Thiết kế môn học
mục lục
Trang
Mục lục 1
Lời gới thiệu 2
1.Tổng quan về truyền động điện điều khiểncơ cấu quay máy xúc 3
1.1. Giới thiệu chung về máy xúc 3
1.2. Tổng quan về cơ cấu quay 6
1.3. Cơ cấu quay máy xúc 9
2. Thành lập mô hình thuật toán 10
2.1. Nghiên cứu máy xúc kt- 4 10
2.2. Sơ đồ mạch của cơ cấu máy xúc 10
2.3. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ 13
2.4. Xây dựng mô hình thuật toán 14
2.4.1. mô hình động cơ điện một chiều 14
2.4.2. mô hình máy phát 17
2.4.3. mô hình khuếch đại từ 18
2.4.4.mô hình hệ thống 19
3. Mô phỏng hệ truyền động điện, đành giá các kết quả mô phỏng 19
3.1. Dùng phần mềm mô phỏng Matlab 19
3.2. Kết quả mô phỏng 20
3.2.1. Đặc tính cơ của hệ truyền động 20
3.2.2. Đặc tính cơ của tải máy xúc 21

Kết luận 21
Tài liệu tham khảo 22
1
Thiết kế môn học
lời nói đầu
Ngày nay với sự phát triển nh vũ bảo của khoa học công nghệ nói chung và sự phát triển của
lỉnh vực điện- điện tử tin học nói riêng ,với nhng u thế của bản thân , trang bị điện điện tử đang

8 m
3
.
Máy xúc bốc đát đá có thể tích gầu từ 4
ữ
35 m
3
Máy xúc bớc gầu ngoạm có thể tích gầu từ 4
ữ
80 m
3

Phân loại theo cơ cấu bốc xếp
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc là gầu xúc thuận
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu cao di chuyển
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gàu treo tren dây
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu ngoạm
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu quay
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu máng cao nhiều gầu xúc
Phân loại theo thể tích gầu xúc
Máy xúc công suất nhơ, có thể tích gầu xúc từ 0.25 đến 2 m
3

Máy xúc công suất trung bình, có thể tích gầu xúc từ 2 dến 6 m
3
Máy xúc công suất lớn, có thể tích gầu xúc từ 6 đến 80 m
3
Phân loại theo cơ cấu truyền lực
Máy xúc dùng cơ cấu truyền lực là động cơ đốt trong
Máy xúc dùng cơ cấu truyền lực là động cơ điện

4. Cơ cấu thực hiện
5. Phanh hãm an toàn : phanh hãm bằng tay nó đợc sử dụng khi hệ thống có sự cố
Tuy nhiên hiện nay ngời ta hay dùng hệ Đ
s
+ PWM . Hệ này có sơ đồ nh sau :
5
Thiết kế môn học
( h.4 )
Kết cấu dùng PWM
1.Động cơ thực hiện
2. Phanh hãm
3. Bộ truyền cơ khí
4, 4

Phụ tải động để điều chỉnh và ổn định tốc độ cho hệ thống . 4 là roto của phụ tải động . 4

là stato của phụ tải động
5. Phanh hãm an toàn
6.Cơ cấu thực hiện
Chú ý : 1và 2 là hai thiết bị hợp bộ , khi 2 = (1) thì giải phóng 1
Chế độ làm việc của máy xúc là một vấn đề rất phớc tạp. Nhng trên những điểm chung nhất ta có thể
đi sâu nghiên cứu cấu tạo và chế độ làm việc của máy xúc. Máy xúc có ba chuyển động cơ bản: đào,
nâng - hạ, quay, ngoài ra còn có một số chuyển động phụhác nh : nâng cần di chuyển, đóng mở đáy
gầu Chu kỳ làm việc của máy xúc bao gồm các giai đoạn sau: hạ gầu xuống mặt bằng làm việc - đào
đồng thời nâng gầu - quay gầu về vị trí đổ tải - mở đáy gầu đổ tải - quay gầu về vị trí ban đầu. Thời
gian một chu kỳ làm việc khoảng từ 20 giây đến 60 giây. Cơ cấu nâng - hạ và cơ cấu đẩy tay gầu th-
ờng xuyên làm việc quá tải ( gọi là quá tải làm việc ) do gầu bốc xúc phải đất đá cứng, hoặc lớp cắt
quá sâu.
Các cơ cấu chính của máy xúc làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ số tiếp điện tơng đối
TĐ % = (25 - 100 )% Các cơ cấu của máy xúc làm việc trong điều kiện môi trờng nặng nề, chao lắc

tựa trục quay. Tốc độ quay của cơ cấu thờng không lớn ( 0.25 2) v/p Cơ cấu quay, lực quán tính phụ
thuộc vào chế độ tĩnh. Khi góc quay nhỏ thì sự làm việc phụ thuộc rất nhiều vào thời gian khởi động
và hãm. Nên khi tính toán cơ cấu quay tải bên ngoài phải đợc kể đến nh là momen cản trở sự chuyển
động bằng tổng momen cản trở tĩnh và động.
Công thức tính momen cản đợc đa ra nh sau :
M
cq
= M
ct
+ M
đ
(1.1)
M
ct
: Momen cản tĩnh của cơ cấu
M
đ
: Momen động, momen này xuất hiện khi cơ cấu quay làm việc trong thơi gian quá độ.
Trong đó momen M
ct
đợc tính bằng.
M
ct
= M
gió
+ M
ms
M

(1.2)

M
gió
= P
gió
.F
t
.R.sin

+ P
gió
.F
ti
.r
i
.

