Bài giảng trang bị điện đh phạm văn đồng

G
H

IH
H

H

G

G GHỆ
IỆN – IỆN TỬ
--------------o0o-------------NGUYỄN THÙY LINH

BÀI GIẢNG:

TRANG BỊ ĐIỆN
(Dùng cho bậc cao đẳng)

Quảng Ngãi, tháng 5 năm 2014


G
H

IH
H

H

G

G GHỆ
IỆN – IỆN TỬ
--------------o0o-------------NGUYỄN THÙY LINH

BÀI GIẢNG:

TRANG BỊ ĐIỆN
(Số tiết: 45)

Quảng Ngãi, tháng 5 năm 2014


LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay rất nhiều ngành cơng nghiệp ra đời và phát triển như vũ bão, cùng với
những sáng kiến và phát minh mới, con người đã và đang chinh phục vũ trụ cũng như
giải phóng sức lao động của mình và nâng cao năng suất bằng các thiết bị máy móc hiện
đại với nhiều chức năng và tốc độ làm việc siêu tốc... Sự tự động hóa nhằm đưa con
người đến mức phát triển cao hơn.
Các máy hiện đại trong mọi lĩnh vực, đa phần hoạt động nhờ điện năng thông qua các
thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng, nhiệt năng, quang năng...Việc điều khiển
các quá trình chuyển đổi này bằng các máy với các mục đích khác nhau cũng ngày càng
đa dạng và phức tạp.
Bài giảng Trang bị điện - Điện tử công nghiệp giới thiệu với các học viên những kiến
thức cơ bản nhất về một số thiết bị điện và các phương pháp điều khiển sử dụng chúng.
Trang bị điện cũng là môn học giúp người học có thể nắm được những kiến thức cơ bản
để có thể hịa nhập được sự phát triển của xã hội. Tuy nhiên đối tượng của nó gồm các
yêu cầu công nghệ mà các công cụ, trang thiết bị, dây chuyền sản xuất đặt ra đòi hỏi cần
cung cấp những thiết bị như thế nào để yêu cầu cơng nghệ của các thiết bị máy móc đó
được thỏa mãn.

Nguyễn Thùy Linh

Trang 1


MỤC LỤC

CHƢƠNG 1 ................................................................................................................... 5
CHỌN CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG CÁC MÁY SẢN XUẤT .............................. 5
1.1. Những vấn đề chung về chọn công suất động cơ truyền động cho máy sản xuất .... 5
1.1.1. Các chế độ làm việc của truyền động điện ....................................................... 6
1.1.2. Tính chọn cơng suất động cơ cho những truyền động không điều chỉnh tốc độ7
1.1.2.1. Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn ..................................................... 7
1.1.2.2. Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn .................................................. 8
1.1.2.3. Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại........................................ 9
1.1.3. Tính chọn cơng suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ .............. 10
1.1.4. Kiểm nghiệm công suất động cơ ................................................................... 11
1.2. Chọn công suất động cơ cho truyền động chính máy tiện .................................... 12
1.3. Chọn cơng suất động cơ cho truyền động chính máy bào giường ........................ 15
1.4. Chọn công suất động cơ cho máy nâng chuyển.................................................... 20
CHƢƠNG 2 ................................................................................................................. 24
CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG DÙNG TRONG MÁY SẢN XUẤT ............... 24
2.1. Các khái niệm cơ bản.............................................................................................. 24
2.1.1 Các chỉ tiêu đánh giá điều chỉnh tốc độ .......................................................... 25
2.1.1.1. Dải điều chỉnh tốc độ ................................................................................. 25
2.1.1.2. ộ trơn điều chỉnh...................................................................................... 25
2.1.1.3. ộ ổn định tốc độ (độ cứng của đặc tính cơ) .............................................. 26
2.1.1.4. Tính kinh tế ................................................................................................ 27
2.1.1.5. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải .................................... 27

Nguyễn Thùy Linh

Trang 2


2.2. iều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều (động cơ điện một chiều kích từ độc lập
hoặc song song) ......................................................................................................... 27
2.2.1. iều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng ................................ 27
2.2.2. iều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông .............................................. 30
2.2.3. iều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng ................... 31
2.3. Các hệ thống truyền động điện dùng bộ biến đổi máy điện một chiều .................. 32
2.3.1. Hệ truyền động máy phát - động cơ (F –

đơn giản) ....................................... 32

2.3.2. Hệ F- có phản hồi âm áp, dương dịng ........................................................ 34
2.3.3 Hệ F -

có phản hồi âm tốc độ ...................................................................... 35

CHƢƠNG 3 ................................................................................................................. 37
MẠCH ĐIỆN TRONG CÁC MÁY SẢN XUẤT ........................................................ 37
3.1. Trang bị điện máy tiện 1A660 ............................................................................. 37
3.1.1 ặc điểm công nghệ ....................................................................................... 37
3.1.2. Sơ đồ truyền động chính của máy tiện 1A660 ............................................... 38
3.1.2.1. Mạch động lực ........................................................................................... 38
3.1.2.2. Mạch kích từ .............................................................................................. 39
3.1.2.3. Mạch tín hiệu ............................................................................................. 40
3.1.3. iều kiện để máy làm việc ............................................................................ 40
3.1.3.1. Khởi động .................................................................................................. 41

