp, nhiều truyền động phụ
yêu cầu hệ thống truyền động bàn có độ chính xác cao, thời gian quá độ lớn nhất
để đảm bảo năng suất của máy. Máy có thể gia công chi tiết mới đảm bảo độ
bóng khi gia công tinh. Các truyền động bàn và truyền động ăn dao có thẻ làm ở
chế độ điều chỉnh hay chế độ tự động với trang thiết bị hợp lý, hiện đại, máy bào
giƣờng có thể làm việc đặt đƣợc yêu cầu công nghệ phức tạp.


















CHƢƠNG II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH LỰC VÀ MẠCH
ĐIỀU KHIỂN
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG.
2.1.1 KHÁI NIỆM CHUNG.
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy sản xuất ngày càng

hiện đại và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp
và đòi hỏi có độ chính xác, tin cậy cao.
Do bộ biến đổi năng lƣợng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử dụng thiết
bị nhƣ hệ thống máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van… chúng đƣợc điều khiển
theo những nguyên tắc khác nhau và có những ƣu, nhƣợc điểm riêng, khi kết hợp
những hệ thống này với động cơ điện một chiều ta có những hệ thống truyền
động với chất lƣợng khác nhau. Do đó để có đƣợc một phƣơng án truyền động
phù hợp với từng loại công nghệ, đòi hỏi nhà thiết kế phải có sự sánh logic dựa
trên những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế.
2.1.2. NỘI DUNG CHỌN PHƢƠNG ÁN.
Trong thực tế, khi đứng trƣớc một vấn đề sẽ có nhiều phƣơng án giải quyết.
Tuy nhiên mỗi phƣơng án có những ƣu nhƣợc điểm riêng và nhiệm vụ của nhà
thiết kế là chọn ra phƣơng án tốt nhất.
Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ
cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản. Còn những
hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lƣợng nhƣ điều chỉnh trơn,
dải điều chỉnh rộng, đảo chiều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống
điều khiển đi với nó phải đảm bảo đƣợc yêu cầu và có khả năng tự động hóa cao.
Nhƣ vậy để chọn phƣơng án phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy
từ đó đƣa ra những phƣơng án đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ này. Để chọn
đƣợc phƣơng án tốt nhất trong các phƣơng án đƣa ra cần so sánh chúng về kỹ
thuật và kinh tế. Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là
phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất lƣợng của hệ thống. Do đó việc
chọn lựa phƣơng án chính là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống.
2.1.3. Ý NGHĨA CỦA VIỆC LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN.
Việc so sánh lựa chọn phƣơng án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan
trọng, nó đƣợc thể hiện qua các mặt:
 Đảm bảo đƣợc yêu cầu công nghệ của máy sản xuất.
 Đảm bảo đƣợc việc tin cậy, lâu dài.
 Giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động.

 Khi xảy ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh
kiện, thiết bị dự trữ có sẵn, dễ kiếm, dễ mua.
2.2 CÁC PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG.
Để có đƣợc phƣơng án phù hợp xét trên cả hai khía cạnh kỹ thuật và kinh tế cho
truyền động ăn dao của máy bào giƣờng 7212, ở đây ta đƣa ra một số phƣơng án
đáp ứng đƣợc yêu cầu về kỹ thuật công nghệ của truyền động để từ đó làm căn
cứ chọn ra phƣơng án tốt nhất.
Yêu cầu công nghệ của máy bào giƣờng 7212 có những đặc điểm sau:
- Phạm vi điều chỉnh: D= 10/1
- Độ trơn điều chỉnh: φ= 1.41
- Độ ổn định tốc độ khi làm việc: Δn ≤ 5%.
Do những yêu cầu của máy bào giƣờng 7212 nhƣ trên nên ta có thể lựa chọn
giữa các phƣơng án.
2.2.1. Phân tích chọn động cơ cho truyền động.
Việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong
công việc thiết kế hệ thống truyền động điện động cơ đƣợc chọn phải thoả mãn
các điều kiện công nghệ yêu cầu, đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn
hao ít, giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt
thay thế dễ, sửa chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lƣợt các
loại động cơ :
A) Động cơ xoay chiều.
1) Động cơ không đồng bộ:
Động cơ không đồng bộ hay còn gọi là động cơ dị bộ, đƣợc ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình. Chiếm tỉ lệ lớn so
với động cơ khác nhờ có những ƣu điểm:
- Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, kích thƣớc nhỏ gọn dễ
chế tạo, vận hành an toàn, tin cậy giảm chi phí vận hành sửa chữa.
- Sử dụng trực tiếp lƣới điện xoay
- phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện
chiều ba pha, không cần tốn kém các thiết bị biến đổi.