2
sin
(1.4)
Trong đó P
gió
: áp lực gió
F
t
: diện tích cản gió
R : khoảng cách từ trọng tâm của hàng đến trọng tâm quay


sin
: góc quay của cần

o
++=
(1.6)
Trong đó :
0
r
: khoảng cach từ trọng tâm phần quay của máy xúc đến tâm quay .
G : trọng lợng toàn bộ phần quay .
Q : trọng lợng hàng.
q : trọng lợng phụ kiện móc.

: góc nghiêng của máy xúc.
Nh vạy momen này cục đại khi
2


=
và
2
3


=
.



sin].).( [
max
RqQrGM

dòng điện ở mạch cuộn kích thích máy phát 3 cuộn dây. Điều khiển các động cơ phụ bắng công tắc tơ,
điều khiển các động cơ di chuyển bằng phanh hãm thuỷ lực điện. Điều chỉnh tốc độ động cơ và đảo
chiều quay thực hiện bằng cách thay đổi trị số và cực tính dòng điện trong cuộn kích từ của máy phát.
Đảo chiều quay bắng các công tắc tơ quay trai và quay phải.
2.2. Sơ đồ mạch của cơ cấu quay máy xúc
10
Thiết kế môn học
(h.6)
Sơ đồ động lực máy xúc

KT - 4
1. Cáp mềm cao áp loại KIII- (3*35+1*10)
2. Vòng nhận điện
3. Cái ngắt máy ngắt cao áp
4. Máy cắt dầu
5. Động cơ biến đổi liên hợp (chính)
6. Máy biến áp
7. Máy cắt
8. Máy phát điện cung cấp cho động cơ một chiều nâng
9. Máy phát điện cung cấp cho động cơ một chiều quay
10. Máy phát điện cung cấp cho động cơ một chiều đẩy
11. Máy phát kích thích phụ
12, 14. Động cơ quạt gió
13, 15, 16. Động cơ bơm dầu
11
ThiÕt kÕ m«n häc
(h.7)
12
Thiết kế môn học
Sơ đồ mạch cơ cấu quay máy xúc

Tăng tốc độ động cơ bằng cách cấp điện cho cuộn dây của côngtăctơ G dẫn đến s.đ.đ của cuộn CFA
giảm , sức từ động tổng của MĐKĐ tăng lên , điện áp ra của máy phát F tăng len.
Thay đổi chiều quay các động cơ bằng bộ khống chế chỉ huy KC có hai vị trí quay trái và quay
phải,khi đặt KC ở vị trí số 1 quay phải. Công tắc tơ P có điện tác động làm cho phanh điện từ trái có
điện bó trục động cơ quay trái lại, đồng thời rơ le thời gian R
tp
tác dụng sau một thời gian nhất định sẽ
tác dụng đóng tiếp điểm thờng mở của nó lại cấp nguồn cho động cơ Đ
P
máy xúc quay phải. Hai động
cơ đợc khống chế liên động với nhau bằng hai công tắc tơ T và P không cho chúng hoạt động đồng
thời một thời gian.
13
Thiết kế môn học
Cuộn phản hồi âm dòng có ngắt CFD của máy điện khuếch đại dùng để hạn chế dòng khi mở máy
và đảo chiều . Cuộn phản hồi âm dòng có ngắt đợc đấu vào điện áp rơi trên điện trở shunt R
sh
. Điện áp
này tỉ lệ vôi dòng của động cơ và đợc so sánh với điện áp độc lập qua hai điện trở phân áp R .
Do trong hệ có cuộn CFA , nên đặc tính cơ của hệ sẽ cứng. Khi làm việc, trong cuộn CFD luôn có
dòng chạy qua (hạn chế dòng bằng điện trở r
4
) nên đặc tính cơ ở vùng làm việc có mềm bớt đi do tác
dụng phản hồi âm của CFD .Khi dòng điện của động cơ quá lớn (lớn hơn dòng điện ngắt ), điện áp rơi
trên điện trở R
sh
lớn hơn điện áp trên U
ab
(hoặc U
bc

Ư

.I(t) + L
Ư
.
dt
tdi )(
+ E(t)
M(t) M
C
(t) = J
dt
ự(t)d

E(t) = K. (t)
14
Thiết kế môn học
m(t) = k..i(t)
chuyển hệ này về dạng toán tử laplace có:
U(p) = R
Ư

