Đồ án thiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy bào giường

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN

Độc lập – Tự do – hạnh phúc

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ
Khoá: 7
Sinh Viên thực hiện: TRƯƠNG HỮU QUÝ
Giáo viên hướng dẫn:TRẦN DUY TRINH.
Tên đề tài: “Thiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy bào dường.”
- Chiều dài của máy: L = 5 m.
- Trọng lượng bàn máy: Gb = 1,5.103 kg
- Tốc độ di chuyển bàn khi cắt gọt: Vth = 13m/phút.- Trọng lượng chi tiết:: Gct = 7.103 kg
- Tốc độ di chuyển bàn: Vng = 2Vth
- Dao cắt: Thép gió P18.
- Bán kính quy đổi lức cắt về trục động cơ điện:
- Hiệu suất định mức của máy: ηđm = 0,75.
- Mômen quán tính của các bộ phận chuyển
- Vật liệu chi tiết gia công: Thép cacrbon.
động:

Các tham số cho trước:

Chế độ cắt

Lượng chạy dao S mm/htkép

Chiều sâu cắt t

1

S1 = 3.5 mm

t1 = 8 mm

2

S2 = 2,2 mm

t2 = 12 mm

3

S3 = 1,4.mm

t3 = 20 mm

Nội dung thực hiện:
- Tổng quan về máy bào dường.
- Tính chọn công suất động cơ cho truyền động trục chính máy bào dường.
- Phân tích lựa chọn phương án truyền động.
- Tính chọn thiết bị mạch động lực và hệ thống điều khiển.
- Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống.
Ngày nhận đề tài…29/01/2016……….Ngày hoàn thành……29/02/2016…………
Duyệt

Ngày..29..tháng…01….. năm 2016
Giáo viên hướng dẫn

Trần Duy Trinh
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các
lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp nói chung và các
ngành điện nói riêng. Các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá có liên
quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hoá. Hai yếu tố sau cho phép đơn giản kết cấu
cơ khí của máy sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng kĩ thuật của quá
trình sản xuất và giảm nhẹ cường độ lao động.
Việc tăng năng suất lao động và giảm giá thành thiết bị điện của m¸y là hai yêu
cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện và tự động hoá nhưng chúng mâu thuẫn
nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số
lượng 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 thích hợp cho máy là một bài toán khó.
Môn học trang bị điện đề cập đến phần điện của các máy gia công kim loại là
những máy chủ yếu và quan trọng trong công nghiệp nặng của nền kinh tế quốc dân.
Mỗi loại máy có đặc điểm làm việc và phương pháp xác định phụ tải, công suất
động cơ truyền động cho máy và các đặc điểm yêu cầu đối với hệ thống trang bị của máy,
các khâu điển hình và sơ đồ điều khiển riêng biệt.
Qua việc thiết kế đồ án đã giúp em hiểu rõ hơn những gì mình đã được học trong môn
Trang bị điện và Điện tử công suất. Hiểu được những ứng dụng thực tế của các thiết bị
công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn các
thầy cô giảng dạy bộ môn Điện - Điện tử công suất, đặc biệt là thầy Trần Duy Trinh đã
hướng dẫn em hoàn thành đồ án này
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên:Trương Hữu Qúy


Chương I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG
1.Khái niệm chung
Máy bào mặt phẳng hay còn gọi là máy bào giường hiện nay được sử dụng rộng rãi.
Trong các loại máy cơ khí, nó được dùng để gia công bề mặt các chi tiết kim loại có biến
dạng lớn. Ngoài ra máy bào mặt phẳng còn được dùng để xẻ rãnh hình T, V, đuôi én.
Máy bào có thể gia công bề mặt các chi tiết ở mức độ thô hoặc tinh khác nhau. Truyền
động chính trong máy bào mặt phẳng là chuyển động tịnh tiến của bàn máy, bàn máy
được kéo bằng một động cơ điện. Chất lượng và năng suất của máy bào mặt phẳng phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắt của dao…. Vì vậy việc
điều khiển động cơ truyền động cho bàn máy là hết sức quan trọng mà ta cần nghiên cứu
và giải quyết.
2.Phân loại
Máy bào mặt phẳng hiện nay có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại ta chia thành
các nhóm máy bào mặt phẳng như sau:
*Dựa vào số trụ phân ra :
Máy bào một trụ : ví dụ như các kiểu máy 710 ; 71120 ; 7116
Máy bào hai trụ : ví dụ như các kiểu máy 7210 ; 7212 ; 7216
*Dựa vào chiều dài (Lb) của bàn máy và lực kéo bàn (Fk) ta phân ra:
Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn Lb < 3 (m) ; Lực kéo Fk = 30 ÷ 50 (KN)
Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb = 4 ÷ 5 (m) ; Lực kéo Fk = 50 ÷ 70 (KN)
Máy cỡ nặng (lớn): Chiều dài bàn Lb > 5 (m) ; Lực kéo Fk > 70 (KN)
3.kết cấu máy bào mặt phẳng
Máy bào giường được cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác nhau. Ở đây
ta chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và các bộ phận chủ yếu của máy.