3.1.3.2. Mạch thử máy ............................................................................................ 42
3.1.3.3. Chế độ điều khiển tốc độ từ xa ................................................................... 43
3.1.3.4. Quá trình hãm dừng máy ............................................................................ 44
3.2. Trang bị điện máy bào giường ............................................................................. 47
3.2.1. ặc điểm công nghệ, các yêu cầu đối với truyền động điện và trang bị điện . 47
3.2.2. Sơ đồ truyền động chính máy bào giường hệ F- ......................................... 49
Nguyễn Thùy Linh

Trang 3


3.3. Trang bị điện máy mài ......................................................................................... 55
3.3.1. ặc điểm công nghệ ...................................................................................... 55
3.3.2. ặc điểm về truyền động điện và trang bị điện .............................................. 56
3.3.3. Sơ đồ truyền động chính máy mài 3A61........................................................ 56
3.4. Trang bị điện lị hồ quang .................................................................................... 60
3.4.1. Khái niệm chung và phân loại ....................................................................... 60
3.4.2. Sơ đồ điện (thiết bị chính mạch lực) lị hồ quang........................................... 60
3.4.3 Nguyên lý làm việc của lò hồ quang ............................................................... 62
3.4.4. Sơ đồ 1 pha tự động khống chế dịch cực lò HQ. ............................................ 63
3.5. Trang bị điện máy doa ......................................................................................... 66
3.5.1. ặc điểm làm việc, yêu cầu về truyền động điện và trang bị điện .................. 66
3.5.2. Sơ đồ truyền động chính máy doa ngang 2620 .............................................. 67
3.5.2.1. Khởi động .................................................................................................. 67
3.5.2.2. Chế độ hãm máy ........................................................................................ 68
3.5.2.3. Chế độ thử máy .......................................................................................... 68
3.6. Trang bị điện thang máy ...................................................................................... 70
3.6.1. ặc điểm công nghệ ...................................................................................... 70
3.6.2. Vấn đề dừng chính xác thang máy ................................................................. 70
3.6.3. Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình ............................. 72

3.7. Trang bị điện cầu trục.......................................................................................... 77
3.7.1. ặc điểm cơng nghệ ...................................................................................... 77
3.7.2. Sơ đồ truyền động chính của hệ truyền động cầu trục dùng hệ F- ............... 78

Nguyễn Thùy Linh

Trang 4


CHƢƠNG 1
CHỌN CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG CÁC MÁY SẢN XUẤT
1.1. Những vấn đề chung về chọn công suất động cơ truyền động cho máy sản xuất
Nguồn động lực trong một hệ thống

(truyền động điện) là động cơ điện. Các

yêu cầu kỹ thuật, độ tin cậy trong quá trình làm việc và tính kinh tế của H

(hệ

thống truyền động điện) phụ thuộc vào sự lựa chọn đúng động cơ điện và phương pháp
điều khiển động cơ.
Chọn một động cơ điện cho một H

bao gồm nhiều tiêu chuẩn phải đáp

ứng:
- ộng cơ phải có đủ cơng suất kéo.
- Tốc độ phù hợp và đáp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương
pháp điều chỉnh thích hợp.

- Thỏa mãn các yêu cầu mở máy và hãm điện.
- Phù hợp với nguồn điện năng sử dụng (loại dòng điện, cấp điện áp …).
- Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thơng thống, nhiệt độ, độ ẩm, khí
độc hại, bụi bặm, ngoài trời hay trong nhà …).
Tại sao phải chọn đúng công suất động cơ?
Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa rất lớn đối với hệ

.

ếu nâng

cao cơng suất động cơ chọn so với phụ tải thì động cơ sẽ kéo dễ dàng nhưng giá thành
đầu tư tăng cao, hiệu suất kém và làm tụt hệ số công suất cos của lưới điện do động cơ
chạy non tải.

gược lại nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn cơng suất tải u cầu thì

động cơ hoặc khơng kéo nổi tải hay kéo tải một cách nặng nền, dẫn tới các cuộn dây bị
phát nóng quá mức, làm giảm tuổi thọ động cơ hoặc làm động cơ bị cháy hỏng nhanh
chóng.
Chọn cơng suất động cơ như thế nào?
Việc tính công suất động cơ cho một hệ

phải dựa vào sự phát nóng các phần

tử trong động cơ, đặc biệt là các cuộn dây. Muốn vậy, tính cơng suất động cơ phải dựa
vào đặc tính phụ tải và các quy luật phân bố phụ tải theo thời gian.

ộng cơ được chọn

đúng cơng suất thì làm việc bình thường cũng như khi quá tải ở mức cho phép, nhiệt độ
động cơ không được tăng quá trị số giới hạn cho phép cp.
Nguyễn Thùy Linh

Trang 5


1.1.1. Các chế độ làm việc của truyền động điện
ăn cứ vào đặc tính phát nóng và nguội lạnh của máy điện, người ta chia chế độ
làm việc của truyền động thành 3 loại: Dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại.
a) Chế độ dài hạn: Do phụ tải duy trì trong thời gian dài, cho nên nhiệt độ của
động cơ đủ thời gian đạt tới trị số ổn định.
b) Chế độ ngắn hạn: Do phụ tải duy trì trong thời gian ngắn hạn, thời gian nghỉ
dài, cho nên nhiệt độ động cơ chưa kịp đạt tới giá trị ổn định và nhiệt độ động cơ sẽ giảm
về giá trị ban đầu.
P

