Đồ án Thiết kế trang bị điện cho truyền động trục chính máy tiện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thiết kế trang bị điện cho truyền động trục chính máy tiện Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 1 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 1. Lời nhận xét của giáo viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………….. 2. Lời nhận xét của giáo viên phản biện ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………… Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 2 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc MỤC LỤC Chương 1 ......................................................................................................................... 5 TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN....................................................................................... 5 1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện .................................................................................. 5 1.2. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện ........................................ 6 1.2.1. Tốc độ cắt ........................................................................................................... 6 1.2.2. Lực cắt : .............................................................................................................. 7 1.2.3. Công suất cắt : .................................................................................................... 7 1.2.4. Thời gian máy : ................................................................................................... 8 1.3. Phụ tải của cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện ............................................. 8 1.3.1. Trong truyền động chính của máy tiện lực cắt là lực hữu ích của máy nó phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao. ................................................. 8 1.3.2. Cơ cấu truyền động ăn dao : .............................................................................. 10 1.3.3. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính máy tiện : ................................................ 12 Chương 2 ....................................................................................................................... 13 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN .................................................................................................................... 13 2.1. Quá trình chọn công suất động cơ ......................................................................... 13 2.2. Phương án chọn công suất động cơ cho hệ truyền động chính ............................ 14 2.3 Tính chọn công suất động cơ .................................................................................. 16 2.3.1. Số liệu ban đầu : ............................................................................................... 16 2.3.2. Xác định vận tốc cắt .......................................................................................... 16 2.3.3. Xác định lực cắt ................................................................................................ 17 2.3.4. Xác định lực ma sát và lực kéo : ....................................................................... 18 2.3.5. Xác định mô men trên trục chính của máy : ...................................................... 19 2.3.6. Xác định công suất cắt : .................................................................................... 20 2.3.7. xác định hiệu suất ứng với từng nguên công...................................................... 21 2.3.8. Xác định công suất trên trục động cơ : .............................................................. 23 2.3.9. Xác định thời gian máy : .................................................................................. 24 2.3.10. Lựa chọn động cơ truyền động ....................................................................... 25 2.3.11. Kiểm nghiệm động cơ ..................................................................................... 26 2.3.12. Đồ thị phụ tải của truyền động trục chính máy tiện ......................................... 27 Chương 3 ....................................................................................................................... 28 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ..................................... 28 3.1. Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ) ............................. 28 3.2. Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ) ......................................................................................... 29 3.2.1. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ ............................................................. 29 Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 3 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 3.2.2. Hệ thống F- Đ với âm dòng có ngắt .................................................................. 30 3.2.3. Đánh giá hệ thống F- Đ .................................................................................... 30 3.3. Phương án 2: Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ) ................................... 31 3.3.1 Sơ đồ hệ thống ................................................................................................... 31 3.3.2 Đánh giá về hệ thống ......................................................................................... 32 3.4. Lựa chọn phương án truyền động ......................................................................... 32 Chương 4 ....................................................................................................................... 34 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ...... 34 4.1. Tính chọn thiết bị mạch lực ................................................................................... 34 4.1.1. Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực ...................................................................... 34 4.1.2. Lựa chọn phương án đảo chiều ......................................................................... 40 4.1.3. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ truyền động .......................................... 