Hình 1.1. Hình dáng bên ngoài của máy bào giường hai trụ
*Đế máy (thân máy)
Được làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trụ máy để có khối thế tạo vững chắc cho máy.
Đế được xẻ rãnh hình chữ nhật và chữ V để cho bàn máy chuyển động dọc theo đế máy.

*Bàn máy
Được làm bằng gang đúc dùng để mang chi tiết gia công. Trên bàn máy có 5 rãnh chữ
T để gá lắp chi tiết cần gia công. Bàn máy được kéo tịnh tiến trên đế máy nhờ lực kéo của
động cơ truyền động.
*Giá chữ U
Được cấu tạo từ hai trụ thép vững chắc và có 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 để di chuyển xà
*Xà ngang
Chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà được kẹp chặt khi gia công


*Các bàn dao máy
Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn có giá đỡ dao. Giá máy có thể
dịch chuyển một góc nào đó để gia công chi tiết, khoảng dịch chuyển lớn nhất của các
con trượt là 300 mm, góc quay giá đỡ là ±600.
*Bộ phận truyền động
Gồm các máy điện xoay chiều, một chiều chuyển động quay và qua các hộp truyền
động truyền chuyển động cho các bộ phận của máy
Tóm lại: Máy bào giường được cấu tạo hoàn chỉnh sẽ có kết cấu chắc chắn, gọn, đảm bảo
tính kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ.
II.CÁC TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG
1. Truyền động chính của bàn máy
Truyền động của bàn là truyền động chính của máy là chuyển động tịnh tiến và có tính
chất chu kỳ lặp lại, mỗi chu kỳ có hai hành trình là hành trình thuận và hành trình ngược.
1.1 Hành trình thuận
Là hành trình gia công chi tiết nên còn gọi là hành trình cắt gọt. Ở hành trình này có
nhiều giai đoạn khác nhau như khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao ra
khỏi chi tiết. Ứng với mỗi giai đoạn là một tốc độ yêu cầu khác nhau phụ thuộc vào các
yếu tố của chế độ cắt gọt.

1.2 Hành trình ngược
Sau khi kết thúc hành trình thuận, bàn máy được đảo chiều và bắt đầu hành trình
ngược. Hành trình này bàn máy chạy không tải trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu
kỳ làm việc tiếp theo. Tốc độ của bàn máy ở hành trình ngược thường lớn hơn ở hành

÷

trình thuận (khoảng 2 3 lần) để nâng cao năng suất làm việc của máy.
Truyền động của bàn được thực hiện bằng một động cơ điện qua hộp giảm tốc truyền
động tới trục vít thanh răng biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh
tiến của bàn. Tốc độ bàn máy được biểu diễn theo thời gian trong một chu kỳ gia công
như hình 1.2.


V
Vth
V0

V0
t
V0

Vng
t1 t21 t22 t3

t4

t5 t61t62 t7

t8

t9

t10

t11

t12

TCK

Hình 1.2 Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian trong một chu kỳ bào
Do đặc điểm chuyển động của bàn máy là đảo chiều với tần số làm việc lớn nên quá
trình quá độ chiếm thời gian khá lớn trong một chu kỳ làm việc. Chiều dài hành trình
(hay chiều dài bàn) càng lớn thì quá trình quá độ chiếm tỷ lệ càng nhỏ. Năng suất của
máy được xác định là số hành trình kép trên một đơn vị thời gian, vậy muốn đảm bảo
năng suất của máy ta cần tìm hiểu về tốc độ yêu cầu của máy theo thời gian làm việc
trong một chu kỳ:
• Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận, bàn máy được tăng tốc đến vận tốc

÷

V0 trong thời gian t1. Thường thì vận tốc V0 = 5 15(m/phút) gọi là tốc độ vào dao.
• Sau khi chạy ổn định với tốc độ V 0 trong khoảng thời gian t21 thì dao cắt bắt đầu vào

chi tiết. Dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp nhằm mục đích tránh sứt mẻ dao hoặc
chi tiết.
22

• t dao cắt vào chi tiết và cắt với tốc độ V0 cho đến hết thời gian t22.

• t3 là khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V 0 đến tốc độ Vth gọi là tốc độ cắt

gọt.
• t4 là khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt Vth không đổi.


