Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Lời nói đầu.
Ngày nay máy cắt gọt kim loại đặc trng cho các ngành cơ khí chế tạo máy,
gia công kim loại có một vai trò rất to lớn trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh
tếquốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến đIện khí hoá và tự động hoá. D-
ới tác động của khoa học kỹ thuật hiện đại đối với các loại máy móc nói chung,
đối với máy cắt gọt kim loại nói riêng ngày càng đợc cho phép đơn giản về kết
cấu cơ khí của máy sản xuất và giảm nhẹ cờng độ lao động. Máy cắt gọt kim loại
đợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách hớt các lớp kim loại thừa, để
sau khi gia công các chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc
thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thớc và
độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). Có thể phân loại máy cắt
kim lọai nh sau:
-Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trng bởi phơng pháp gia công dạng
dao, đặc tính chuyển động v.v , các máy cắt đợc chia thành các máy cơ bản:
tiện, phay, bào, khoan - doa, mài và các nhóm máy khác nh gia công răng, ren,
vít v.v
-Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng
chuyên dùng đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện đợc các phơng
pháp gia công khác nhau nh tiện, khoan, gia công răng , để gia công các chi tiết
khác nhau về hình dáng, kích thớc. Các máy chuyên dùng là các máy dùng để gia
công các chi tiết có cùng hình dáng nhng có kích thớc khác nhau. Máy đặc biệt
là các máy chỉ dùng để thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng kích th-
ớc.
-Theo kích thớc và trọng lợng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt
kim loại thành các máy bình thờng ( trọng lợng chi tiết 100 ữ10.10
3
kg), các máy
cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết 10.10
3
ữ 30.10

=75 m/phút
- Khối lợng bàn máy và chi tiết gia công :
m
b
+m
ct
= 900+800 =1700kg.
- Bán kính qui đổi lực cắt : = 0,028.
- Hiệu suất định mức của cơ cấu : = 0,8.
- Chiều dài hành trình bàn : L
b
= 2,8m
- Lực cắt F
z
= 35kN .
Do thời gian thực hiện ngắn và hạn chế về mặt kiến thức nên trong tài liệu
thiết kế này không thể không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong đợc sự chỉ
dẫn của các thầy cô giáo và những ý kiến đóng góp của các bạn.
Sinh viên
Lê Ngọc Thành Vinh.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
2
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Chơng I : Yêu cầu công nghệ.
Máy bào giờng là loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết.Chiều
dài bàn máy có thể từ 1,5m đến 2m.Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo
có thể chia máy bào giờng làm 3 loại :
Máy cỡ nhỏ: L
b

2
thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
3
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
với tốc độ thấp để tránh làm sứt chi tiết ). Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn
định v
o
cho hết thời gian t
2
thì tăng tốc độ đến v
th
( tốc độ cắt gọt ). Trong thơì
gian t
5
bàn máy chuyển động với tốc độ v
th
và thực hiện gia công chi tiết. Gần hết
hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến v
o
. Sau đó bàn máy đảo chiều
sang hành trình ngợc đến tốc độ v
ng
,thực hiện hành trình không tải, đa bàn máy
về vị trí ban đầu. Gần hết hành trình ngợc bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến tốc độ
v
o
, đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện một chu kỳ khác.
Bàn dao đợc di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình


n =
tdcvngLktdcvngLvthL +ì+
=
++ /)1(
1
//
1

t
dc
:Thời gian đảo chiều của máy.
k : Tỉ số giữa tốc độ hành trình ngợc và thuận.
Khi chọn v
th
thì năng suất phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều
t
dc
.Khi tăng thì năng suất của máy tăng nhng khi k>3 thì năng suất tăng không
đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều lại tăng.
Nếu chiều dài bàn máy L
b
>3m thì t
dc
ít ảnh hởng đến năng suất mà chủ yếu
là k . Khi L
b
nhỏ v
th
lớn v

c
= 0 thì:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
4
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
I
tu
=
Jd
Jm
Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạn
chế bởi:
-Lực động phát sinh trong hệ thống
-Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.
1.2.Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giờng
1.2.1.Truyền động chính.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và
thấp nhất của bàn máy.
D = v
max
/v
min
= v
ngmax
/v
thmin
Trong chế độ xác lập,độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay
đổi từ không định mức đến định mức.
Quá trình quá độ khởi động , hãm yêu cầu xảy ra êm,tránh va chạm trong bộ