42 4.2. Thiết kế hệ thống điều khiển ................................................................................. 45 4.2.1. Khái quát chung ................................................................................................ 45 4.2.2. Thiết kế mạch cụ thể ......................................................................................... 48 4.2.3. Khâu tạo xung: ................................................................................................. 56 4.2.4. Mạch tạo điện áp chủ đạo ................................................................................. 63 4.2.5. Mạch lấy tín hiệu phản hồi dòng điện có ngắt ................................................... 63 4.2.6. Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ .................................................. 64 4.2.7. Thiết kế mạch nguồn nuôi một chiều ................................................................ 65 Chương 5 ....................................................................................................................... 66 ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ...... 66 5.1. Tính toán các thông số cơ bản ............................................................................... 66 5.1.1. Các tham số cơ bản ........................................................................................... 66 5.1.2. Hệ số khuếch đại của động cơ ........................................................................... 66 5.1.3. Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi kb .................................................................. 66 5.1.4. Hệ số khuếch đại trung gian .............................................................................. 67 5.1.5. Hệ số khuếch đại yêu cầu (kyc) của toàn hệ thống .............................................. 68 5.2. Khảo sát chế độ tĩnh của hệ thống ........................................................................ 69 5.2.1. Khái niệm chung ............................................................................................... 69 5.2.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống ở chế độ tĩnh................................................................ 69 5.2.3. Kiểm tra sự ổn định của hệ thống ở chế độ tĩnh ................................................. 70 5.3. Khảo sát chế độ động của hệ thống ....................................................................... 71 5.3.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc ................................................................................... 71 5.3.2. Xác định hàm truyền của hệ thống phản hồi tốc độ ........................................... 73 5.3.3. Kiểm tra sự ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Routh ................................... 75 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 78 Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 4 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình học tập tại trường em đã được học môn học Trang Bị Điện, để củng cố kiến thức thì môn học này đã có rất nhiều đề tài môn học cho các máy khác nhau.Em đã được nhân đề tài: Thiết kế trang bị điện cho truyền động trục chính máy tiện. Thiết kế truyền động chính máy tiện là một việc làm khó ,trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn TBĐ, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Duy Trinh, em đã hoàn thành xong bản đồ án môn học. Đề tài bao gồm các phần : - Tổng quan về máy tiện - Tính chọn công suất động cơ cho truyền động trục chính máy tiện - Phân tích lựa chọn phương án truyền động - Tính chọn thiết bị mạch động lực và hệ thống điều khiển - Xét tính ổn địng và hiệu chỉnh hệ thống Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án chắc khó tránh khỏi các khiếm khuyết. Em rất mong được sự nhận xét góp ý của các thầy cô giáo để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Vinh ngày 18 tháng 9 năm 2012 Sinh Viên Nguyễn Văn Ngọc Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 5 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN 1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện Hình 1.1: Hình Dạng bên ngoài máy tiện Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng. Trên máy tiện có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau : Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện côn, tiện định hình. Trên máy tiện có thể thực hiện được doa, khoan và tiện ren, bằng các dao cắt, dao doa, tarô ren. Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cở vài milimét đến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng) 1 : Thân máy 2 : Ụ trước 3 : Bàn dao 4 : Ụ sau Hình 1.2: Các bộ phận chính máy tiện Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là chuyển động quay của mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao. Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi,bơm nước, nâng hạ, kẹp và nới xã v.v... ở các máy cở nhỏ, người ta thường dùng động cơ lồng sóc để kéo các truyền động cơ bản. Loại động cơ này có ưu điểm về mặt kinh tế ,đơn giản và đặc tính cơ cứng. Điều chỉnh tốc Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 6 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc độ bằng phương pháp cơ khí, trong phạm vi không rộng lắm. Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thường sử dụng động cơ lồng sóc hai hay nhiều tốc độ. Một trong những đặc điểm của máy tiện cở nặng là yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng. Vì vậy phần nhiều người ta dùng động cơ địên một chiều kết hợp với tốc độ 3- 4cấp. Điều chỉnh tốc độ điện khí được thực hịên bằng cách thay đổi từ thông động cơ, hoặc bằng phương pháp điều chỉnh 2 vùng . 1.2. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện 1.2.1. Tốc độ cắt Là tốc độ di chuyển tương đối của bàn dao so với chi tiết tại điểm tiếp xúc. Đây là thông số cơ bản để xác đinh chế độ làm việc của máy và để tính toán chế độ cắt gọt của máy, nó phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu làm dao và chi tiết gia công. - Lượng ăn dao : S (mm/vg) - Chiều sâu cắt : t (mm) - Tuổi thọ của dao : T Tốc độ cắt được xác đinh theo biểu thức kinh nghiệm : )/(,.. phm StT CV VV yxm V z  Trong đó : - t là chiều sâu cắt , - T là tuổi thọ (độ bền) của dao, - S là lượng ăn dao khi chi tiết quay được một vòng. - CV, xV, yV, m là hệ số mủ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm giao và phương pháp gia công. Vật liệu gia công là gang, thép 45 vật liệu làm giao bằng thép hợp kim cường độ cao, nên chọn CV = 40 - 260 --> lấy CV = 200 ; xV = 0,15 - 0,2 chọn : xV = 0,2 ; yV = 0,35 - 0,8 chọn : yV = 0,35 ; m = 0,1 - 0,2 chọn: m = 0,1; T = 60 - 80 ph chọn: T = 60 ph. Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhât thì trong quá trình gia công phải luôn đạt tốc độ tối ưu, nó được xác định bởi những thông số : độ sâu cắt t, lư- ợng ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đường kính chi tiết xác định. Khi tiện ngang chi tiết có đường kính lớn, trong quá trình gia công đường kính chi tiết giảm dần, để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số thì phải tăng liên tục tốc độ góc của trục chính theo quan hệ. Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 7 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc )/(,10.60...5,0 3 phmdV ctctz   Trong đó : - dct - là đường kính chi tiết (mm), - ct - tốc độ góc của chi tiết (rad/s) 1.2.2. Lực cắt : Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy tại điểm tiếp xúc gọi là lực pháp tuyến chia làm ba thành phần : - Lực tiếp tuyến Fz : chống lại sự quay của chi tiết, - Lực dọc trục FX : chống lại sự di chuyển của bàn dao. - Lực hướng kính FY : Chống lại sự tì của dao và chi tiết. Tỉ lệ các thành phần lực : Fz : FY : FX = 1 : 0,4 : 0,25 Hình 1.3: Các loại lực cắt Lực cắt là thông số quan trọng xác định từ các chế độ cắt của máy. Thông thường lực cắt được xác định theo công thức kinh nghiêm : nZ yx FZ VStCF FF ....81,9 (N) Trong đó : CF , XF , YF , n là hệ số và mủ phụ thuộc vào vật liệu làm dao, chi tiết gia công và phương pháp gia công. 1.2.3. Công suất cắt : Là công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính. Quá trình tiện xẩy ra với công suất cắt là hằng số và được xác định. )(, 10.60 . 3 kW VF P ZZZ  Bởi vì lực cắt lớn nhất Fmax sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu ăn dao lớn, tương ứng vưói tốc độ cắt nhỏ Vzmin ; còn gọi là lức cắt nhỏ nhất Fmax ,xác định bởi t, s tương ứng với tốc độ cắt Vzmin ; nghĩa là tương ứng với hệ thức : Fmax . Vzmin = Fmin Vzmax . Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ như hình vẽ : Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 8 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc Hình 1.4 Quan hệ giữa lực cắt và tốc độ cắt 1.2.4. Thời gian máy : Là thời gian để gia công chi tiết, nó còn đợc gọi là thời gian công nghệ hay thời gian hữu ích. Để tính thời gian máy phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt và phư- ơng pháp gia công. )(, 10. 3 s V Lt ad M   )(, . ph Sn LtM  Trong đó : - L - là chiều dài gia công, - Vad - là tốc độ ăn dao, - S - là lượng ăn dao. - N - tốc độ quay của chi tiết vg/ph Như vậy để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt, lượng ăn dao và năng suất sẽ tăng. 1.3. Phụ tải của cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện 1.3.1. Trong truyền động chính của máy tiện lực cắt là lực hữu ích của máy nó phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao. Chuyển động chính của máy tiện là chuyển động quay được xác định : )(,2 . NmdFM ZZ  Trong đó : - FZ là lực cắt (N), - d là đường kính gia công (m). Mô men hữu ích trên trục động cơ : )(,.2 . Nm i dFM Zhi  Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 9 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy.  Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến : Mhi = FZ.  (N.m)  là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ.  Mô men cản tỉnh trên trục động cơ : ).( mN MM hic    - là hiệu suất của bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính . Với máy tiện đứng do có chuyển động trượt trên băng máy nên có xuất hiện lực ma sát nơi gờ trượt của máy. Fms = FN.  = [g (mb + mct ) + Fy ] .  (N) FN - là lực đẩy tác dụng lên gờ trượt.  : - là hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào tốc độ mâm cặp ở tốc độ định mức.  ở chế độ xác lập lực kéo của các chuyển động mâm cặp được xác định là tổng lực cắt và lực ma sát. FK = FZ + Fms = FZ + [g (mb + mct ) + Fy ] .  (N) Khi đó mô men trên trục động cơ ứng với chuyển động quay là: ).(.2 . mN i dFM Kc   đối với chuyển động tịnh tiến là : ).( . mNFM zc    Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 10 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 1.3.2. Cơ cấu truyền động ăn dao : - Trong lực truyền động ăn dao động cơ thực hiện di chuyển bàn dao hoặc chi tiết để đảm bảo quá trình gia công. Hệ truyền động ăn dao được thực hiện bằng nhiều phương án khác nhau. Hình 1.5: Cơ cấu truyền động ăn dao 1. Động cơ truyền động 2. Hộp giảm tốc 3. Trục vít 4. Bánh vít 5. Bàn dao 6. Băng máy Động cơ truyền động ăn dao sẽ đảm bảo một lực cần thiết để di chuyển tịnh tiến bàn dao. Lực này được xác định bởi lực cản chuyển động khi di chuyển bàn dao : Fad = k.Fx+ Fms + Fd (N) - k = (1,2  1,5) là hệ số dự trử ; - Fms - là lực ma sát của bàn dao ở hướng gờ trợt - Fd - là lực dính. Fms =  . (g.mb + FY + FZ) , (N)  - là hệ số ma sát của bàn dao theo hướng gờ trượt. Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao : Fd =  .S (N)  - áp suất dính, thường bằng 0,5 M/m2. S - diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao, cm2 ; Các thành phần lực ăn dao : Fx, Fms, Fd không đồng thời trong quá trình làm việc. Nên khi xác định phụ tải truyền động ăn dao phân ra thành hai chế độ làm việc là khởi động làm việc và ăn dao làm việc. Khi khởi động, lực ăn dao xác định bởi 2 lực ma sát do khối lượng củ bộ phận di chuyển và lực dính : Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 11 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc Fad.kđ = 0 .g.mb +Fd (N); Với 0 = 0,2 0,3 - hệ số ma sát khi khởi động. Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao được tính : Fad.lv = k.Fx +  .( g.mb +Fy + Fx ) (N); Với hệ số ma sát khi làm việc,  = 0,05 0,15. * Mô men trục vít vô tận được xác định theo biểu thức : Mtv = 0,5 . Fad . dtv . tg( )  (N.m); Trong đó : dtv - đường kính trung bình của trục vít vô tận, mm  - góc lệch của đường ren trục vít, độ ;  - góc ma sát của đường ren trục vít , độ ; * Mô men cản tỉnh trên trục động cơ được xác định bằng công thức : ).(,. mN i M M tvc   i,  - là tỉ số và hiệu suất của bộ truyền. Khi xác định công suất động cơ truyền động ăn dao lần