Bài giảng Điện công nghiệp - Nguyễn Bê

198 trang hapham 1340

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện công nghiệp - Nguyễn Bê", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_dien_cong_nghiep_nguyen_be.pdf

Nội dung text: Bài giảng Điện công nghiệp - Nguyễn Bê

TS. Nguyễn Bê ĐÀ NẴNG - 2007
194 MỤC LỤC Chương 1: TRANG BỊ ĐIỆN CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 1.1. Các yêu cầu chính và những đặc điểm đặc trưng của trang bị điện và tự động hoá các máy cắt kim loại 3 1.2. Chọn hệ truyền động và tính chọn công suất động cơ truyền động của các máy cắt gọt kim loại 7 1.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ trong các máy cắt gọt kim loại 13 1.4. Điều khiển chương trình số các máy cắt gọt kim loại 16 Chương 2: TRANG BỊ ĐIỆN NHÓM MÁY TIỆN 2.1. Đặc điểm công nghệ 24 2.2. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính và ăn dao 25 2.4. Phương pháp chọn công suất động cơ truyền động chính của máy tiện 27 2.4. Những yêu cầu và đặc điểm đối với truyền động điện và trang bị điện của máy tiện 29 2.5. Một số sơ đồ điều khiển máy tiện điển hình 33 Chương 3: TRANG BỊ ĐIỆN MÁY BÀO GIƯỜNG 3.1 Đặc điểm công nghệ 45 3.2. Phụ tải và phương pháp xác đinh công suất động cơ truyền động chính 48 3.3. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện của máy bào giường 54 3.4. Một số sơ đồ điều khiển máy bào giường điển hình 57 Chương4: TRANG BỊ ĐIỆN MÁY DOA 4.1. Đặc điểm làm việc, yêu cầu về truyền động điện và trang bị điện 73 4.2. Sơ đồ điều khiển máy doa ngang 2620 74 4.3. Sơ đồ truyền động máy doa toạ độ 2A450 79 Chương5: TRANG BỊ ĐIỆN MÁY MÀI 5.1. Đặc điểm công nghệ 83 5.2. Các đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện máy mài 85 5.3. Sơ đồ điều khiển máy mài 3A161 85 Chương 6: TRANG BỊ ĐIỆN MÁY CÁN THÉP 6.1. Khái niệm chung về công nghệ cán thép 89 6.2. Các thông số cơ bản đặc trưng cho công nghệ cán thép 93 6.3. Tính mômen truyền động trục cán 97 6.4. Trang bị điện máy cán nóng quay thuận nghịch 99
195 Chương7: TRANG BỊ ĐIỆN CÁC MÁY NÂNG - VẬN CHUYỂN 7.1. Khái niệm chung 105 7.2. Phân loại các máy nâng - vận chuyển 105 7.3. Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động máy nâng - vận chuyển 108 7.4. Các hệ truyền động dùng trong các máy nâng - vận chuyển 109 Chương 8 TRANG BỊ ĐIỆN CẦU TRỤC 8.1. Khái niệm chung 111 8.2. Chế độ làm việc các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục 112 8.3. Tính chọn công suất động cơ truyền động các cơ cấu chính của cầu trục 114 8.4. Các thiết bị điện chuyên dùng trong cầu trục 116 8.5. Một số sơ đồ khống chế cầu trục điển hình 124 Chương 9 TRANG BỊ ĐIỆN THANG MÁY 9.1. Khái niệm chung 132 9.2. Trang thiết bị của thang máy 134 9.3. Các thiết bị chuyên dùng của thang máy 136 9.4. Đặc tính và thông số của thang máy và máy nâng 138 9.5. Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy và máy nâng 139 9.6. Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy 142 9.7. Dừng chính xác buồng thang 143 9.8. Các hệ truyền động dùng trong thang máy và máy nâng 146 9.9. Một số sơ đồ khống chế thang máy điển hình 147 9.10 Những thiết bị đặc biệt dùng trong các thang máy hiện đại 151 Chương 10 TRANG BỊ ĐIỆN MÁY XÚC 10.1 Khái niệm chung 156 10.2 Kết cấu và cấu tạo của máy xúc 158 10.3 Các yêu cầu cợ bản đối với hệ truyền động các cợ cấu của máy xúc 160 10.4 Biểu đồ phụ tải của các cơ cấu chính của máy xúc 162 10.5 Tính chọn công suất động cơ truyền động các cơ cấu chính của máy xúc 166 10.6 Một số sơ đồ khống chế máy xúc điển hình 173 Chương 11 TRANG BỊ ĐIỆN CÁC THIẾT BỊ VẬN TẢI LIÊN TỤC 11.1 Khái niệm chung 182 11.2 Cấu tạo và thông số kỹ thuật của một số thiết bị vận tải liên tục 182 11.3 Các yêu cầu chính đối với hệ chuyển động các thiết bị vận tải liên tục 187
196 11.4 Tính chọn công suất động cơ truyền động các thiết bị vận tải liên tục 187 11.5 Một số sơ đồ khống chế điển hình 190 Mục lục 194 Tài liệu tham khảo 197
197 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Mạnh Tiến – Vũ Quang Hồi. Trang bị điện - Điện tử máy gia công kim loại. NXB Giáo dục 2003 2. Vũ Quang Hồi - Nguyễn Văn Chất - Nguyễn Thị Liên Anh. Trang bị điện - Điện tử máy công nghiệp dùng chung. NXB Giáo dục 2003 3. Nguyễn Văn Chất Giáo trình trang bị điện NXB Giáo dục 2004 4.Nguyễn Đắc Lộc – Tăng Huy Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số CNC. NXB KHKT – Hà Nội 2000
1 TS. Nguyễn Bê ĐÀ NẴNG - 2007
2 Các ký hiệu sử dụng để giải thích hoạt động sơ đồ: 1- A(x) = 1: phần tử A ở dòng thứ x có điện (nếu là cuộn dây) hoặc đóng lại (nếu là tiếp điểm) 2- A(x) = 0: phần tử A ở dòng thứ x mất điện (nếu là cuộn dây) hoặc mở ra (nếu là tiếp điểm) 3- A(x,y): phần tử A ở giữa hai dòng x và y hoặc hai điểm x,y. 4- A(đl): phần tử A trên mạch động lực Ví dụ: - ĐG(đl) = 1: tiếp điểm ĐG ở mạch động lực đóng (tr 33) - K2(đl) = 0 : tiếp điểm K2 ở mạch động lực mở (tr33). - Ấn nút M1(22) → LĐT(22) = 1, → LĐT(17) = 1, + LĐT(22,23) = 1: khi ấn nút M1 ở dòng 22 thì cuộn dây rơle LĐT ở dòng 22 có điện làm cho tiếp điểm LĐT ở dòng 17 đóng, đồng thời tiếp điểm LĐT giữa dòng 22 và 23 đóng .(tr36) - R8(15-13) = 1, + R8(1-3) = 1, → Rω(5-9): tiếp điểm R8 ở giữa điểm 15 và 13 đóng lại, đồng thời tiếp điểm R8 ở giữa điểm 1 và 3 cũng đóng làm cho điện trở Rω(5-9) (tr40)
3 Chương 1 TRANG BỊ ĐIỆN MÁY CẮT KIM LOẠI Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công 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 thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). 1.1. Các yêu cầu chính và những đặc điểm công nghệ đặc trưng của trang bị điện và tự động hoá các máy cắt kim loại Máy cắt kim loại theo số lượng và chủng loại chiếm vị trí hàng đầu trong tất cả các máy công nghiệp. 1.1.1. Phân loại máy cắt kim loại Máy cắt kim loại gồm nhiều chủng loại và rất đa dạng trong từng nhóm máy, nhưng có thể phân loại chúng dựa trên các đặc điểm sau: Phân loại máy cắt kim loại theo như hình 1.1 MÁY CẮT KIM LOẠI QUÁ TRÌNH QUÁ TRÌNH TRỌNG LƯỢNG ĐỘ CHÍNH XÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KÍCH THƯỚC GIA CÔNG TIỆN VẠN NĂNG THƯỜNG THƯỜNG PHAY LỚN BÀO CHUYÊN DÙNG NẶNG CAO MÀI KHOAN ĐẶC BIỆT RẤT NẶNG RẤT CAO Hình 1.1 Sơ đồ phân loại các máy cắt kim loại - Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công, dạng dao , đăc tính chuyển động v.v , các máy cắt được chia thành các máy cơ bản: tiện, phay; bào, khoan – doa, mài và các nhóm máy khác như 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 và đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện được các phương pháp gia công khác nhau như tiện, khoan, gia công răng v.v để gia công các chi tiết khác nhau về hình dạng và kích thước. Các máy chuyên dùng là các máy để gian công các chi tiết có cùng hình dáng