2.1.1:Hệ thống truyền động máy phát - động cơ điện một chiều.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
6
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Hệ thống truyền động này thờng dùng cho máy cỡ trung bình
L
b
= 3 ữ 5m,F
k
= 50 ữ 70 KN.Dải điều chỉnh D= ( 6 ữ 8)/1.
Ưu điểm : Hệ thống này không có phần tử phi tuyến nên có đặc tính tốt ,
linh hoạt khi chuyển trạng thái , khả năng quá tải lớn.
Điều chỉnh động cơ đợc cả hai phía : Điều chỉnh dòng kích từ máy phát F và
dòng kích từ động cơ Đ.
Có thể thực hiện đợc các chế độ làm việc :Động cơ , hãm tái sinh , hãm
động năng và hãm ngợc.
Nhợc điểm:
- Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phí lắp đặt,gây tiếng ồn
- Máy phát một chiều có từ d nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu
tốc độ.
2.1.2:Hệ chỉnh lu Thyiristo - Động cơ điện một chiều.
Sơ đồ hệ thống
Thờng dùng cho máy cỡ nặng L
b
> 5m,F
k
> 70KN. Dải điều chỉnh
D = (8 ữ 25 )/1.
Ưu điểm :

Z
+ F
ms
F
Z
: lực cắt
F
ms
: lực ma sát
a. Chế độ làm việc hành trình thuận .
F
ms
=
[ ]
)(
ctby
mmF ++
à
à
: hệ số ma sát gờ trợt , thờng
à
=0,05 đến 0,08. ở đây ta chọn
à
=0,075
z
F 4,0=
y
F
thành phần áp lực lên dao cắt
b

8,0.1000.60
37325.60
.1000.60
.
===

thth
th
VF
P
(kw)
Trong đó V
th
=40m/ph là tốc độ hành trình thuận
Công suất đầu trục động cơ khi quay ngợc không tải có tốc độ không tải
V
ng
=75m/ph là:
2
8,0.1000.60
75.1275
.1000.60
.
===

ngng
ng
VF
P
(kw)

ttđc
= 1,1.P
đc
=64,14(kw)
Nh vậy ta có thể chọn động cơ loại:
112
có các thông số:
P
đm
=70(kw) ; n
đm
=600 (vòng/phút) ; I
đm
=361(A) ;
R + R
cp
= 0,0262
)(
;
R
cks
=24( ) ; I
kt
= 6,55(A) ; n
max
= 1200 (vòng/phút) ;
Số thanh dẩn tác dụng của phần ứng 210;
Số nhánh song song của phần ứng : 2;
Số vòng dây 1 cực của cuộn song song : 750;
Từ thông hữu ích của 1 cực : 48,8;

V
0
Vo
Vng
Vth
-Vo
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng


th
V
=
V
th
= 40/60 = 0,667(m/s)
011,0
8,62
667,0
)/(8,62
60
600.14,3.2
60
2
====

=

srad
n

= P
ng
/
=
ng

2000/113,64 = 17,6 (Nm)
Mômen quán tính của bàn máy quy đổi về trục động cơ
J
m
= J
b
+ J
ct
(Bỏ qua mômen quán tính bộ truyền)
J
m
= (m
b
+ m
ct
) .

.

=(900 + 800).0,011.0,011 = 0,201
Mômen quán tính của hệ thống:
J = J
m
+ J

M
th
cdm
qd
dm
dm
dm
=


=

=
===
=

==



Trong khoảng thời gian t
6
momen quá độ của động cơ đã đảo chiều:
)(18,0
5,2
)(
)(195,0
22,4957,1114.5,2
)8,627,27(201,18
)(

độ và di chuyển với V
0
:
0
91
6
0
4
0
320
222
).(.2. V
tt
t
VV
t
VV
ttVtVL
thth
iii
+
+
+
+
+
++==
Do đó

L
i

)(18,0);(2,0
)(565,0
6,177,1114.5,2
)7,2764,113.(201,18
)(747,0
6,177,1114.5,2
64,113.201,18
11
14013012010
114213
12
10
stmLLL
m
tVtVtVVtVL
sttstt
st
st
ngng
ngngng
=====
=
++++=
====
=