υ

P

PC

PC
υơđ

υ

υơđ

υơđ

t
t

0
Hình 1.1: Chế độ làm việc dài hạn

tlv
Hình 1.2: Chế độ làm việc ngắn hạn

c) Chế độ ngắn hạn lặp lại: Phụ tải làm việc có tính chất chu kỳ, thời gian làm
việc và thời gian nghỉ xen kẻ nhau. Nhiệt độ động cơ chưa kịp tăng đến trị số ổn định thì
được giảm do mất tải, và khi nhiệt độ động cơ suy giảm chưa kịp về giá trị ban đầu thì
lại tăng lên do có tải. Do vậy người ta đưa ra khái niệm thời gian đóng điện tương đối:
% 

rong đó:

tlv
.100%
tc.ky

tlv: Là thời gian làm việc có tải.
Tc.ky = tlv + tnghỉ: Là thời gian của một chu kỳ

Nguyễn Thùy Linh

Trang 6

PC

PC

PC

υơđ

t

0

tlv to
tck
Hình 1.3: Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại
1.1.2. Tính chọn cơng suất động cơ cho những truyền động không điều chỉnh
tốc độ
ể chọn công suất động cơ, chúng ta cần phải biết đồ thị phụ tải MC(t) và PC(t) đã qui
đổi về trục động cơ và giá trị tốc độ yêu cầu.
Từ biểu đồ phụ tải, ta tính chọn sơ bộ động cơ theo cơng suất; trả ở trong sổ tay tra cứu
ta có đầy đủ tham số của động cơ. ừ đó tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải chính xác
(trong các chế độ tĩnh, khởi động và hãm).
Dựa vào đồ thị phụ tải chính xác, tiến hành kiểm nghiệm động cơ đã chọn.
1.1.2.1. Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn
ối với phụ tải dài hạn có loại khơng đổi và loại biến đổi.
a) Phụ tải dài hạn không đổi:
ộng cơ cần chọn phải có cơng suất định mức Pđm  Pc và  đm phù hợp với tốc độ
yêu cầu. hông thường Pđm = (1  1,3). rong trường hợp này việc kiểm nghiệm động cơ
đơn giản: Không cần kiểm nghiệm quá tải về mômen, nhưng cần phải kiểm nghiệm điều

kiện khởi động và phát nóng.

Nguyễn Thùy Linh

Trang 7


MC

PC
M2

MC

PC

M1

t

0

a)

M2

M4
M3

M6

M1

M5

t

0

t1 t2

t3

tck

tn

to t1

Hình 1.4:- ồ thị phụ tải: a) Phụ tải dài hạn không đổi, b) Phụ tải dài hạn biến đổi.
b) Phụ tải dài hạn biến đổi:
ể chọn được động cơ phải xuất phát từ đồ thị phụ tải tính ra giá trị trung bình
của mơmen hoặc cơng suất.
n

M tb 

n

 M i ti

0

n

 t1

,

Ptb 

 Pt

0

i i

0

n

t

1

0

ộng cơ chọn phải có: Mđm = (1  1,3)Mtb hoặc Ptb = (1  1,3)Ptb.
iều kiện kiểm nghiệm: kiểm nghiệm phát nóng, q tải về mơmen và khởi động.
1.1.2.2. Chọn cơng suất động cơ làm việc ngắn hạn
Trong chế độ làm việc ngắn hạn có thể sử dụng động cơ dài hạn hoặc sử dụng động

cơ chuyên dùng cho chế độ làm việc ngắn hạn.
a) Chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn:
rong trường hợp khơng có động cơ chuyên dụng cho chế độ ngắn hạn, ta có thể
chọn các động cơ thơng thường chạy dài hạn để làm việc trong chế độ ngắn hạn. Nếu
chọn động cơ dài hạn theo phương pháp thơng thường có Pđm = (1  1,3)Pc thì khi làm
việc ngắn hạn trong khoảng thời gian tlv nhiệt độ động cơ mới tăng tới nhiệt độ 1 đã
nghỉ làm việc và sau đó hạ nhiệt độ đến nhiệt độ môi trường mt. Rõ ràng việc này gây
lãng phí vì khơng tận dụng hết khả năng chịu nhiệt (tới nhiệt độ ôđ) của động cơ.

Nguyễn Thùy Linh

Trang 8


Vì vậy khi dùng động cơ dài hạn để làm việc ở chế độ ngắn hạn, cần chọn công
suất động cơ nhỏ hơn để động cơ phải làm việc quá tải trong thời gian đóng điện tlv.
ộng cơ sẽ tăng nhiệt độ nhanh hơn nhưng khi kết thúc thời gian làm việc, nhiệt độ của
động cơ không được quá nhiệt độ ôđ cho phép.
hư vậy, để chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn, ta phải dựa vào
công suất làm việc yêu cầu Plv và giả thiết hệ số quá tải công suất x để chọn sơ bộ công
suất động cơ dài hạn (Plv = x.Pđm hay Mlv = x.Mđm). Từ đó có thể xác định được thời gian
làm việc cho phép của động cơ vừa chọn. Việc tính chọn đó được lập lại nhiều lần làm
sao cho tlv tính tốn  tlv u cầu.
b) Chọn động cơ ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn:
ộng cơ ngắn hạn được chế tạo có thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60, 90
phút.

hư vậy ta phải chọn tlv = tchuẩn và công suất động cơ

đm chọn

 Plv hay Mđm chọn 

Mlv.
Nếu tlv  tchuẩn thì sơ bộ chọn động cơ có tchuẩn và Pđm gần với giá trị tlv và Plv. Sau
đó xác định tổn thất động cơ Pđm với công suất và Plv với Plv. Quy tắc chọn động cơ
là:
1  etlvlT
Pdm 
Plv
1  etchlT

ồng thời tiến hành kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải về mômen và
mômen khởi động cũng như điều kiện phát nóng.
1.1.2.3. Chọn cơng suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại
ũng tương tự như trong trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta có thể chọn động cơ dài
hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hoặc chọn động cơ chuyên dụng ngắn hạn lặp
lại.
ộng cơ ngắn hạn lặp lại, được chế tạo chuyên dụng có độ bền cơ khí cao, qn
tính nhỏ (để đảm bảo chế độ khởi động và hãm thường xuyên) và khả năng quá tải lớn
(từ 2,5  3,5).