5

• t Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ từ tốc độ cắt gọt về tốc độ

V0 trong khoảng thời gian t5.
• t61 là thời gian tiếp tục gia công nhưng ở tốc độ V0
• t62 là khoảng thời gian dao được đưa ra khỏi chi tiết nhưng bàn máy vẫn chạy với tốc

độ V0.
• t7 là thời gian bàn máy được giảm tốc về 0 để đảo chiều sang hành trình ngược.
• t8 là thời gian bàn máy tăng tốc nhanh sau khi đảo chiều sang hành trình ngược đến

tốc độ Vng gọi là tốc độ không tải.
• t9 là khoảng thời gian bàn máy chạy ngược ở tốc độ Vng không đổi.
• t10Gần hết hành trình ngược, bàn máy được giảm tốc về tốc độ V 0 trong khoảng thời

gian t10.
• t11 là khoảng thời gian bàn máy vẫn chạy ngược với tốc độ V0 và bắt đầu giảm tốc về

0 để đảo chiều.
12

• t là thời gian vận tốc giảm về 0 và đảo chiều để kết thúc một chu kỳ làm việc

và chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo.
Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình thuận
sang hành trình ngược và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết. Tổng thời gian
từ khi bắt đầu hành trình thuận cho đến hết hành trình ngược gọi là chu kỳ làm việc của
máy bào giường TCK.
Tốc độ hành trình thuận được xác định tương ứng với chế độ cắt gọt, thường thì V th = 5

÷

÷

120 m/ph. Tốc độ bàn máy lớn nhất có thể đạt V max = 75 120 m/ph. Để tăng năng suất

máy, tốc độ hành trình ngược chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận V ng = k.Vth và thường
thì k = 2

÷

3

Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian:


n=

1
1
=
TCK t th + t ng
(1-1)

•

TCK – thời gian một chu kỳ làm việc của bàn máy (s)

•

tth thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận (s)

•

tng thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược (s)

Giả sử gia tốc bàn máy lúc tăng hay giảm tốc độ là không đổi thì ta có:

t th =

L th Lg.th + Lh.th
+
Vth
Vth / 2

t ng =

L ng Lg.ng + L h.ng
+
Vng
Vng / 2

;

(1-2)

*Trong đó:
•

Lth , Lng : là chiều dài hành trình của bàn máy tương ứng với tốc độ ổn định V th, Vng
của hành trình thuận và hành trình ngược.

•

Lg.th , Lh.th : là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá
trình giảm tốc (hãm) ở hành trình thuận.

•

Lg.ng , Lh.ng : là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá
trình giảm tốc (hãm) ở hành trình ngược.

Thay (1-2) vào (1-1) ta có:

n=

1
1
=
L
L
(k +1).L
+

+ t dc
+ t dc
Vth Vng
Vng
(1-3)

*Trong đó:
•

L = Lth + Lg.th + Lh.th = Lng + Lg.ng + Lh.ng là chiều dài hành trình máy.

Vng
Vth

•

k=

•

tđc là thời gian đảo chiều của bàn máy.

là tỷ số giữa tốc độ hành trình ngược và hành trình thuận.


Từ công thức (1-3) ta thấy rằng khi đã chọn tốc độ cắt gọt ở hành trình thuận là V th thì
năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều t đc. Khi k tăng thì Vng
tăng nên năng suất của máy tăng, tuy nhiên khi k > 3 thì năng suất của máy tăng không
đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều t đc lại tăng. Nếu chiều dài bàn máy L b > 3 m thì thời
gian tđc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là hệ số k. Khi chiều dài bàn L b bé và nhất

÷

là khi tốc độ V = Vmax = 75 120 (m/ph) thì tđc ảnh hưởng nhiều đến năng suất của máy.
Vì vậy một trong các điều kiện cần chú ý khi thiết kế truyền động

cho bàn máy của máy bào giường là cần giảm thời gian quá trình quá độ càng nhỏ càng
tốt.
Một trong những biện pháp giảm thời gian quá trình quá độ là xác định tỷ số truyền
tối ưu của cơ cấu truyền động từ động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy làm việc với
gia tốc cao nhất.
*Kết luận:Từ những phân tích ở trên ta rút ra các yêu cầu về truyền động chính của máy
bào giường như sau:

*Phạm vi điều chỉnh tốc độ:

D=

Vmax Vngmax
=
Vmin Vthmin

(1-4)

Trong đó :
•

÷

Vngmax : là tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường V ngmax= 75 120

(m/ph)

•

÷

Vthmin : là tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận, thường V thmin = 4 6
(m/ph).

÷

Như vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ nằm trong khoảng D = (12,5 30)/1
* Đặc tính phụ tải của truyền động chính:


Thông thường, để đảm bảo cho công suất đặt là nhỏ nhất cho động cơ truyền động
(thường là động cơ một chiều) thì hệ truyền động thường được điều khiển theo hai vùng
điều chỉnh, ta có đặc tính của đồ thị phụ tải như sau:
P,M

MC

PC
I
Vmin

II
Vgh

Vmax

V

Hình 1.3 Đặc tính của phụ tải máy bào giường

÷

*Vùng I: là vùng thay đổi điện áp phần ứng trong dải điều chỉnh D = (5 6)/1 với mô

÷

men trên trục động cơ không đổi ứng với tốc độ bàn máy thay đổi từ V min = (4 6) m/ph

÷

đến Vgh = (20 25) m/ph. Khi đó lực kéo bàn máy là không đổi và công suất kéo P c tăng
dần lên.
*Vùng II: là vùng điều chỉnh bằng cách giảm từ thông động cơ trong phạm vi D = (4

÷

÷

5)/1 khi thay đổi tốc độ từ Vgh đến Vmax = (75 120) m/ph. Khi đó công suất kéo PC gần
như không đổi còn lực kéo thì giảm dần.
Tuy nhiên, việc thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông sẽ làm giảm năng suất của
máy vì thời gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ lớn (tức do
quán tính của cuộn kích từ lớn). Vì vậy thực tế người ta mở rộng phạm vi điều chỉnh điện
áp và giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải
bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, trong trường hợp này thì công suất động cơ phải

tăng Vmax/Vgh.