4 nhưng có kích thước khác nhau. Máy đặc biệt là các máy chỉ thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng và kích thước. - Theo kích thước và trọng lượng chi tiết gia công trên máy, có thể chia maý cắt kim loại thành các máy bình thường ( 100.000kG) - Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình thường, cao và rất cao. 1.1.2 Các chuyển động và các dạng gia công điển hình trên MCKL Trên MCKL, có hai loại chuyển động chủ yếu: chuyển động cơ bản và chuyển động phụ Chuyển động cơ bản là chuyển động tương đối của dao cắt so với phôi để đảm bảo quá trình cắt gọt. Chuyển động này chia ra: chuyển đông chính và chuyển động ăn dao - Chuyển động chính (chuyển động làm việc) là chuyển động thực hiện quá trình cắt gọt kim loại bằng dao cắt. - Chuyển động ăn dao là các chuyển động xê dịch của dao hoặc phôi để tạo ra một lớp phôi mới. Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, nâng cao hiệu suất và chất lương gia công, hiệu chỉnh máy v.v Ví dụ như di chuyển nhanh bàn hoặc phôi trong máy tiện, nới siết xà trên trụ trong máy khoan cần, nâng hạ xà trong dao trong máy bào giường, bơm dầu của hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát v.v Các chuyển động chính, ăn dao có thể là chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến của dao hoặc phôi. Trên hình 1-2 biểu diễn các dạng gia công điển hình được thực hiện trên các MCKL. - Gia công trên máy tiện (hình 1-2a): n - tốc độ quay của chi tiết (chuyển động chính); v - vận tốc xê dịch của dao cắt vào chi tiết (chuyển động ăn dao). - Gia công trên máy khoan (hình 1-2b): n- tốc độ quay của mũi khoan (chuyển động chính); v- chuyển động tịnh tiến của mũi khoan vào chi tiết (chuyển động ăn dao). - Gia công trên máy phay (hình 1-2c): n- tốc độ quay của dao phay (chuyển động chính); v- chuyển động tịnh tiến của phôi (chuyển động ăn dao). - Gia công trên máy mài tròn ngoài (hình 1.2d): n- tốc độ quay của đá mài (chuyển động chính); v- chuyển động tịnh tiến của đá mài vào chi tiết (chuyển động ăn dao).
5 - Gia công trên máy bào giường (hình 1-2e): vt, vn- chuyển động qua lại của bàn (chuyển động chính), chuyển động di chuyển của dao theo chiều ngang của bàn (chuyển động ăn dao). Hình 1-2 Các dạng gia công kim loại trên các máy cắt kim loại a) Tiện b) Khoan c) Phay d) Mài e) Bào 1.1.3. Các thiết bị điện chuyên dụng dùng trong các máy cắt gọt kim loại. 1. Nam châm điện: thường dùng để điều khiển các van thuỷ lực, van khí nén, điều khiển đóng cắt ly hợp ma sát, ly hợp điện từ và dùng để hãm động cơ điện. Nam châm điện dùng trong các máy cắt gọt kim loại là nam châm điện xoay chiều có lực hút từ 10N đến 80N với hành trình của phần ứng (lõi nam châm) từ 5 đến 15mm. 1.Mạch từ; 2. Cuộn dây của nam F châm; 3. Thanh dẫn hướng; 4. Phần ứng lõi nam châm; 5. Vòng ngắn mạch δ Hình 1-3 Cấu tạo nam châm điện Hình 1-4 Đặc tính cơ của nam châm điện