ồng thời được chế tạo chuẩn với thời gian đóng điện % = 15%, 25%,

40% và 60%.
ộng cơ được chọn cần đảm bảo 2 tham số:
Pđm chọn  Plv
Nguyễn Thùy Linh

Trang 9

%đm chọn phù hợp với % làm việc
rong trường hợp lv% khơng phù hợp với %đm chọn thì cần hiệu chỉnh lại cơng
suất định mức theo cơng thức:
Pđmchọn  Plv

 lv %

 %đmchọn

Sau đó phải kiểm tra về mơmen q tải, mơmen khởi động và phát nóng.
Chọn đúng cơ dài hạn làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại:
rường hợp này, động cơ chạy dài hạn được chọn với công suất nhỏ hơn để tận dụng
khả năng chịu nhiệt.

ộng cơ chạy dài hạn được coi là có thời gian đóng điện tương đối

100% nên cơng suất động cơ cần chọn sẽ là:
Pđmchọn  Plv

 lv %
100%

1.1.3. Tính chọn cơng suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ
ể tính chọn cơng suất động cơ trong trường hợp này cần phải biết những yêu cầu
cơ bản sau:
a) ặc tính phụ tải Pyc(), Myc() và đồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t), (t);
b) Phạm vi điều chỉnh tóc độ:  max và  min.
c) Loại động cơ (một chiều hoặc xoay chiều) dự định chọn.

d) hương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động cần phải
định hướng xác định trước.
Hai yêu cầu trên nhằm xác định những tham số Pycmax và Mcymax. Ví dụ đối với
phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh, P = hằng số. Ta có cơng suất u
cầu cực đại Pmax = Pđm = const, nhưng mômen yêu cầu cực đại lại phụ thuộc vào phạm vi
điều chỉnh M max 

Pñm

min

.

ối với phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh M = const. Ta có
cơng suất yêu cầu cực đại Pmax = Mđm. max.
Hai yêu cầu về loại động cơ và loại truyền động có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.
ó xác định kích thước cơng suất lắp đặt truyền động, bởi vì hai yếu cầu này cho biết

Nguyễn Thùy Linh

Trang 10


hiệu suất truyền động và đặc tính điều chỉnh Pđc(), Mđc() của truyền động. Thơng
thường các đặc tính này thường phù hợp với đặc tính phụ tải yêu cầu Pyc(), Myc().
Tuy vậy có trường hợp, người ta thiết kế hệ truyền động có đặc tính điều chỉnh
khơng phù hợp chỉ vì mục đích đơn giản cấu trúc điều chỉnh.
Ví dụ:

ối với tải P = const, khi sử dụng động cơ một chiều, phương pháp điều

chỉnh thích hợp là điều chỉnh từ thơng kích từ.

hưng ta dùng phương pháp điều chỉnh

điện áp phần ứng thì khi tính chọn cơng suất động cơ cần phải xét yêu cầu Mmax.

hư

vậy công suất động cơ lúc đó khơng phải là Pđm = Pyc mà là:
Pñm  M max .max 

max
.P  D.Py / c
min y / c

hư vậy công suất đặt sẽ lớn hơn D lần so với Py/c.
Mặt khác việc tính chọn cơng suất động cơ còn phụ thuộc vào phương pháp điều
chỉnh tốc độ, ví dụ cùng một loại động cơ như động cơ không đồng bộ, mỗi phương pháp
điều chỉnh khác nhau có đặc tính hiệu suất truyền động khác nhau, phương pháp điều
chỉnh điện áp dùng Thyristor có hiệu suất thấp so với phương pháp điều chỉnh tần số
dùng bộ biến đổi Thyristor. Vì vậy khi tính chọn cơng suất động cơ bắt buộc phải xét tới
tổn thất công suất P và tiêu thụ công suất phản kháng Q trong suốt dải điều chỉnh.
Do vậy việc tính chọn cơng suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ
cần gắn với một hệ truyền động cho trước để có đầy đủ các yêu cầu cơ bản cho việc tính
chọn.
1.1.4. Kiểm nghiệm cơng suất động cơ
Việc tính chọn cơng suất động cơ ở các phần trên được coi là giai đoạn chọn sơ
bộ ban đầu.