- Đƣợc khai thác hết tiềm năng nhờ sự tử.
Phƣơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
2'
12
2
'
2
2
11
3.
nm
UR
M
R
s R X
s











Trong đó
1
1

s




đƣợc gọi là độ trƣợt động cơ.
U
f
: là giá trị hiệu dụng của điện áp pha stato
R
2
,
,R
1
: là điện trở rôto và stato đã quy đổi
X
nm
=X
1
+ X
2
: là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng
tản stato và rôto đã quy đổi
2
.
u
f
u
RR
U

M
K
K






Để vẽ đƣờng đặc tính cơ của động cơ cần phải tìm ra các điểm tới hạn thông qua
việc giải phƣơng trình :
0
dM
dS


Ta tìm đƣợc trị số của M và S ở điểm cực trị, kí hiệu là M
tớihạn
(M
th
) và giá trị S
th
cụ thể là
'
2
22
1
th
nm
R

S
RX



 
1
22
1 1 1
3
2
th
nm
U
M
R R X




Dấu “+” ứng với trạng thái động cơ.
Dấu “-“ ứng với trạng thái máy phát.
Khi nghiên cứu các hệ truyền động của động cơ không đồng bộ ta quan tâm đến
trạng thái làm việc của động cơ.
Với những động cơ công suất lớn thƣờng thì R
1
rất nhỏ so với X
nm

Với

2
3
2
0
U
ï
M
X
nm



MS
dm
M
S
dm


Với đƣờng đặc tính này ta có :

dm
dm
S
M
0




Nhƣ vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 
có giá trị (-) gần nhƣ không đổi và khá cứng
Với đoạn S > S
th
khi S > S
th
bỏ qua S
th
/S và phƣơng trình đặc tính cơ sẽ là
2
th th
MS
M
S


2.
2
.
0
MS
th th
S




Trong đoạn này độ cứng  (+) và giá trị của nó biến đổi vì vậy ngƣời ta
không làm việc trên đoạn này.

B
D
C





Ta thấy, xu thế sử dụng rộng rãi loại động cơ này trong hầu hết các lĩnh
vực. Do cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc, dùng trực tiếp lƣới
điện xoay chiều mà không cần sử dụng đến bộ biến đổi. Mặt khác giá thành
hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn.
Nhƣng việc điều chỉnh tốc độ, khống chế quá trình là rất khó khăn do mômen
mở máy nhỏ, dòng lớn và tốc độ rất khó ổn định đặc biệt là trƣờng hợp tải M
c
phản kháng.
2) Động cơ đồng bộ.
Ƣu điểm nổi bật của động cơ này là có đặc tính cơ tuyệt đối cứng, nhƣ vậy về
phƣơng diện nào đó có thể kết luận đƣợc nó đáp ứng tốt về yêu cầu công
nghệ.

Nhƣng, việc chế tạo rất phức tạp, gặp nhiều khó khăn, thƣờng chế tạo máy
có công suất trung bình và lớn, giá thành cao. Đặc biệt là quá trình điều chỉnh tốc
độ là rất khó khăn, luôn luôn cần có bộ biến tần đi kèm.
Nhƣ vậy, loại động cơ này có yêu cầu cao về chỉ tiêu kỹ thuật, công nghệ
cũng nhƣ về chỉ tiêu kinh tế nên không phù hợp với yêu cầu của đề tài
B) Động cơ một chiều
S

M

A

ω

ω0
Mnm
0
Mr Mth
Mr1
Mr2
Hình 2.1:Đặc tính cơ của động cơ không
đồng bộ
1) Khái niệm:
Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ
quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trƣờng một dây dẫn
và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì trƣờng sẽ tác dụng một lực từ vao dòng
điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động.Động cơ điện biến đổi điện
năng thành cơ năng.
2) Ƣu điểm của động cơ một chiều:
Do tính ƣu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải ,
cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất
lớn, dễ vận hành mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng đƣợc sử
dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí
nhất định nhƣ trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị
cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (nhƣ trong máy cán
thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ
để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng
nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nhƣng do
những ƣu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền
sản xuất hiện đại.