Độ ổn định tĩnh: Ở chế độ làm việc xác lập, độ ổn định tốc độ không được vượt quá
5% (s

≤

5%) khi phụ tải thay đổi từ 0 đến giá trị định mức.

Ở quá trình quá độ hay quá trình khởi động và hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập
trong bộ truyền động với độ tác động cực đại.

÷

÷

Đối với những máy bào giường cỡ nhỏ (L b< 3m; FK = 30 50KN) thì D = (3 4)/1
với hệ thống truyền động chính thường là động cơ không đồng bộ - khớp ly hợp điện từ;
động cơ không đồng bộ roto dây quấn hoặc động cơ điện một chiều kích từ độc lập và

÷

÷

hộp tốc độ. Những máy cỡ trung bình (Lb = 3 5 m; FK = 50 70 KN) thì

÷

D = (6 8)/1 với hệ thống truyền động là hệ F - Đ (máy phát điện một chiều cấp điện cho

÷

động cơ một chiều). Đối với máy cỡ nặng (L b>5 m; FK>70 KN) thì D = (8 25)/1, hệ
truyền động là F-Đ có bộ khuếch đại trung gian hoặc hệ truyền động T-Đ là hệ chỉnh lưu
cấp điện cho động cơ một chiều và điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh góc mở của
thyristor.
2.Truyền động ăn dao
Truyền động ăn dao cũng làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình kép làm
việc một lần. thời gian truyền động ăn dao được thực hiện từ thời điểm đảo chiều
từ hành trình thuận sang hành trình ngược và kết thúc trước khi dao cắt bắt đầu vào chi
tiết.

÷

Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là D = (100 200)/1 với lượng ăn dao cực đại có thể

÷

đạt tới (80 100) mm/1 hành trình kép.
Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt 1000 lần/giờ. Hệ thống di
chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di
chuyển nhanh. Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống như: cơ khí,


điện khí, thủy lực, khí nén…, thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ, đó là động
cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - êcu hoặc bánh
răng - thanh răng.
Lượng ăn dao trong một hành trình kép khi truyền động bằng hệ trục vít - êcu được

tính như sau: s =

ωtv

.t . T

Và đối với hệ bánh răng - thanh răng là: s =
*Trong đó :

ωtv ωtv
;

ωtv .Z

.t . T

là vận tốc góc của trục vít; bánh răng (rad/s);

Z là số bánh răng;
t là bước răng của trục vít hoặc thanh răng (mm);
T là thời gian làm việc của trục vít hoặc thanh răng (s)
Từ hai biểu thức trên, ta có thể điều chỉnh lượng ăn dao s bằng cách thay đổi thời gian
sử dụng nguyên tắc hành trình (sử dụng công tắc hành trình) hoặc nguyên
tắc thời gian (sử dụng rơle thời gian). Các nguyên tắc này đơn giản nhưng năng suất máy
thường bị hạn chế, lý do là lượng ăn dao lớn thì thời gian làm việc phải dài, nghĩa là thời
gian đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược phải dài và trong nhiều trường
hợp thì điều này không cho phép. Để thay đổi tốc độ trục làm việc, ta có thể dùng nguyên
tắc tốc độ, điều chỉnh tốc độ bản thân động cơ hoặc dùng hộp tốc độ nhiều cấp. Nguyên
tắc này phức tạp hơn nguyên tắc trên nhưng có thể giữ được thời gian làm việc của truyền
động như nhau với các lượng ăn dao khác nhau.

3. Truyền động nâng hạ xà
Máy bào giường có giá đỡ gọi là xà ngang để đỡ giá dao vững chắc. Xà ngang được
dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy để điều chỉnh khoảng cách giữa đầu dao và
chi tiết gia công.
4. Truyền động kẹp nhả xà