ể khẳng định chắc chắn việc tính chọn đó là chấp nhận được ta cần kiểm

nghiệm lại việc tính chọn đó.
u cầu về kiểm nghiệm việc tính chọn cơng suất động cơ gồm có:
- Kiểm nghiệm phát nóng:   cf.
- Kiểm nghiệm quá tải về mômen: Mđm.đcơ > Mcmax
- Kiểm nghiệm mômen khởi động: Mkđ.đcơ  Mc mở máy.
Ta thấy rằng việc kiểm nghiệm theo u cầu q tải về mơmen và mơmen khởi
động có thể thực hiện dễ dàng. Riêng về yêu cầu kiểm nghiệm phát nóng là khó khăn,
Nguyễn Thùy Linh

Trang 11


khơng thể tính tốn phát nóng động cơ một cách chính xác được (vì tính tốn nóng của
động cơ là bài tốn phức tạp).
1.2. Chọn cơng suất động cơ cho truyền động chính máy tiện
Truyền động chính máy tiện thường làm việc ở chế độ dài hạn. Tuy nhiên, khi gia cơng
các chi tiết ngắn, ở các máy trung bình và nhỏ, do q trình thay đổi ngun cơng và chi
tiết chiếm thời gian quá lớn nên truyền động chính phải tiến hành tính tốn ở một chế độ
nặng nề nhất.
Giả thiết trên máy tiện thực hiện gia công chi tiết như ở hình 1.5. Các ngun cơng khi
gia cơng gồm 4 giai đoạn: 1 và 3 - tiện cắt hoặc tiện ngang; 2 và 4 - tiện trụ (tiện dọc).
Phụ tải của động cơ trong từng nguyên công phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt, vật
liệu chi tiết dao v.v…

Hình 1.5: Chi tiết được gia cơng trên máy tiện
Tốc độ phụ thuộc vật liệu gia công, vật liệu dao, kích thước dao, dạng gia cơng, điều
kiện làm mát v.v…. theo công thức kinh nghiệm:
v

C
(m/ph)
T t S yv
v
m Xv

(1-1)

rong đó:
t: chiều sâu cắt (mm);
s: lượng ăn dao, là độ dịch chuyển của dao khi chi tiết quay 1 vòng (mm/vg);
: độ bền của dao (ph);
Cv, xv, yv, m: là hệ số mũ và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết,vật liệu dao,
phương pháp gia công.
Nguyễn Thùy Linh

Trang 12


Trong q trình gia cơng, tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết xuất hiện một lực F gồm
3 thành phần và lực cắt được xác định theo công thức:
x

y

n

Fz = 9,81C .t s v (N)
F

F.

F.

(1-2)

Quá trình tiện xảy ra với công suất cắt (kW) là hằng số:
Pz = Fz.v.10-3 (kW)

(1-3)

Công suất ăn dao thường nhỏ hơn công suất cắt 100 lần vì tốc độ ăn dao được xác định
bởi lượng ăn dao và tốc độ góc chi tiết:
vad  s' ct 10 3 (m/s)

(1-4)

rên đồ thị phụ tải của truyền động ăn dao hình 1.6, ở dải tốc độ rộng v1< v phụ tải là hằng số, ở vùng tốc độ v< v1 và v>v2 momen phụ tải sẽ thay đổi tuyến tính
theo tốc độ:

Hình 1.6: ồ thị phụ tải của truyền động ăn dao
Thời gian máy (thời gian gia công) của máy tiện được xác định:
tM 

l.10 3
(s)
v ad

(1-5)

rong đó:
l: là chiều dài gia cơng , mm
ωct: là tốc độ góc chi tiết, rad/s
s: lượng ăn dao, mm/vg
Kết hợp (1-4) và (1-5) ta có cơng thức tính thời gian máy:

Nguyễn Thùy Linh

Trang 13


t NM 

l

(s)

wct .s'

(1-6)

Q trình tính tốn như sau:
a) Từ các yếu tố chế độ cắt gọt, theo các công thức (1-1), (1-3), (1-4) và (1-6) xác
định tốc độ cắt, lực cắt, công suất cắt và thời gian gia công ứng với từng ngun cơng.
Nếu tốc độ cắt tính được không phù hợp tốc độ của máy (theo số liệu kỹ thuật cơ khí) thì
chọn lấy trị số có sẵn trong máy gần giống với tốc độ cắt tính tốn. Dùng trị số này tính
lại Pz, tm, theo (1-4) và (1-6). Trị số V, Pz, tm này được dùng chính thức trong tồn bộ
bài tốn.

b) Chọn ngun cơng nặng nề nhất và giả thiết ở nguyên công ấy máy làm việc ở
chế độ định mức. Từ đó xác đinh hiệu suất của máy ứng với phụ tải của từng nguyên
công theo công thức:


M hi

M hi  M ms

1
a
1  b
t

rong đó: a, b: hệ số tổn hao khơng biến đổi và biến đổi.
Công suất trên trục động cơ ứng với từng nguyên công :
PDi 

Pzi

i

Giả thiết trong thời gian gá lắp, tháo gỡ chi tiết, chuyển đổi từ nguyên công này sang
nguyên công khác, động cơ quay không tải (mà khơng cắt điện động cơ) thì cơng suất
trên trục động cơ lúc này là công suất không tải của máy, tức là bằng lượng mất mát
không đổi:

Po= a.Pcđm

(1-7)

Ứng với công suất này là thời gian phụ của máy, chúng được xác định theo tiêu chuẩn
vận hành của máy Σt0
c) ộng cơ có thể chọn theo cơng suất:

Ptb 

4

n

i 1

j 1

 Pci   P0 j
4

t
i 1

n

mi

  t0 j
j 1

(1-8)

Pci, ti: công suất trên trục động cơ, thời gian máy của nguyên công thứ i
Nguyễn Thùy Linh

Trang 14


P0j, t0j: công suất không tải trên trục động cơ, thời gian làm việc không tải của máy,
P0j = P0
n: số khoảng thời gian làm việc khơng tải
Pc
Pc2=Pcđm
Pc4
Pc1
Pc3
P0