Ƣu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay
máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ƣu điểm lớn
nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải.
Nếu nhƣ bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng đƣợc hoặc nếu
đáp ứng đƣợc thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (nhƣ bộ biến tần )
rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và
chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại
đạt chất lƣợng cao.
Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ:

Có 4 loại động cơ điện một chiều thƣờng sử dụng :
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
- Động cơ điện một chiều kích từ song song.
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .
- Động cơ điện nột chiều kích từ hỗn hợp
a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên : I = I
ƣ
.
Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích từ song song là
giống nhau nên khi cần công suất lớn ngƣời ta thƣờng dùng động cơ kích từ độc
lập để có thể điều chỉnh dòng điện kích thích đƣợc thuận tiện hơn do đó mà điều
chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó đòi hỏi có dòng bên ngoài.
Do đặc điểm đó nên chúng ta sẽ nghiên cứu đến động cơ kích từ độc lập.

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
Phƣơng trình đặc tính cơ:
M

K
RR
K
U
dm
tu
dm
u
2
)(
)(
















Nhận xét: Với nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn thì ta hay
sử dụng loại sơ đồ này. Từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải
mà chỉ phụ thuộc vào điện áp kích từ và điện trở kích từ .Do đó khi động cơ

làm việc nếu phụ tải thay đổi thì dòng điện phần ứng thay đổi nhƣng dòng
điện kích từ không đổi do đó từ thông kích từ bằng hằng số.
ω
dm

0


dm
M

M
Hình 2.3: Đường đặc tính cơ của
động cơ một chiều kích từ độc lập
Rf
E
U
¦
I
¦
Ckt
Với nguồn một chiều có công suất nhỏ hay khi cần thay đổi tốc độ
bằng cách thay đổi điện áp phần ứng và dòng kích từ thì ta sử dụng cách
nối dây của động cơ kích từ độc lập .
Đƣờng đặc tính là đƣờng thẳng và nó làm việc ổn định, khi động cơ
đang làm việc với tốc độ không đổi thì mô men điện từ bằng mô men cản
trên trục động cơ điểm làm việc của nó tƣơng ứng với giao điểm giữa đặc
tính cơ của đông cơ và đặc tính mô men cản của phụ tải.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ độ bền cơ
khí của phần ứng hay rô to của động cơ khả nâng chuyển mạch của vành

góp độ duy trì tốc độ đặt khi có dao động phụ tải tĩnh trên trục động cơ.
Có đặc tính cơ cứng mô men mở máy lớn phù hợp với hệ truyền
động, ổn định tốc độ cao, dải điều chỉnh rộng, mô men động cơ không phụ
thuộc vào tải.
b) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với
cuộn dây phần ứng .
Phƣơng trình đặc tính cơ:
.
2
.
1
A
KC
A B B
M
M

   

Trong đó:
21
A A K C

1
;

u
U
R

AB
K C K C




Nhận xét: Do cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng đông cơ
cho nên I
kt
= I
ƣ
và từ thông f
kt
do cuộn dây kích từ sinh ra phụ thuộc trực tiếp
vào tải
Đƣờng đặc tính cơ:

Hình 2.4: động cơ điện một chiều kích từ
nối tiếp

Hình 2.5: đường đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
-Từ đặc tính cơ ta thấy động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ
mềm và độ cứng thay đổi theo phụ tải nên thông qua tốc độ đông cơ ta có biết
đƣợc sự thay đổi của phụ tải .Tuy nhiên trong thực tế đối với những hệ thống
truyền động có yêu cầu thay đổi tốc độ theo phụ tải thì không nên sử dụng loại
động cơ này .
-Tốc độ càng giảm thì độ cứng đặc tính cơ càng tăng
-Điện trở phụ càng tăng thì đặc tính cơ càng mềm
-Loại động cơ này có khả năng quá tải về mô men nhờ kích từ nối tiếp do đó ở
vùng I