Là truyền động được định vị để kẹp chặt xà trên hai trục của máy để gia công chi tiết
hoặc nới lỏng xà để nâng hạ dao, giá dao. Truyền động được thực hiện nhờ động cơ xoay
chiều qua hệ thống cơ khí. Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêu tùy ý do ta điều chỉnh
chuyển động với việc nâng hạ xà như trên.
5. Bơm dầu
Khi cấp điện cho hệ truyền động làm việc thì bơm dầu cũng phải được làm việc, lượng
dầu trong máy đảm bảo thì rơle áp lực mới hoạt động kích hoạt làm kín mạch cho chuyển
động của bàn. Áp lực cần thiết là 2,5 at, hệ thống bơm dầu được thực hiện từ động cơ
xoay chiều.
6. Quạt gió
Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho hoạt động của máy làm việc với
nhiệt độ cho phép.
Nói chung, máy bào giường có công nghệ phức tạp, truyền động chính yêu cầu phải có
độ chính xác khá cao và có nhiều truyền động phụ. Các truyền động bàn và truyền động
ăn dao có thể được điều khiển ở chế độ hiệu chỉnh hoặc tự động với trang thiết bị hợp lý,
hiện đại. Nếu điều khiển chính xác, đáp ứng được các yêu cầu về truyền động thì máy
bào giường có thể gia công ở chế độ tinh với độ chính xác cao

CHƯƠNG II
TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY BÀO GIƯỜNG
1.1 Cơ sở lý thuyết tính chọn công suất cho động cơ truyền động chính máy bào
giường.
a. Phụ tải truyền động chính:

Phụ tải của truyền động chính được xác định bằng biểu thức lực kéo tổng của hai
thành phần là lực cắt Fz và lực ma sát Fms ở gờ trượt với bàn máy.
Ta có : Fk=Fz+Fms
- Ở hành trình thuận :
+ Lực ma sát : Fms=μ(Fy+g(Gb+Gct))


Trong đó :

µ

=0,05÷0,08 là hệ số ma sát giữa bàn máy và gờ trượt.

Fy

=0,4Fz là thành phần thẳng đứng của lực cắt.
Gct là trọng lượng của chi tiết
Gb là khối lượng bàn máy.
+ Lực cắt :

Fz = 9,81 .C F .t X F .S YF .V n

-

Ở hành trình ngược :Fz=0 ; Fms= μ(Gb+Gct)

-

.nên lực kéo tổng là :

µ (Gb + Gct )
Fz=Fms=
Quá trình bào chi tiết ở máy bào giường được tiến hành với công suất gần như
không đổi P=const .Nghĩa là lực cắt lớn ứng với tốc độ nhỏ và ngược lại .Tuy
nhiên,ở những máy hạng nặng thì đồ thị phụ tải có dạng như sau :
Pz

Fz

Pz

0

Vgh

V

Hình 2.1 : Đồ thị phụ tải của động cơ hạng nặng
b. Cơ sở lý thuyết tính chọn công suất động cơ cho truyền động chính máy bào giường.
Việc chọn đúng công suất cho động cơ truyền đọng chính máy bào giường là hết
sức quan trọng kể cả về chỉ tiêu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế.
Nếu chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất yêu cầu thì động cơ phải làm
việc với chế độ non tải làm cho hiệu suất và hệ số công suất thấp,vốn đầu tư lớn nên có
hiệu quả kinh tế thấp.Nếu chọn động cơ có công suất nhỏ hơn yêu cầu thì động cơ luôn
làm việc ở chế đô quá tải làm giảm tuổi thọ động cơ không đảm bảo năng suất cần
thiết,chi phí cho việc bảo dưỡng và thay thế tăng nên hiệu quả mang lại cũng thấp. Vì


vậy,việc chọn dúng công suất động cơ truyền động sẽ đáp ứng được các yêu cầu về kinh
tế kỹ thuật cũng như năng suất của máy.

1.2 Tập hợp số liệu
Vth=13m/phút
Vng=2Vth
L=5m

ηđm = 0,75
Gb=1,5.103 kg
Gct=7.103 kg

ρ

Chọn

=0.01,

µ =0,05

Chế độ cắt

Lượng chạy dao S mm/htkép

Chiều sâu cắt t

1

S1 = 3.5 mm

t1 = 8 mm

2

S2 = 2,2 mm

t2 = 12 mm

3

S3 = 1,4.mm

t3 = 20 mm

1.3 Phụ tải truyền động chính
Vận tốc ở các chế độ cắt:

Vz =

Cv
T m .t

xv

.S

yv

Vật liệu làm giao bằng thép gió P18, nên chọn : CV = 23,7
Vật liệu gia công là thép cacrbon tra bảng ta có:
• xV = 0,15
• yV = 0,66
• m = 0,25

• T = 60 ph.
Phụ tải truyền động chính được xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành phần lực cắt và
lực ma sát:
F K = F Z +(Gb+Gct+Fy).

µ


Xác định lực cắt:
Fz =9,81 .C F .t x F .S

yF

n

Vz

Vật liệu chi tiết gia công là Thép và dao cắt là Thép gió nên chọn :
CF = 200; xF = 1; yF = 0,75; n = 0.
a.Chế độ cắt 1:
Vận tốc cắt:
V z1 =

Cv
m

xv

T .t1 .S1

yv

=

60

23,7
= 2,7( m / p )
.8 0 ,15.3,5 0 , 66

0 , 25

Lực cắt:
x

y

n

Fz1 = 9,81 .C F .t1 F .S1 F V z1 = 9,81 .200.81.3,5 0,75.2,7 0 = 40164,3( N )
Ta có: F K = F Z +(Gb+Gct+Fy).