P0

t01

tm1

P0
t02

tm2

P0
t03

tm3

t04

tm4

t
Tck
Hình 1.7:

ồ thị phụ tải của động cơ

Chọn động cơ có cơng suất định mức lớn hơn 20 ÷ 30% cơng suất trung bình hay đẳng
trị:
d)

Pđm ≈ (1,2 ÷ 1,3)

tb

hoặc Pđm= (1,2 ÷ 1,3)Pđt

(1-9)

ộng cơ truyền động chính máy tiện cần phải được kiểm nghiệm theo điều kiện phát

nóng và quá tải.
1.3. Chọn cơng suất động cơ cho truyền động chính máy bào giƣờng
ặc điểm của truyền động chính máy bào giường là đảo chiều với tần số lớn, momen
khởi động, hãm lớn. Quá trình quá độ chiếm tỉ lệ đáng kể trong chu kỳ làm việc. Chiều

dài hành trình bàn càng giảm, ảnh hưởng của quá trình quá độ càng tăng.

ì vậy khi

chọn cơng suất truyền động chính máy bào giường cần xét cả phụ tải tĩnh lẫn phụ tải
động. Trình tự tiến hành:
a/ Số liệu ban đầu:
Các chế độ cắt gọt điển hình trên máy: ứng với mỗi chế độ, có cho tốc độ cắt (tốc độ
thuận) Vth, lực cắt Fz . Chú ý lực cắt thường có giá trị cực đại trong phạm vi tốc độ cắt
Vth = 6 ÷ 20m/ph. Khi tốc độ lớn hơn 20m/ph lực cắt giảm đi, trong phạm vi này cơng
suất cắt có trị số gần không đổi.
Nguyễn Thùy Linh

Trang 15


- tốc độ hành trình ngược ng thường được chọn Vng = (1÷ 3)Vth [m/ph]
- trọng lượng bàn máy và chi tiết gia cơng Gb + Gct [N]
- bán kính qui đổi lực cắt về trục động cơ điện ρ= v/ω [m]
- hiệu suất định mức của cơ cấu η
- hệ số ma sát giữa bàn và gờ trượt μ
- chiều dài hành trình bàn Lb [m]
- momen qn tính của các bộ phận chuyển động
- hệ thống truyền động điện và phương pháp điều chỉnh tốc độ.
b) Chọn sơ bộ động cơ:
Ứng với mỗi chế độ cắt gọt, xác định lực kéo tổng trên trục vít của bộ truyền, cơng
suất đầu trục động cơ và cơng suất tính tốn. Lực kéo tổng được xác đinh theo công
thức:
FK = Fz + (Gb + Gct + Fy).μ

(1-10)

Công suất đầu trục động cơ khi cắt chính là cơng suất động cơ trong hành trình thuận:
Pth 

Fk .vth
(kW)
60.1000.

Nếu hệ thống truyền động điện là bộ biến đổi - động cơ điện một chiều

(1-11)
–

và

điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng thì động
cơ phải chọn theo cơng thức tính tốn Ptt:
Ptt  Pth

v ng
vth

(kW)

(1-12)

ó như vậy, động cơ mới có thể đảm bảo được dịng điện cực đại trong hành trình thuận
với điện áp phần ứng không lớn, đồng thời tốc độ cao trong hành trình ngược (khi điện
áp lớn). rong trường hợp điều chỉnh tốc độ theo hai vùng tức là trong vùng vmin < v <

vng giữ lực kéo không đổi bằng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng, còn trong
vùng vth < v < vng giữ công suất không đổi bằng phương pháp thay đổi từ thơng động cơ,
thì động cơ chỉ cần chọn theo cơng suất ở hành trình thuận Pth tính theo (1-11) là đủ vì
trong phạm vi vth < v < vng điều chỉnh từ thông nên PD = const. Các số liệu tính tốn
được ghi vào bảng 1-1.

Nguyễn Thùy Linh

Trang 16


Cần chọn động cơ có cơng suất định mức lớn hơn hoặc bằng cơng suất tính tốn lớn nhất
Pđm ≥

trong bảng 1-1

Bảng 1.1: Số liệu ghi để chọn công suất động cơ máy bào giường
Chế độ
cắt

Tốc độ (m/ph)

Lực cắt

Lực dọc

Vth

Fz (N)

trục

chi tiết

Fy (N)

Gct (N)

Vng

r.lượng

Lực kéo

C.suất

C.suất

Fk (N)

đầu trục

tính tốn

Pth (kW)

Ptt (kW)

1

Vth1

Vng1

Fz1

Fy1

Gct1

Fk1

Pth1

Ptt1

2

Vth2

Vng2

Fz2

Fy2

Gct2

Fk2

Pth2

Ptt2

3

Vth3

Vng3

Fz3

Fy3

Gct3

Fk3

Pth3

Ptt3

c) Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần và kiểm nghiệm động cơ đã chọn:
ể kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng ta phải xây dựng đồ thị phụ
tải tồn phần i = f(t); trong đó có xét tới cả chế độ làm việc xác lập và q trình q độ.
hương pháp như sau: có thể chia đồ thị tốc độ của động cơ trong một hành trình kép
(hình.1.8) thành 14 khoảng từ t1 ÷ t14.
w,i
Vth