ƣ
> I
đm
thì mô men tăng nhanh hơn sự tăng của dòng do đó nó có khả năng
khởi động tốt thích hợp cho hệ truyền động hay làm việc quá tải
Động cơ không đựoc làm việc không tải do khi làm việc M
c
= 0 tốc độ không tải
tăng nên rất nhiều so với tốc độ định mức làm cho độ bền cơ luôn phải làm việc
có tải lớn hơn ( 15: 20%) tải định mức.
c) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.
động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp là loại động cơ có hai cuộn kích từ một
cuộn mắc nối tiếp và một cuộn mắc song song với phần ứng động cơ.
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.6: Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

Dạng đƣờng đặc tính cơ:

Hình 2.7: Đường đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Nhận xét:
Đặc tính cơ: Đặc tính có dạng trung gian giữa đặc tính cơ của động cơ một
chiều kích từ nối tiếp và kích từ song song
-Từ thông chính của động cơ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng ( tức là phụ
thuộc vào phụ tải )
-Đƣờng đặc tính cơ mềm có thể chạy ở chế độ không tải vì tốc độ không tải có
giá trị giới hạn
-Loại động cơ này có kết cấu phức tạp, giá thành cao nên ít dùng trong thực
tế.
 Kết luận chọn động cơ truyền động:

Qua phân tích và nhận xét riêng cho từng loại động cơ ta thấy mỗi loại
đều có những đặc điểm riêng phù hợp với từng loaị phụ tải , giá thành và
môi trường làm việc riêng . Căn cứ vào yêu cầu công nghệ của máy bào
giường ta chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động
vì nó có đặc tính cơ cứng, độ ổn định tốc độ cao, dải điều chỉnh rộng, phù
hợp với yêu cầu công nghệ của máy bào giường.
2.2.2. Chọn phƣơng án điều chỉnh tốc độ động cơ.
Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thƣờng bị thay đổi do sự biến thiên
của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làm giảm
năng suất của máy sản xuất. Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động cơ là một
yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất.
Từ phƣơng trình đặc tính cơ
2
.
()
u
f
u
RR
U
M
K
K





ta thấy tốc độ
động cơ phụ thuộc vào các tham số U

ƣ,
, R
f
. Khi ta giữ nguyên momen tải và
thay đổi giá trị của một trong ba tham số U
ƣ,
, R
f
ta sẽ đƣợc một đƣờng đặc
tính cơ mới tƣơng ứng với một tốc độ mới.
a) . Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f



Hình 2.8: Thay đổi điện trở mạch phần ứng
Nếu ta giữ điện áp phần ứng U
ư
= U
dm
= const; và từ thông  = 
dm
= const;
thay đổi điện trở phần ứng ta sẽ đƣợc:
+ Tốc độ không tải lý tƣởng:
.
dm
U





= const
+ Độ cứng đặc tính cơ:
2
( . )
uf
RR






= var


Hình 2.9: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng
- Ta thấy khi R
f
càng lớn (

càng nhỏ) đặc tính cơ càng dốc. Do vậy phƣơng
pháp này chỉ cho phép giảm tốc độ bằng cách tăng điện trở mạch phần ứng
- Trong thực tế, khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng sẽ gây ra một
tổn hao công suất rất lớn và không thể điều chỉnh trơn tốc độ nên phải điều chỉnh
theo từng cấp điện trở. Chính vì vậy, phƣơng pháp này không đƣợc phổ biến nhƣ
2 phƣơng pháp thay đổi điện áp phần ứng và từ thông kích từ.
b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ.