µ

Dođó:Fk1 =40164,3+(1500+7000+40164,3.0,4).0.05 =40790(N).
Công suất đầu trục động cơ ở chế độ cắt 1:
Fk 1 .Vth
40790.13
P1 =
=

= 11,78
60.1000.η
60.1000.0,75

(kw)

Công suât tính toán ở chế độ cắt 1:
Vng
26
Pth1
= 11,78
= 23,56
Vth
13
Ptt1=
(kw)
a

Chế độ cắt 2 :
Vận tốc cắt:

Vz2 =

Cv
x

T m .t 2 v .S 2

yv

=

23,7
= 3.4(m / p)
60 0, 25.12 0,15.2,2 0,66

Lực cắt:
x

y

n

Fz 2 = 9,81 .C F .t 2 F .S 2 F V z 2 = 9,81 .200.121.2,2 0,75.3,4 0 = 42530,18( N )
.
F K = F Z +(Gb+Gct+Fy).

µ

Do đó: Fk2 = 42530,18+(8500+42530,18.0,4).0,05 =43805,78(N).
Công suất đầu trục động cơ ở chế độ cắt 2:


P2 =

Fk 2 .Vth
43308,78.13
=
= 12,65
60.1000.η 60.1000.0,75

(kw)

Công suât tính toán ở chế độ cắt 2:
Pth 2

Ptt2=
b

Vng
Vth

= 12,65

26
= 25,31
13

(kw)

Chế độ cắt 3 :

Vận tốc cắt:
Vz3 =

Cv
xv

m

T .t 3 .S 3

yv

=

60

0 , 25

23,7
= 4,35( m / p )
.20 0,15.1,4 0, 66

Lực cắt:
.
Fz 3 = 9,81 .C F .t 3

xF

.S 3

yF

V z3

F K = F Z +(Gb+Gct+Fy).

n

= 9,81 .200.201.1,4 0, 75.4,35 0 = 50503,91( N )

µ

Do đó: Fk3 = 50503,91+(8500+50503,91.0,4).0,05 =51939 (N).
Công suất đầu trục động cơ ở chế độ cắt 3:
Fk 3 .Vth
51939.13
P3 =
=
= 14,5
60.1000.η 60.1000.0,75
Công suât tính toán ở chế độ cắt 3:
Pth3

Ptt3=

Vng
Vth

= 14,5

Bảng số liệu tính toán

26
= 29
13

(kw)

(kw)


Chế
độ cắt

Vth
(m/ph)

Vng
(m/ph)

Lực cắt
FZ(N)

1

13

26

40164,3

2

13

26

42530,18

3

13

26

50503,9

Lực dọc Trọng
trục
lượng
FY(N)
Gct+ Gb
(N)
16065,72 8,5.
103
17012,07 8,5
.103
20201,56 8,5
.103

Lực kéo
FK(N)

40790

Công
suất đầu
trục

Pth(Kw)
11,78

Công
suất tính
toán
Ptt(Kw)
23,56

43805,78

12,65

25,31

51939

14,5

29

2.2. Tính chọn động cơ.
Từ những số liệu tính toán ở trên ta nhận thấy:

Ptt3 > Ptt1 > Ptt2

Vậy ta chọn công suất định mức của động cơ thoả mãn là :
PđmĐ ≥ Ptt max=29≥29 (Kw)

ωđm ω ng

≥

= 105≥43,33 (rad/s)

Mặt khác, hệ thống phương án truyền động đă chọn là hệ truyền động động cơ một chiều
dùng phương pháp chỉnh lưu. .Dựa vào bảng thông số các động cơ điện một chiều
ПH,220 (V) có vỏ bảo vệ có chế độ làm việc dài hạn và phạm vi điều chỉnh tốc độ dưới
1:2 ta chọn được:

Kiểu

Pđm,

Uđm, (v)

(kW)
ПH-290

29

220

Vận tốc góc của động cơ

Iđm,

nđm,

(A)

(V/ph)

151

1000

Rư (Ω)
0,07

Ikt,

J

(A)

(kg.m2)

3,1

1,2


ω dm =

-Xác định

2π .ndm 2.3,14.1000
=
= 105
60

60
kφ dm

(rad/s)

:

Từ phương trình đặc tính động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta có:
U1=E+I(ru+rp)

⇔

E=U1(ru+rp)
Mặtkhác:E=

⇒ kφ =

U 1 − I ( ru + rp )

ω

=

220 − 151.0,07
=2
105

kφω ⇒ kφω

(v/b)

3. kiểm nghiệm động cơ
Để kiểm nghiệm động cơ đã chọn ta tiến hành như sau :
- Xác định công suất đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận :
∆P0th + ∆Pp 0

P0th=
*Trong đó : Tổn hao không tải ở hành trình thuận là

∆P0 = 0,6.Pth1 .(1 − η ) = 0,6.15.(1 − 0,75) = 2,25
(Kw)
Tổn hao do ma sát nơi gờ trượt lúc không tải:
-khi tốc độ v