v
t

V
0

t1 t21 t22 t3

t4

t5 t61 t62 t7

t8

t9

t10

t11

t12

Hình 1.8. Giãn đồ thời gian máy bào giường

rong đó:
Nguyễn Thùy Linh

Trang 17

t1- bàn máy tăng tốc tới v0 không cắt gọt kim loại tương ứng với động cơ làm việc
không tải
t21 - động cơ làm việc với tốc độ ổn định, không tải.
t22 - bắt đầu gia công chi tiết, động cơ làm việc với tốc độ ổn định, có tải.
t3 - động cơ tăng tốc độ đến ωth ứng với tốc độ vth của bàn máy, có tải.
t4 - giai đoạn cắt gọt, động cơ làm việc với tốc độ ổn định ωth
t5 - động cơ giảm tốc đến ω1, có tải
t61 - động cơ làm việc ổn định với tốc độ ω1, có tải.
t62 - dao ra khỏi chi tiết, động cơ làm việc không tải với tốc độ ω1.
t7 , t8 - động cơ dảo chiều từ thuận sang ngược
t9- động cơ làm việc không tải với tốc độ không tải ωng ứng với vng của bàn máy.
t10 - động cơ giảm tốc ở chiều ngược
t11 - động cơ làm việc ổn định với tốc độ ω1
t12 -

đông cơ đảo chiều từ ngược sang thuận, bàn máy bắt đầu thực hiện một

hành trình kép mới.
hư vậy trong một hành trình kép có các khoảng thời gian động cơ làm việc ổn định
không tải là t21, t6, t9, t11 và có tải t22, t4, t61 . Các khoảng thời gian động cơ làm việc ở
quá trình quá độ t1, t3, t5, t8, t10, t12. Ta phải xác định được dòng điện trong động cơ trong
tất cả các khoảng thời gian đó.
+ Xác định dịng điện trong chế độ làm việc ổn định
ể xác định dòng điện động cơ trong các khoảng thời gian làm việc ổn định, ta xác định
cơng suất trên trục động cơ, sau đó xác định momen điện từ của động cơ trong các
khoảng thời gian đó theo giản đồ sau: (t) →

(t) → I(t)

với P(t), M(t), I(t) là cơng suất, momen, dịng điện trong các khoảng thời gian làm việc

ổn định thứ i.
- Công suất đầu trục động cơ khi khơng tải ở hành trình thuận:
P0th =  P0th +  Pp

(1-13)

Với  P0th là tổn hao khơng tải trong hành trình thuận;
 Pp là tổn hao do ma sát trên gờ trượt của bàn máy.

P0th  a.Pthhi  0,6.Pth .(1   )
Nguyễn Thùy Linh

(1-14)
Trang 18


Pp 

(Gct  Gb ).vth .
60.1000

(1-15)

với a = 0,6(ađm + bđm); Pthhi – cơng suất hữu ích-

ơmen điện từ của động cơ ở hành trình thuận khi đầy tải:
PD.th .10 3
Mdt.th = M0 + Mth = M0 +
(N)
wđm

Với: w =

vth


là tốc độ động cơ ở hành trình thuận

Momen khơng tải của động cơ: M 0  K . đm .I đm 
Dòng điện động cơ khi đầy tải:

Ith =

Pđm .10 3
(Nm)
wđm

M đt.th
(A)
K đm

(1-15)
(1-17)

(1-18)
(1-19)

rong đó Φđm, Pđm, Iđm là các thơng số định mức của động cơ
- Công suất động cơ trong hành trình ngược khi dùng phương pháp điều chỉnh điện áp
trong cả dải tốc độ được xác định:

PDng = P0th.

v ng
vth

(N)

(1-20)

+ Xác định dòng điện trong các khoảng thời gian động cơ làm việc ở quá trình quá độ:
Nguyên tắc chung là viết và giải các phương trình vi phân các mạch điện cụ thể. Ngày
nay công cụ máy tính cho phép ta dễ dàng giải các hệ phương trình phức tạp này. Tuy
nhiên, để đơn giản cho việc phân tích, ta có thể sử dụng phương pháp gần đúng. hương
pháp đó dựa trên các giả thiết sau:
- ồ thị tốc độ bàn máy v(t) hoặc của động cơ có dạng lý tưởng hình 1-8;
- Hệ thống truyền động điện có tự động điều chỉnh, đảm bảo có hạn chế dịng và duy trì
nó ở giá trị cực đại cho phép trong quá trình quá độ. ối với động cơ một chiều Iqđ = (2 ÷
2,5)Iđm
+ Xác định thời gian của các khoảng làm việc:
- Thời gian của quá trình q độ có thể xác định bằng cơng thức gần đúng:
t=

J
J
( w2  w1 ) 
( w2  w1 )
M qđ  M c
( I qđ  I c ).K . đm

(1-21)

rong đó:
Nguyễn Thùy Linh

Trang 19


Mqđ, Iqđ –

omen, dịng điện động cơ trong q trình quá độ;

Mc, Ic – momen, dòng điện phụ tải của động cơ;
ω2, ω1 - tốc độ ở cuối và đầu quá trình quá độ;
Theo (1-21) ta xác định được t1, t3, t5, t7, t8, t10, t12.
- Các khoảng thời gian t21, t22, t61, t62 xác định theo kinh nghiệm vận hành.
- Thời gian làm việc ổn định ở hành trình thuận được xác định như sau:
t5 