6 Nguyên lý làm việc của nam châm điện như sau: khi cấp nguồn cho cuộn dây 2 sẽ xuất hiện từ thông khép kín theo mạch từ 1. Sự tác dụng tương hỗ giữa từ thông và dòng điện trong cuộn dây sẽ sinh ra một lực kéo hút phần ứng 4 vào sâu trong nam châm điện. Thanh dẫn hướng 3 có chức năng giảm hệ số ma sát giữa phần ứng và mạch từ, đảm bảo cho phần ứng không bị hút lệch. Đặc tính quan trọng nhất của nam châm điện là đặc tính cơ (đặc tính lực kéo). Nó biểu diễm sự phụ thuộc giữa lực kéo sinh ra của nam châm điện và hành trình của phần ứng F = f(δ). Đặc tính đó được biểu diễn trên hình 1-4. 2. Bàn từ: dùng để cặp chi tiết gian công trên các máy mài mặt phẳng (hình 1.5). Cấu tạo của bàn từ gồm: hộp sắt non 1 với các cực lõi 2, cuộn dây 3, bàn từ 4 có lót các tấm mỏng 5 bằng vật liệu không nhiễm từ. Khi cấp nguồn 1 chiều cho cuộn dây, bàn sẽ trở thành cam châm với nhiều cặp cực: cực bắc N và cực nam S Bàn từ được cấp nguồn 1 chiều (trị số điện áp có thể là 24, 48, 110 và 220V với công suất từ 100 ÷ 3000W) từ các bộ chỉnh lưu dùng điột bán dẫn. Sau khi gia công xong, muốn lấy chi tiết ra khỏi bàn phải khử từ dư của bàn từ, thực hiện bằng cách đảo cực tính nguồn cấp cho bàn từ. 3.Khớp ly hợp điện từ: dùng để điều chỉnh tốc độ quay, điều khiển động cơ truyền động: khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc độ và hãm. Khớp ly hợp điện từ là khâu trung gian nối động cơ truyền động với máy công tác cho phép thay đổi tốc độ máy công tác khi tốc độ động cơ không đổi, thường dùng trong hệ truyền động ăn dao của các máy cắt kim loại. Đối với hệ truyền động ăn dao của các máy cắt gọt kim loại, yêu cầu duy trì mômen không đổi trong toàn dải điều chỉnh tốc độ. Về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, người ta phân biệt hai loại khớp ly hợp điện từ: khớp ly hợp điện từ ma sát và khớp ly hợp điện từ trượt. a) Khớp ly hợp điện từ ma sát, cấu tạo như trên hình 1-6 gồm: thân khớp ly hợp 3, cuộn dây 4, các đĩa ma sát 8 và 9, đĩa ép 10 và giá kẹp 11. Tất cả các phần tử kể trên được gá lắp trên bạc lót 2 làm từ vật liệu không nhiễm từ và bạc lót được lắp trên trục vào 1 (trục gắn với trục của động cơ truyền đông). Nguồn cấp cho cuộn dây của ly hợp được cấp H1-6. Khớp ly hợp điện từ ma sát
7 như sau: cực âm của nguồn được nối với thân của ly hợp 3, cực dương của nguồn được cấp qua chổi than 7 và vành trượt tiếp điện 6, còn 5 là vành cách điện giữa cực dương của nguồn và thân ly hợp. Nguyên lý làm việc của khớp ly hợp ma sát như sau: khi cuộn dây 4 được cấp nguồn, sẽ tạo ra một từ trường khép kín qua các đĩa ma sát. Từ trường đó tạo ra một lực hút kéo đĩa ma sát 9 về thân ly hợp 3. Các đĩa ma sát 8 và 9 ăn khớp nhau. Đĩa ma sát 9 nối với trục 1 (trục động cơ truyền động), còn đĩa ma sát 8 nối với trục 12 (trục máy công tác). b) Khớp ly hợp điện từ trượt. Cấu tạo của nó được biểu diễn trên hình 1-7. Hình 1-7 Khớp ly hợp điện từ trượt Cấu tạo của nó gồm hai phần chính: Phần ứng 1 được gắn với trục của động cơ truyền động 2 (trục chủ động) và phần cảm 3 của cuộn dây kích thích 4 được nối với trục của máy công tác (trục thụ động). Nguồn cấp cho cuộn dây kích thích 4 là nguồn 1 chiều tiếp điện bằng chổi than 5 và vành trượt 7 lắp trên trục 6. Nguyên lý làm việc của khớp ly hợp điện từ trượt như sau: Khi cho động cơ truyền động quay và cấp nguồn cho cuộn kích thích, trong phần ứng sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng, sức