∆p P 0 =
⇒

0

= 6( m / ph )

( Gct

(

)

+ Gb ).Vad
1,5.10 3 + 7.10 3 .6
.µ =

0,05 = 0,0425
60.1000
60.1000

Tổn hao không tải ở hành trình thuận:

P0th=∆P0th+∆Pp0=2,25+0,0425=2,3 (Kw)
- Xác định mômen không tải của động cơ

(kw)

=U1-I(ru+rp)


M 0 = kφ đm .I đm

M dt 0 = M 0 +

Pđm .10 3
29.10 3
−
= 2.151 −
= 25,8( N .m)
ω đm
105

p 0 p .10 3

ω0

= 25,8 +

2,3.10 3
= 255,8( N .m)
10

- Xác định momen điện từ của động cơ ở hành trình thuận khi tải đầy:
M dtth = M 0 + M th = M 0 +

P3th .10 3
14,5.1000
= 25,8 +
= 695( N .m)
ω th
21,66

- Xác định dòng điện không tải :
I0 =

M0
25,8
=
= 13( A)
kφ đm
2

- Xác định dòng điện lúc đầy tải :
I th =

M đth 695

=
= 347,5( A)
kφ đm
2

- Công suất động cơ trong hành trình ngược khi dùng phương pháp điều chỉnh điện áp
ở cả dải tốc độ:
PDng = P0th .

V ng
Vth

= 2,3.

26
= 4,6(kw)
13

- Xác định mômen điện từ ở hành trình ngược:
M Dtng = M 0 +

PDng .10 3
V ng

= 25,8 +

60.ρ

4,6.10 3
= 132( N .m)

26
60.0,01

- Dòng điện trong hành trình ngược:
I ng =

M đtng
kφ đm

=

132
= 66( A)
2

- Dòng điện quá độ:

Iqđ=2,5.Idm=2,5.151=377,5 (A)

- Xác định các khoảng thời gian làm việc:
-

Thời gian quá độ :


t qđ =

j (ω 2 − ω1 )
( I qđ − I c ).kφ đm

=
Trong đó : j=2,8 kg/m2
+ Ic là dòng điện phụ tải động cơ.
+ Với các khoảng thời gian t1,t9,t12,t14 động cơ không mang tải nên
+Chọn v0 =6m/s
ω1=0 ,ω2=V0/60.ρ=10 rad/s

t1 = t 9 = t14 =
Nên :

t 4 = t6 =

Ic = 0
.

2,8(10 − 0)
= 0,03( s )
377,5.2

j (ω 2 − ω1 )
( I qđ − I c ) kφ đm

Với:

ω1 = ω 0 = 10, ω 2 = ω th = 21,66
; Ic= Ith=347,5(A)
Vậy :

t4 = t6 =

j (ω 2 − ω1 )
2,8(21,66 − 10)
=
= 0.5( s)
( I qđ − I c )kφ đm (377,5 − 347,5).2

+ Các khoảng thời gian t 10 và t12 là quá trình chạy không tải của động cơ,dựa vào
đồ thị ta có :Ic=0.ω3=Vng/60.ρ=43,33 rad/s
Vậy :
j.ω 3
t10 =
= 2,8.43,33 = 0,16( s )
I qđ .kφ đm
377,5.2

t12 =

j (ω 3 − ω 2 ) 2,8.( 43,33 − 21,66)
=
= 0,08
I qđ .kφ đm
377,5.2

s
Thời gian làm việc ở tốc độ v0 xác định theo kinh nghiệm vận hành,ta có :
t13 = 1,5t1 =

+
0,045(s)
+t2=t8=0,6.t13= 0,027(s)

+t3=t7=0,4.t13=0,018(s)


t5 =

Thời gian làm việc ở tốc độ vth :
Tacó

L5 = Lb − ∑ Lith = Lb − [

L5
Vt h

V0
V + Vth
(t1 + t 9 ) + 0
(t 4 + t 6 ) + V0 (t 2 + t 3 + 7 +t 8 )] / 60 =
2
2

Suy ra
L5=5-[(0,03+0,03)+ (0,5+0,5).9,5+6(0,027+0,027+0,018+0,018)]/60=4,8(m)
t5 =

Nên

L5
4,8
=
Vth

13

= 0,37 phút = 22,67 giây

t11 =

L11
Vng

Thời gian làm việc ở tốc độ vng :
Ta có :

L11 = Lb − ∑ Ling = Lb − [

Suy ra :L11= 5- [
t11 =

L11
=
Vng

26
2

Vng
2

t10 +

V0 + Vng

2

t12 +

V0
.t14 + V0 t13 ] / 60 =
2

.0,16 + 16. 0,08 + .0,03 + 6.0,045]/60 =4,938 m

4,938
26

Nên
= 0,18 phút = 11,4 giây
+Thời gian làm việc cả chu kỳ là :
Tck=

∑ ti =

(t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8+t9+t10+t11+t12+t13+t14)
=(3t1+2t4+t10+t12+t13+2t7+2t2+t5+t11) =35,5(s)
b.Kiểm nghiệm động cơ đã chọn:
+ Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng:
I đt =
Ta có :