=
=



v
b
=
2
U
2
sin(

-
3
2

)
v
c
=
2
U
2
sin(

-
3
4

)
Góc mở

đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sinus.(Hình II.2)

b
.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
13
Utb
ig3
i4
ia
i1
ig1
ig2
Udây(max)
Ud
0
0
Hình II.2.Đồ thị dạng sóng khi góc mở

nhỏ
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Khi

=

1
=
6

+



2
=
6
3

+

cho xung điều khiển mở T
2
. Tiristor này mở vì khi T
6
dẫn, nó đặt v
b
lên anot T
2
. Khi

=

2
thì v
b
> v
c
. Sự mở của T
2
làm cho T
6
bị

mở T
2
khóa T
6
Thời điểm

3
=
6
5

+

mở T
3
khóa T
1
Thời điểm

4
=
6
7

+

mở T
4
khóa T
2


+
+






6
5
6
2
.sin.2
2
6
dU
=


cos
63
2
U
(theo TL-1)
Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp:
I
2
=
d

.I
1
= 1,047.P
d
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
14
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
S
2
= 3.U
2
.I
2
= 1,047.P
d
Thay số liệu vào ta có : S =
2
21
SS +
= 1,047.P
d

Nhận xét :
- Điện áp chỉnh lu có số lợng xung gấp đôi so với sơ đồ chỉnh lu hình tia 3
pha.
- Số van thờng dung nhiều nên sụt áp trên các van là đáng kể, với yêu cầu
dòng tải nhỏ - điện áp chỉnh lu lớn thì ta thờng dùng sơ đồ này.
Sử dụng đợc hết công suất biến áp.
3.1. Tính chọn van :

max
= 1,5.361 = 541,5 (A)
Ta có thể chọn van T

-800 của Liên Xô(cũ) để chịu đợc các điều kiện
dòng và áp trong mạch. Các thông số của van đợc cho trong bảng sau:
I
tb
U
tm
U
T
off
I
g
U
g
dt
di
dt
du
A V V
às
A V
A/às V/às
800 300-600 1,3 20 1,5 4 150 200
3.2. Tính chọn máy biến nguồn
Máy biến áp nguồn dùng để tạo điện áp U
2
phù hợp với điện áp động cơ và

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Dòng thứ cấp máy biến áp: I
2
=
d
I.
3
2
= 294,75(A)
Công suất máy biến áp: P = 3.U
2
.I
2
= 3.100.294,75 = 88,4 (kVA).
3.3. Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện.
Mạch bảo vệ đợc thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho ngời
vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ là phải có
biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất thờng xảy ra
nhămg hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất.
Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải đợc
bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm nh ngắn mạch
đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệt trong thiết
bị biến đổi.
Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Nh ngắn mạch ở bộ biến đổi hệ
thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp phần
ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây của máy biến
áp nguồn Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền
thống nh cầu chì, áptômát, rơle kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển nh khoá
thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh
Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến đổi,

gây ra sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong quá trình làm việc của van
sẽ tạo ra dòng điện ngợc khi khoá van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm
xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn trên các điện cảm đờng dây nối. Mạch
RC đấu giữa các nguồn pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoài
mang tính ngẫu nhiên hiện tợng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt
không tải máy biến áp Các trị số linh kiện bảo vệ đợc chọn dựa vào các trị số
kinh nghiệm: C = 1àF và R = 1K.
Sơ đồ bảo vệ mạch chỉnh lu cầu ba pha có đầy đủ các phần tử bảo vệ quá
dòng và quá áp.
Đ
U
đk
i
KĐ
Chơng IV : Thiết Kế mạch điều khiển.
I. Yêu cầu của mạch điều khiển.
Phát xung vào cực điều khiển của van, đảm bảo van mở nhanh nhạy chính
xác và điều khiển góc mở của van để điều chỉnh điện áp cho nguồn cấp vào phần
ứng của động cơ.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
17
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Từ đó ta có sơ đồ tổng quát của mạch điều khiển nh sau:
Để điều khiển vị trí xung trong nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt trên
thyristor, ta sử dụng nguyên tắc điều khiển arccos . Theo nguyên tắc này, ta sử
dụng hai điện áp:
- Điện áp đồng bộ u
s
vợt trớc u

m
cos.
Do đó = arccos
)
U
u
(
m
cm
.
Nh vậy, khi điều chỉnh u
cm
từ trị số u
cmmin
đến u
cmmax
ta có thể điều chỉnh đợc
góc điều khiển = (
min
ữ
max
).

