Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY
BÀO GIƯỜNG

GVHD: Nguyễn Văn Hà
SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 1 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc I. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………


của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh ngày: 20/8/2011
Sinh viên

Nguyễn Văn Ngọc
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 3 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
Chương I
ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ LỰA CHỌN CÔNG SUẤT VÀ CHỦNG LOẠI ĐỘNG
CƠ
I. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ
1. Giới thiệu chung về máy bào giường
1.1 Khái quát chung về máy cắt kim loại
Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách căt bớt các
lớp kim loại thừa để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu, hoặc thỏa
mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần
thiết của bề mặt gia công.
Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công, dạng dao,
đặc tính chuyển động… Các máy cắt kim loại đượ chia thành các loại cơ bản như : Máy
Tiện, Máy Phay, Máy Bào, Máy Khoan, Máy Doa, Máy Mài…
1.2. Khái quát chung về máy bào giường
Máy Bào Giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ
1,5m đến 12m. Tùy theo chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành
3 loại:
- Máy cở nhỏ: Chiều dài bàn L
b
< 3m, lực kéo F
k

Là chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy. Đặc điểm chuyển động chính của
máy bào giường là đảo chiều với tần số lớn.Phạm vi điều chỉnh tốc độ di chuyển bàn máy
nằm trog dãi rộng và ổn định trong suốt quá trình gia công chi tiết.
Quá trình quá độ chiểm tỉ lệ đáng kể trong chu kỳ làm việc, chiều dài bàn máy
càng lớn thì quá trình quá độ càng lớn.

ck
t
0
v
1
t
2t 3t 4t 5t 6t 7t 8t
10
t
11
t
9t
12
t
0
v
th
v
v(m/s)
0
ng
v
13
t

3
.
- t
4
là khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V
0
đến tốc độ V
th
gọi là tốc độ cắt
gọt.
- t
5
là khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt V
th
không đổi.
- t
6
gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ từ tốc độ cắt gọt về tốc độ
V
0
trong khoảng thời gian t
6
.
- t
7
là thời gian tiếp tục gia công nhưng ở tốc độ V
0

- t
8

và bắt đầu giảm tốc
về 0 để đảo chiều.
- t
14
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.
Tốc độ hành trình thuận V
th
được xác định tương ứng bởi chế độ cắt, thường thì tốc
độ hành trình thuận nằm trong khoảng từ 5 đến 120 m/ph, tốc độ gia công có thể đạt 75 
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 6 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
120 m/ph. Do hành trình ngược là hành trình chạy không tải nên để tăng hiệu suất của
máy người ta thường chọn tốc độ hành trình ngược lớn hơn tốc độ hàn trình thuận.
Tức là : V
ng
= k.V
th
( thường k = 23)
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian :

ngthck
ttT
n


11
(1-1)
Trong đó : + T

ng
ng
ng
V
LL
V
L
t


(1-3)
Trong đó: + L
th
, L
ng
Là chiều dài hành trình của bàn máy ứng với tốc độ ổn
định V
th
, V
ng
ở hành trình thuận và ngược.
+ L
g.th
, L
h.th
Là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc(g:
gia tốc) và quá trình giảm tốc(h: hãm) ở hành trình thuận.
+ L
g.ng
, L

LL
V
L
V
LL
V
L
n























Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 7 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
+ t
đc
Là thời gian đảo chiều của máy
Từ 1 – 4 ta thấy khi đã chọn tốc độ cắt tới hạn V
th
thì năng suất của máy phụ thuộc
vào hệ số k và thời gian đảo chiều của máy t
đc
. Khi tăng k thì năng suất của máy tăng
nhưng khi k > 3 thì năng suất của máy tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều
tăng. Nếu chiều dài bàn L
b
> 3m thì t
đc
ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là k. Khi
L
b
bé nhất là khi tốc độ thuận lớn nhất V
th
= 75  120 m/ph thì t
đc
ảnh hưởng nhiều đế
năng suất. Vì vậy khi thiết kế máy bào giường phải giảm thời gian quá trình quá độ.
Một trong những biện pháp hiệu quả là xác định tỉ số truyền tổi ưu của cơ cấu
truyền động của động cơ đến trục làm việc, Đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất.
Công thức xác định tỉ số truyền tổi ưu:
i