L5
(s)
vth

(1-22)

với L5 - chiều dài bàn máy di chuyển trong khoảng thời gian t5 được xác định như sau: L5
= L -  Li
rong đó L - chiều dài hành trình bàn máy trong hành trình thuận.
ΣLi- tổng chiều dài hành trình bàn trong các giai đoạn quá trình quá độ và các đoạn bàn
máy di chuyển với tốc độ v0. Nếu coi rằng trong quá trình quá độ bàn máy di chuyển với
tốc độ trung bình khơng đổi thì:

Li = viti

(1-23)

với vi, ti - tốc độ trung bình, đoạn thời gian thứ i
- ương tự ta xác định được t11
+ Xây dựng đồ thị phụ tải tồn phần i=f(t):
Từ các sốliệu dịng điện trong quá trình quá độvà xác lập ởcác khoảng thời gian tương
ứng, ta vẽ được đồ thị dòng điện biến thiên theo thời gian như hình 1-8
+ Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng.
Sử dụng phương pháp dịng điện đẳng trị để kiểm nghiệm. Từ đồ thị hình (1-8) ta có:
14

I i2 .t i

Iđt =

i 1
,
ck

(1-24)

T

rong đó: ’ck - thời gian của một chu kỳcó xét đến hiện tượng toả nhiệt do tốc độ thấp
và quá trình quá độ nếu động cơ tự thơng gió.

hi động cơ thơng gió độc lập thì lấy ’CK

=TCK. ộng cơ đã đượcchọn phảicó dịng điện định mức Iđm ≥ Iđm.
1.4. Chọn cơng suất động cơ cho máy nâng chuyển
a) Cơ cấu di chuyển xe cầu và xe con:
ối với cơ cấu di chuyển, lực cản tĩnh phụ thuộc vào khối lượng hàng (G) và khối
Nguyễn Thùy Linh

Trang 20


lượng của cơ cấu. Trạng thái đường đi của cơ cấu di chuyển trên nó, cấu tạo và chế độ
bơi trơn cho cơ cấu (cổ trục, khớp nối, bản lề v.v…).

ốivới cầu trục lắp đặt ngồi trời

cịn chịu tác động phụ của gió. Hình 1.9 biểu diễn sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu di
chuyển trên đường ray.

P

G+G0
Hình 1.9: Sơ đồ lực của cơ cấu di chuyển
rong trường hợp này, lực cản chuyển động được tính theo biểu thức sau:
F

(G  G0  G x ) g
(  .rct  f )k ms [N]
Rb

(1-25)

rong đó:  : hệ số ma sát trượt
G: khối lượng hàng hóa (kg)
G0: khối lượng của cơ cấu bốc hàng (kg)
Gx: khối lượng của xe (kg)
g: gia tốc trọng trường (m/s2)
Rb: bán kính bánh xe (m)
rct : bán kính cổ trục bánh xe (m)
f: hệ số ma sát lăn
kms: hệ số có tính đến ma sát giữa mép bánh xe và đường ray
kms= 1,2-1,5
Momen của động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động đó:
M 

F .Rb
[N.m]
i.

(1-26)

rong đó: F được tính theo (1-25)
i: tỉ số truyền từ động cơ đến bánh xe
 : hiệu suất của cơ cấu

Công suất của động cơ khi di chuyển có tải trong chế độ xác lập:
Nguyễn Thùy Linh

Trang 21

P

F .v



10 3 [kW]

(1-27)

rong đó: F0 được tính theo cơng thức (1-25) khi G=0.
b) Cơ cấu nâng – hạ hàng:
ộng cơ truyền động cơ cấu nâng hạ đóng vai trị quan trọng trong các máy nâng vận
chuyển nói chung và trong cầu trục nói riêng. Trên hình 1.10 mơ tả sơ đồ động học của
cơ cấu nâng hạ với cơ cấu bốc hàng dùng móc.

Hình 1.10: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ bốc hàng bằng móc
1. Trục vít; 2. Bánh vít; 3. Truyền động bánh răng; 4. ang máy; 5. ơ cấu móc hàng;
6.

óc; 7. ộng cơ truyền động

Lực đặt lên cáp nâng được tính theo biểu thức sau:
F

(G  G0 ) g
[N]
m  t

(1-28)

rong đó: m – bội số của rịng rọc
Khi nâng khơng tải (G=0), lực đặt lên cáp nâng bằng:
F

Nguyễn Thùy Linh

G0 g
[N]
m. t

(1-20)

Trang 22


omen đặt lên tang nâng tương ứng cho hai trường hợp bằng:
Mt 

F .Rt

t

; Mt0 =

F0 .Rt

t

(1-30)

rong đó:  t - hiệu suất của tang nâng
omen đặt lên trục động cơ bằng:
Mt 

Mt
i.

(1-31)

rong đó: i,  - tỉ số truyền và hiệu suất của cơ cấu truyền lực

 = bv.  br

(1-32)

rong đó:  bv – hiệu suất bánh vít, trục vít

 br – hiệu suất của cặp bánh răng
Cơng suất của động cơ truyền động phụ thuộc vào tốc độ nâng:
P

F .v.m

c

10 3

(1-33)

rong đó: v – tốc độ nâng hàng (m/s)

 c – hiệu suất của toàn bộ cơ cấu truyền lực

 =  bv.  br t

(1-34)

Câu hỏi ơn tập
1. Trình bày cách tính chọn cơng suất động cơ cho các truyền động không điều chỉnh tốc
độ và có điều chỉnh tốc độ.
2. Chọn cơng suất động cơ cho truyền động chính của máy bào giường.
3. Chọn cơng suất động cơ cho máy nâng chuyển.

Nguyễn Thùy Linh

Trang 23