.I(p) + L
Ư
.I(p) + E(p) (1)
M(p) M
C
(p) = J(p). (p) (2)
E (p) = K. (p) (3)
m(p) = k..i(p) (4)

/I
b

b
=
dm

b
=
dm
M
b
= M
dm
Chia cả hai vế của phơng trình (1) cho U
b
:
U
*
=
IbRb
pIRu
.
)(.
+
IbRb
pIpIu
.
)(
+ E

*
u
.I
(P)
+ T
Ư
.R
*
Ư
.P. I
*
(p) + E
*
(p)
=> I
*
(p) =
).1(*
)()(
**
pTR
PEpU
+

(1)
Chia cảv hai vế của (2) cho M
b
:
J.p. (p)/M
b

U
p)(

U
*
(P) =
bb
k
pk



)(


U
*
(P) = *(p).*(p) (3)
Chia cả hai vế cho M
b
:
M*(p) =
b
M
pIk )(

M*(p) =
bb
Ik
pIk

(P) = *(p).*(p) (3)
M*(p) = *(p).I*(p) (4)
Để thuận tiện ta bỏ qua các dấu (*) .Khi đó ta có hệ phơng trình mô tả động cơ điện một chiều viết ở
đại lơng tơng đối nh sau :
I (p) =
).1.
)()(
pTR
PEpU
+

(1)

pJ
p
.
)(

= M(p) M
c
(p) (2)
U (P) = (p).(p) (3)
M(p) = (p).I(p) (4)
Ta lập đợc cấu trúc sơ đồ của động cơ điện một chiều ;
(h-8)
Mô hình động cơ điện một chiều
2.4.2. mô hình máy phát
Ta có :
E
kđt

1
.I
dk
= k
1.

).11( pT
Ekdt
+
U = k
2
. = k
2
. k
1.

).11( pT
Ekdt
+
đặt k = k
2
. k
1
U = K.
).11( pT
Ekdt
+
Với k, k1, k2 là các hệ số
Vậy ta có mô hình máy phát nh sau :


U
CFD
: Điện áp phản hồi âm dòng có ngắt
18
Thiết kế môn học
U
CÔD
: Điện áp ổn định
Ta có mô hình sau:
(h-10)
Mô hình khuếch đại từ
2.4.4.mô hình hệ thống
(h-11)
Mô hình hệ thống
3. Mô phỏng hệ truyền động điện, đành giá các kết quả mô phỏng
3.1. Dùng phần mềm mô phỏng Matlab
19
Thiết kế môn học
Phần mềm Matlab là một phần mềm chuyên dụng cho các nghành kĩ thuật. Chúng ta chỉ xét riêng
phần mềm ứng dụng Simulink trong Matlab, phần mềm này có giao diện sử dụng rất thuận tiện không
đòi hỏi ngời sử dụng phải có một kĩ năng sử dụng, hiểu biết về máy tình nhiều. Với các th viện đã xây
dựng sẵn, ngời sử dụng chỉ truy cập vào từng th viện rồi chọn những khối cần thiết cho việc lập trình
của mình. Việc xây dựng mô hình có thể xây dựng theo cách phân cấp tức là theo cách phân lớp (các
Subsystem ). Trong mô hình lớn có thể có nhiều mô hình con, trong môhình con có thể có nhiều mô
hình con khác. Toàn bộ các thao tác đều có thể sử dụng chuột và nhập các thông số từ bàn phiếm.
Trong các nghành kĩ thuật ứng dụng của Simulink dùng để mô hình hoá, mô phỏng, phân tích hệ
thống động, Simulink cho phếp mô phỏng hệ thống tuyến tính, hệ thống phi tuyên, các mô hình thời
gian liên tục, gián đoạn hoặc cả liên tục hoặc gián đoạn.
Sau khi xây dựng mô hình , để khảo sất hệ thống ta nhập các thông số của hệ thống vào của sổ
tham số của các khối. Đẻ khảo sát hệ thống chúng ta có thể quan sát các đặc tính của hệ thống qua

Thiết kế môn học
[2] Bùi Quốc Khánh-Nguyễn Văn Liễn Phạm Quốc Hải-D ơng Văn Nghi
điều chỉnh tự động truyền động điện
nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật-1996
[3] PGS. TSKH Thân Ngọc Hoàn
máy điện tập ii
nhà xuất bản giao thông vận tải -1998
[4] PGS. TSKH Thân Ngọc Hoàn
Mô hình toán các thiết bị điện
Trờng Đại Học Hàng Hải 1998
[5] Bùi Quốc Khánh-Nguyễn Văn Liễn-Nguyễn Thị Hiền
truyền động điện
nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật-2000
[6] Th.s Trần Anh Dũng
Bài giảng môn: Tin học ứng dụng Matlab
23