Việclựa chọn tỉ số truyề tổi ưu ở máy bào giường là khá quan trọng. Thời gian quá
độ phụ thuộc vào mômen quán tính của máy. Mômen quán tính của máy tỉ lệ với chiều
dài máy.
Tuy nhiên thời gian quá trình quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá được vì bị
hạn chế bởi:
- Lực động phát sinh trong hệ thống.
- Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chyển đầu dao.
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D =
ngmax
max
min thmin
V
V
=
V V

Trong đó :
 V
ngmax
: là tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường V
ngmax
=
75

120 (m/ph)
 V
thmin
: là tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận, thường V
thmin

Trong đó: + ω
tv
, ω
br
Là tốc độ của trục vít và bánh răng
+ z Là số răng của bánh răng
+ t là bước răng của trục vít hoặc thanh răng
+ T là thời gian làm việc của trục vít hoặc thanh răng
Từ hai biểu thức trên ta thấy: Để điều chỉnh lượng ăn dao S bằng cách thay đổi thời gian
có thể sử dụng nguyên tắc hành trình(công tắc hành trình) hawocj nguyên tắc thời
gian(dùng các rơle thời gian). Sử dụng các nguyên tắc này thì đơn giản nhưng năng suất
thường bị hạn chế, vì lược ăn dao lớn, thời gian làm việc phải dài, nghĩa lf thời gian đảo
chiều thừ hành trình thuận sang hành trình ngược phải dài, mà trường hợp này thì không
cho phép.
Ngoài ra để thay đổi tóc dộ làm việc ta có thể sử dụng nguyên tắc tốc độ: Điều
chỉnh tốc độ bản thân động cơ hoặc sử dụng hộp tốc độ nhiều cấp. Nguyê tắc này tuy
phức tạp hơn nguyên tắc trên, nhưng có thể giử được thời gian làm việc của truyền động
như nhau với các lượng ăn dao khác nhau.
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 9 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
2.3 Các truyền động phụ
Ngoài truyền động chính và truyền động ăn dao, máy bào giường còn nhiều truyền
động khác như:
2.3.1 Truyền động nâng hạ xà
Máy bào giường có giá đỡ là xà ngang có công dụng dùng để đỡ giá dao vững
chắc. Xà ngang được dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy nhằm điều chỉnh
khoảng cách giữa dao và chi tiết gia công.
2.3.2 Truyền động kẹp nhả xà
Là truyền động được định vị để kẹp chặt xà trên hai trục của máy để gia công chi

Đây là chế độ làm việc ở hành trình thuận, lực ma sát được xác định:
F
ms
= μ[F
v
+ g(m
ct
+ m
b
)]
Trong đó: + μ = 0,05 – 0,08 là hệ số ma sát gờ trượt
+ F
v
= 0,04F
Z
là thành phần thẳng đứng của lực cắt, [N]
+ m
ct
,m
b
là khối lượng của chi tiết và của bàn, [kg]
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 10 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
3.2 Ở chế độ không tải
Do thành phần lực cắt bằng không nên lực ma sát:
F
ms
= μ.g(m
ct


Hình 1.3 Đồ thị phụ tải truyền động chính

Với những máy bào giường cỡ nặng thì đồ thị phụ tải như hình 1.3:
- Trong vùng: 0 < V < V
gh
thì lực kéo là hằng số
- Trong vùng: V
gh
< V < V
max
thì công suất kéo P
k
gần như không đổi.

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 11 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
II. TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT VÀ CHỦNG LOẠI ĐỘNG CƠ
1. Tập hợp các số liệu ban đầu
+ Lực cắt cực đại: F
th
= 25kN
+ Tốc độ tới hạn hành trình thuận: V
th
= 20m/ph
+ Tốc độ vào dao: V
0
= 6m/ph
+ Trọng lượng bàn máy: G

)/(3,33
01,0.60
20
.60
srad
V
th
th




1.3 Tốc độ hành trình ngược
V
ng
=k.V
th
=2.20 = 40 m/ph
Trong đó: k = 2  3 là hệ số tỉ lệ giữa hành trình thuận và ngược, ở đây chọn k = 2
 Tốc độ góc hành trình ngược :
)/(67,66
01,0.60
40
.60
srad
V
ng
ng