Giả thiết ta giữ điện áp phần ứng U
ƣ
= U
dm
= const ; điện trở phần R
ƣ
= const ;
và thay đổi dòng điện kích từ I
kt
của động cơ. Điều này tƣơng ứng với việc từ
thông của mạch từ sẽ thay đổi .
Ta đƣợc:
+ Tốc độ không tải:



.
U
dm

= var
+ Độ cứng đặc tính cơ:
R
u
)( .
2






= var

(rad/s)

0
TN
M
c
M (N.m)
R
f1
R
f2
R
f3
0

Hình 2.10: Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) khi thay đổi từ thông kích từ
Đặc điểm :
+Do cấu trúc của máy, nên thực tế chỉ sử điều chỉnh giảm từ thông. Khi
giảm từ thông thì 
ox
tăng dần ( 
0
<
01
<
02
<…) , độ cứng đặc tính cơ



giảm. Nên phƣơng pháp này dùng để tăng tốc độ >
0

+ Do việc điều chỉnh đựơc thực hiện ở mạch kích từ, có dòng kích từ nhỏ
hơn rất nhiều so với mạch lực, nên công suất tổn hao ít. Đây là ƣu điểm nổi bật
của động cơ điện một chiều ( kích từ độc lập ) so với các loại động cơ khác.
+ Phƣơng pháp này chịu ảnh hƣởng của hiện tƣợng từ dƣ và các nhiễu,
làm ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng của các hệ truyền động đảo chiều bằng kích
từ.
+ Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều
kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện
chuyển mạch bình thƣờng thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết
quả là momen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh. Và do đó giá trị lớn
nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ
góp điện.
c).Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Phương pháp này có những đặc điểm sau :
- Điện áp phần ứng càng giảm thì tốc độ động cơ càng nhỏ .
- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
- Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh .
- Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một momen là nhƣ
nhau. Độ sụt tốc tƣơng đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều
chỉnh .Do vậy sai số tốc độ tƣơng đối ( sai số tĩnh ) của đặc tính cơ thấp nhất
không vƣợt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh .
- Dải điều chỉnh của phƣơng pháp này có thể :
D ~ 10 : 1

- Chỉ thay đổi đƣợc tốc độ về phía giảm ( vì chỉ có thể thay đổi với U

ƣ

I
dm
)
- Phƣơng pháp này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra.
Nếu giữ

=

dm
= const ; R
ƣ
= const và thay đổi điện áp theo hƣớng giảm so với
U
dm
, ta đƣợc :
Tốc độ không tải :
.
o
dm
U






=var
Độ cứng đặc tính cơ:

R
u
).(
2



= const

Hình2.11: Đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp phần ứng
Nhƣ vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta đƣợc một họ
đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên và có độ cứng đặc tính cơ là
không đổi, trong đó đƣờng đặc tính cơ tự nhiên là là đặc tính cơ lúc vận hành ở
chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông đạt giá trị định mức và không nối
thêm điện trở, điện kháng vào động cơ)
Khi giảm điện áp phần ứng đặt vào động cơ thì dòng điện ngắn mạch sẽ giảm (
I
nm
=
R
U
u
dm
), momen ngắn mạch của động cơ ( M
nm
= K

.I
nm
) cũng sẽ giảm. Và

do vậy tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định

21


dm


0


01

TN
M
đm
M (N.m)

dm




02

04

03

4


3


2

1

(rad/s)
Phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cho phép điều
chỉnh dƣới tốc độ định mức (Vì không thể tăng cao hơn điện áp định mức của
động cơ điện).
 Kết luận
Từ việc phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập, em thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách
thay đổi điện áp phần ứng có rất nhiều ưu điểm ( nổi bật nhất là độ cứng đặc
tính cơ không thay đổi) phù hợp với động cơ công suất nhỏ, điều chỉnh tốc độ ở
vùng dưới tốc độ định mức, momen tải không đổi trong toàn dải điều chỉnh. Do
đó trong đề tài này em sẽ chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều
chỉnh tốc độ động cơ.
2.2.3. Phân tích chọn hệ truyền động động cơ.
a) Hệ truyền động máy phát - động cơ (F- Đ)
Hệ F - Đ là một trong những phƣơng án điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua
việc điều chỉnh điện áp phần ứng
Hệ truyền động máy phát động cơ có bộ biến đổi là máy phát điện một
chiều kích từ độc lập. Máy phát này thƣờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba
pha ĐK quay với tốc độ không đổi.

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động F-Đ
Đặc điểm của hệ truyền động F- Đ :

+ Tốc độ động cơ Đ có thể đựơc điều chỉnh từ 2 phía:
 Phía kích thích máy phát F