u
s
u
cm
u
AK
u

+15V
-15V
T.Đ.A.
R.C
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng

III. Khâu tạo điện áp răng ca.
Điện áp tựa là một dạng điện áp răng ca biến đổi tuyến tính tạo ra, nhờ có sự
phóng nạp của tụ C mắc theo kiểu tích phân. Phần tử chính của mạch này là tụ
điện C và khuếch đại thuật toán àA 741.
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Khi U
B
>0 diot D
3
khoá do bị ngợc cực tính. Lúc này chỉ có tác động qua R
4
-
C
1
nạp cho tụ C1 với một dòng không đổi có giá trị
e
4
1c
tC
R
E
ii
ì===
Điện áp khi nạp:

5
-D
3
và có độ lớn
i
2
=5ữ10 i
1
cho tới khi t=tp thì điện áp trên tụ trở về 0 và tụ C
1
lại tiếp tục nạp
theo chu kỳ mới.
IV. Mạch so sánh và tạo xung.
Nguyên lý: Mạch này có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu U
đk
và U
T
tại những
thời điểm U
T
=U
đk
sẽ phát ra các xung thông qua R
9
và đợc chia thành các xung
nhỏ nhờ chùm xung đa đến R
10
đến cực gốc của transistor Tr1 kích mở nó. Phần
tử chính của mạch là khuếch đại thuật toán có chức năng so sánh và tạo xung.
Chọn khuếch đại thuật tán àA 741 có các thông số kỹ thuật:

U
ra
=12V nếu R
t
>10k
U
ra
=10V nếu R
t
2k
V. Khâu tạo xung chùm.
Ta dùng bộ phát xung sinus chữ nhật. Trong sơ đồ này OA thực hiện so
sánh hai tín hiệu Uc và Ur =K*V2
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
20
D1
D2
R1
R2
R3
R4
C
C
R3
R4
R
Uc
Ur
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng

+E2
D6
Tr1
Tr2
D5
R
C
R
T
W
Uw
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Tốc độ truyền động là đại lợng có vai trò quan trọng quyết định tới chất l-
ợng động và tĩnh của truyền động, thờng ngời ta hay dùng máy phát tốc 1 chiều,
xoay chiều và các bộ đo tốc độ xung số
Máy phát tốc 1 chiều tơng tự nh một máy phát 1chiều nhng điện áp của nó
phụ thuộc vào tốc dộ động cơ chứ không phụ thuộc vào điện áp tải và lới do đó
nó có nhiệm vụ đo lờng tốc độ, lấy tín hiệu là điện áp phản hồi về duy trì tốc độ
theo điều kiện đặt trớc. Do đó khâu này có tính chất động và tĩnh của hệ thống
Yêu cầu điện áp máy phát tốc 1 chiều chứa ít thành phần xoay chiều tần số
cao không bị trễ nhiều về giá trị và dấu so với đại lợng đo của động cơ. Nên máy
phát tốc phải có từ thông không đổi trong toàn vùng điều chỉnh tốc độ. Ta cần
hạn chế tổn thất mạch từ bằng việc sử dụng vật liệu từ trở hẹp và lá thép kỹ thuật
mỏng .
- Điện áp đầu ra của máy phát tốc:
U

=K




Ksrad
ndm
dm
( )
p
p
F
ft
001,01
1326,0
+
=
pi
K
pU
pF
p
fF




+
==
1
)(
)(
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Bộ điều chỉnh là một trong những phần tử quan trọng nhất trong hệ điều

C
k
= 5àF song song với điện trở R
3
.
u
đk
Bộ điều chỉnh dòng điện PI
u
iđ
u
i
u

đ
R
R
R
2
C
C
K
R
R
R
3
Bộ điều chỉnh tốc độ P
u

IX. Mạch hạn chế dòng

10V
10V
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
X. Khâu tạo điện áp nguồn cung cấp
Nguồn điện áp một chiều dùng trong mạch tạo xung điều khiển thờng là
nguồn điện áp ổn định trớc những dao động bất thờng của lới điện xoay chiều. Vì
vậy, phải sử dụng mạch ổn áp.
LM78L12
1 2
3
330
à
25V
330
à
10
à
LM7 8L12
1
2 3
330
à
25V
330
à
10
à
Chơng V: Tổng hợp mạch điều khiển.
I. Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện.
Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm

Điện cảm phần ứng L =
==
600.2.361
220
.6,5

.
dmdm
dm
L
npI
U
k
0,003(H) = 3 (mH )
trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 ữ 5,7 đối với máy không bù và k
L
= 1,4 ữ 1,9
đối với máy có bù; p là số đôi cực.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
25