= F
th
= 25kN
+ μ Là hệ số ma sát μ = 0,06
+ F
y0
là thành phần thắng đứng của lực cắt:
F
y0
= 0,4F
z0
= 0,4F
th
= 0,4.25 = 10kN


F
k1
= F
Z0
+ (G
b
+ G
ct
+ F
y0
).μ = 25 + (200 + 150 + 10).0,06 =46,6kN
= 46600 (N)
2.2.2 Công suất đầu trục động cơ
 Ở chế độ không tải(tốc độ vào dao)

b
+ G
ct
+ F
yth
).μ = F
th
+ (G
b
+ G
ct
+ 0,4F
th
).μ
= 25 + (200 + 150 + 10)0,06 = 46,6 kN = 46600 N
+ η là hiệu suất định mức của cơ cấu, η = 0,76
)(44,20
76,0.1000.60
20.46600
.1000.60
.
2
2
kW
VF
P
thk
th



ct
(kN)
F
k
(kN)

P
th
(kW)

P
tt
(kW)

1 20 40 25 350 46600 20,44 40,88

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 13 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
Từ các số liệu đã tính toán ở trên ta chọn động cơ có công suất: P
đm


40,88kW.
Dựa vào bảng thông số các động cơ điện một chiều ta chọn động cơ có các thông số như
sau:
Bảng 1.2 Thông số động cơ điện một chiều loại Л101
Kiểu P
đm
(kW) n

60
600.2
60
.2
srad
n
đm
đm





 Tỉ số từ thông
+ Từ phương trình đặc tính động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta có:
U
1
= E+I(r
ư
+r
p
)

E = U
1
(r
ư
+r
p
)

đm
puđmđm
đm









3. Kiểm nghiệm lại động cơ đã chọn
3.1 Các thông số động cơ khi không tải
 Tổn hao không tải của động cơ ở hành trình thuận




)(94,276,01.44,20.6,01 6,0
20
kWPP
thth



 Tổn hao ma sát nơi gờ trượt lúc không tải




pthth

 Mô men không tải của động cơ
)(19,94
83,62
10.42
223.42,3
10.
.
3
3
0
Nm
P
IkM
đm
đm
đmđm


Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 14 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
 Mô men điện từ lúc không tải
M
đt0
= M

k
M
I
đm
đt



3.2 Các thông số của động cơ khi tải đầy
 Mô men điện từ của động cơ trong hành trình thuận khi tải đầy
M
đtth
= M
0
+M
th
= M
0
+
)(00,708
3,33
10.44,20
19,94
10.
3
3
2
Nm
P
th

th
ng
thĐng


 Mô men điện từ trong hành trình ngược
)(38,245
67,66
10.08,10
19,94
10.
3
3
0
Nm
P
MM
ng
Đng
đtng



 Dòng điên trong hành trình ngược
)(75,71
42,3
38,245
A
k
M






đmcqđcqđ
qđ
kII
J
MM
J
t
Trong đó: + J = J
pư
+ J
qđ
= 12 + 20,2 = 32,2 (kg/m
2
)
+ M
qđ
, I
qđ
: Mômen và dòng điện trong quá trình quá độ
+ M
c
, I
c
: Mômen và dòng điện phụ tải của động cơ
+ ω

2,32
1491
sttt 



+ Với








)/(3,33
)/(10
)(02,207
2
01
srad
srad
AII
th
thC



Thì:
 

 
)(677,1)067,66(
42,3.75,71446
2,32
10
st 



+ Với:








)/(67,66
)/(10
)(75,71
2
01
srad
srad
AII
ng
ngC



.
4
3
1382
sttt 
- Thời gian máy làm việc ở tốc độ thuận t
5
:

th
V
L
t
5
5

Trong đó: + V
th
= 20 (m/ph) là tốc độ làm việc ở chu kỳ thuận
+ l
5
là chiều dài bàn máy trong khoảng thời gian làm việc
Ta có:
     
