∑ I i2 .t i
Tck

:


2
∑ I i2 .t i = I qđ2 (t1 + t 4 + t 6 + t 9 + t10 + t12 + t14 ) + I 02 (t 2 + t 8 ) + I th2 (t 3 + t 5 + t 7 ) + I ng
(t11 + t13 ) =

2

2

2

2

=377,5 (1+0,09+0,16+0,08)+13 .0,05+347,5 (0,036+22,67)+66 (11,41+0,018)=2981
21,35
298121,35
= 91
35,5

I đt =

Suy ra :
(A)
Kiểm tra theo điều kiện Iđt ≤ Iđm cho thấy :
Iđm = 151(A);Iđt =91(A)
Vậy động cơ thõa mãn điền kiện phát nóng.
+ Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải về momen.

M đm ≥
Điều kiện :
Trong đó

λ = 2÷4

λ =3

Chọn

M max
λ
là hệ số quá tải về momen của động cơ

;

M max = kφ đm .I max = 2.377,5 = 755( N .m)

M max 755
=
= 251,6
λ
3

Ta có :

(N.m)

M đm = kφ đm .ω đm = 2.151 = 302( N .m)

M đm ≥

M max
λ

Suy ra :
thỏa mãn.
Kết luận :Động cơ đã chọn thõa mãn các chỉ tiêu yêu cầu.
PHẦN III
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG


I . KHÁI NIỆM CHUNG :
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học kỹ thuật, các máy sản xuất ngày
một đa dạng dẩn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi sự chính xác
và tin cậy cao. Một hệ thống truyền động không những phải đảm bảo được yêu cầu công
nghệ, mà còn phải ổn định. Tuỳ theo loại máy công tác mà có những yêu cầu khác nhau,
rất cần thiết cho giữ ổn định tốc độ, mô men với độ chính xác nào đó trứơc sự biến động
về tải và các thông số nguồn. Do đó bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một
chiều đã và đang được sử dụng rộng rải.
Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để tạo ra như hệ thống máy
phát, khuyếch đại từ, hệ thống van… Chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khác
nhau với những ưu điểm khác nhau. Do đó để có được một phương án phù hợp với từng
loại công nghệ đòi hỏi các nhà thiết kế phải so sánh những chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật để
đưa ra phương án tối ưu.
1. Nội dung phương án :
Trên thực tế, có rất nhiều phương án để giải quyết. Tuy nhiên mổi phương án có
những ưu nhược điểm của nó. Nhiệm vụ của nhà thiết kế phải chọn ra phương án tối ưu
nhất.
Đối với những hệ thống truyền động điện đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ

cần dùng động cơ điện xoay chiều với hệ thống truyền động đơn giản. Với hệ thống
truyền động phức tạp có yêu cầu cao về công nghệ, chất lượng như điều chỉnh trơn, dải
điều chỉnh rộng thì phải dùng động cơ diện một chiều. Các hệ điều chỉnh kèm theo phải
đảm bảo các yêu cầu công nghệ và có khã năng tự động hóa cao.
Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp thì chúng ta phải dựa vào công
nghệ của máy, công suất làm việc để đưa ra những phương án cụ thể để đáp ứng yêu cầu
của nó. Để chọn đợc phương án tốt nhất trong các phương án đa ra thì cần phải so sánh
về kỹ thuật và kinh tế
Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quan trọng, nó quyết
định đến chất lượng hệ thống. Do vậy việc lựa chọn phương án và lựa chọn bộ biến đổi
thông qua việc xét các hệ thống.
2. Ý nghĩa của việc lựa chọn :
Việc lựa chọn phương án hợp lý có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó
được thể hiện qua các mặt.
+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ máy sản xuất.


+ Đảm bảo được sự làm việc lâu dài, tin cậy.
+ Giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất.
+ Dể dàng sữa chữa, thay thế khi xẩy ra sự cố.
II. CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG:
1. Hệ truyền động máy phát - Động cơ : (F - Đ)
Trong hệ truyền động máy phát - Động cơ (F - Đ) nguồn cung cấp phần ứng động cơ
là bộ biến đổi máy điện (máy phát điều khiển kích từ độc lập).
Sơ đồ nguyên lý :

Động cơ Đ truyền động cho máy sản xuất, máy sản xuất được cấp điện phần ứng từ máy
phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F và động cơ một chiều KĐB ĐK, động cơ ĐK
củng kéo máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và máy phát F.
Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích từ F. Nghĩa

là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTF và cuộn dây
động cơ KT Đ. Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F, do đó điện
áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ. Biến trở RK Đ dùng để điều
chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thông.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ của động cơ Đ
Với U =UF – R .I hay

ω=

I .R
U
− u u
kΦ d kΦ d

ω=

E.F RuD − RuE
−
.I u
kΦ d
kΦ d