)(5,43)(725,0
20
49,14
5
5
sph
V
L
t
th

- Thời gian làm việc ở tốc độ ngược t
11
:
ng
V
L
t
11
11


VV
t
V
LLLL
ngng
bingb

)(84,13281,0.
2
6
422,0.6426,1.
2
406
677,1.
2
40
60
1
15 m









)(76,20)(346,0
40

Vth
V0
V0
Vng

Hình 1.4 Đồ thị dòng điện toàn phần của động cơ truyền động bàn máy MBG
3.6 Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng và quả tải về mômen
3.6.1 Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng
Ta có dòng điện đẳng trị:



i
ii
đt
t
tI
I
.
2

Trong đó:









tI
I
i
ii
đt






Ta thấy: I
đt
= 215,89(A) < I
đm
= 223(A) nên động cơ đã chọn đạt yêu cầu về phát
nóng.
3.6.2. Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải về mômen


maxlv
đm
M
M 
Trong đó: + M
đm
là mômen định mức của động cơ
+ M
lvmax
là mômen làm việc cực đại

NmM
M
đm
lv



Vậy động cơ đã chọn đạt cả hai yêu cầu quá tải về mômen và yêu cầu về phát
nóng.

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 19 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
Chương II
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
I. PHƯƠNG ÁN 1: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ (F - Đ)
1. Sơ đồ nguyên lí hệ thống F - Đ đơn giản
Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy
phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng
bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản
Trong đó:
- Đ : Là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ.
- F : Là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ.
- ĐK : Động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồn năng
lượng khác.
- K : Máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ.
* Đối với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau:
+ Để cho n

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 20 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc
* Khi thực hiện hãm thì động cơ Đ sẽ qua 2 giai đoạn hãm tái sinh:
+ Tăng 
Đ
về định mức.
+ Giảm điện áp phần ứng động cơ về 0.
2. Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch
đại từ trường ngang (MKĐ)
+ Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản trên là:
- Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên
- Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn
định tốc độ.
Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ. Nên phải đưa các
khâu phản hồi để ổn định tốc độ động cơ của hệ thống được duy trì không đổi.
Thay vì sử dụng máy phát kích thích K, người ta đưa vào hệ thống máy điện
khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ). Đó là máy điện một chiều đặc biệt có 2 cặp chổi
than, trong đó có một cặp ngang trục được nổi ngắn mạch. Nhờ vậy dòng điện chạy trong
dây quấn ngang trục khá lớn tạo ra từ trường của máy lớn nên hệ số khuếch đại của máy
rất lớn. Trên máy có nhiều cuộn kích thích, trong đó có một cuộn chủ đạo (W1) được
cung cấp từ nguồn một chiều độc lập có thể thay đổi được trị số. Các cuộn còn lại được
nối với các khâu phản hồi. Từ trường do các cuộn phản hồi cùng chiều hoặc ngược chiều
với từ trường chính là do tính chất của phản hồi.
2.1 Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ
Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc. Roto của FT được nối đồng trục với
rotor động cơ. Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của động cơ.
Ta có: F
2
= I

yc
. Vì lý do
nào đó, mômen phụ tải đặt lên trục động cơ thay đổi khác n
yc
thì nhờ quá trình phản hồi
âm tốc độ hệ thống sẽ tự động ổn định tốc độ đạt n
yc
.

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 21 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc

Hình 2.2: Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ
Quá trình tự động này được giải thích như sau: Giả sử khi M
c
tăng sẽ làm cho n
Đ

giảm < n
yc
. Mà khi n giảm nên E
FT
giảm do đó I
2
giảm  F
2
giảm nên F = F
1
- F

ss
, R
ss
và van D.
+ Khi I
ư
bé hơn trị số cho phép thì U
ph
< U
ss
do đó van D khóa nên F
2
= 0.
+ Khi I
ư
lớn hơn I
cp
dẫn đế U
ph
> U
ss
do đó van D mở nên F
2
 0  F = F
1
- F
2

giảm xuống làm giảm s.t.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động cơ giảm
tốc độ nên động cơ được bảo vệ.

Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn,
phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làm việc
của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều )
II. PHƯƠNG ÁN 2: HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRISTOR - ĐỘNG CƠ (T - Đ)
Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ động lập.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động cơ
thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor.
1. Sơ đồ hệ thống Ð
FT
BBÐ
CKÐ
3 pha
BFX

Hình 2.4: Hệ truyền động T - Đ
+ Hoạt động của hệ thống:
- Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1
chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ.
- Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ,
sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu.
- Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa
vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi.
- Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao
tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống.
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh    Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 24 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc

dụng hệ T - Đ làm hệ truyền động cho bàn máy của máy bào giường.