điện động đó sẽ sinh ra dòng điện xoáy (dòng Fucô). Sự tác dụng tương hỗ giữa dòng điện trong phần ứng và từ thông của phần cảm sẽ sinh ra mômen điện từ làm cho phần cảm quay theo cùng chiều với phần ứng. Hệ số trượt của khớp ly hợp phụ thuộc vào trị số dòng điện trong cuộn kích thích và mômen của phụ tải. Bởi vậy, với mômen tải không đổi, khi ta thay đổi dòng điện trong cuộn dây kích thích sẽ thay đổi được tốc độ của máy công tác. 1.2 Chọn hệ truyền động và tính chọn công suất động cơ truyền động của máy cắt gọt kim loại 1.2.1. Các hệ truyền động thường dùng trong máy cắt gọt kim loại 1. Đối với chuyển động chính của máy tiện, khoan, doa, máy phay với tần số đóng cắt điện không lớn, phạm vi điều chỉnh tốc độ không rộng
8 thường dùng hệ truyền động với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Điều chỉnh tốc độ trong các máy đó thực hiện bằng phương pháp cơ khí dùng hộp tốc độ. 2. Đối với một số máy khác như: máy tiện Rơvonve, máy doa ngang, máy sọc răng yêu cầu phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng hơn, hệ truyền động trục chính dùng hệ truyền động với động cơ không đồng bộ hai hoặc ba cấp tốc độ. Quá trình thay đổi tốc độ thực hiện bằng cách thay đổi sơ đồ đấu dây quấn stato của động cơ để thay đổi số đôi cực với công suất duy trì không đổi. 3. Đối với một số máy như: máy bào giường, máy mài tròn, máy doa toạ độ và hệ truyền động ăn dao của một số máy yêu cầu: - Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng. - Đảo chiều quay liên tục. - Tần số đóng cắt điện lớn. Thường dùng hệ truyền động một chiều (hệ máy phát - động cơ điện một chiều F - Đ, hệ máy điện khuếch đại - động cơ điện 1 chiều MĐKĐ - Đ, hệ khuếch đại từ động cơ điện 1 chiều KĐT - Đ và bộ biến đổi tiristo - động cơ điện một chiều T-Đ) và hệ truyền động xoay chiều dùng bộ biến tần. 1.2.2 Các tham số đặc trưng cho chế độ cắt gọt trên các máy cắt gọt kim loại Các tham số đặc trưng cho chế độ cắt phụ thuộc vào yếu tố của điều kiện gia công như: chiều sâu cắt t, lượng ăn dao s (hình 1-2), bề rộng phôi b, độ bền dao cắt T, vật liệu chi tiết, hình dáng và vật liệu dao, điều kiện làm mát Các tham số đó được xác định theo công thức kinh nghiệm ứng với từng nhóm máy. 1.Tốc độ cắt: là tốc độ chuyển động dài tương đối của chi tiết so với dao cắt tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao Tốc độ phụ thuộc vật liệu gia công, vật liệu dao, kích thước dao, dạng gia công, điều kiện làm mát v.v . theo công thức kinh nghiệm Cv v = m , [m/ph] (1-1) T t XV s yv Trong đó t: chiều sâu cắt , mm; s: lượng ăn dao, là độ dịch chuyển của dao khi chi tiết quay được một vòng, mm/vg T: độ bền của dao là thời gian làm việc của dao giữa hai lần mài dao kế tiếp, ph Cv, xv, yv, m là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu dao và phương pháp gia công
9 2. Lực cắt : trong quá trình gia công, tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao có một lực tác dụng F , lực này được phân ra 3 thành phần (hình 1-2a): - Lực tiếp tuyến (lực cắt) Fz là lực mà trục chính (truyền động chính) phải khắc phục. - Lực hướng kính Fy tạo áp lực lên bàn dao. - Lực dọc trục Fx mà cơ cấu ăn dao phải khắc phục. F = Fx + Fy + Fz [N] (1-2) Để tính toán lực cắt, ta dùng công thức kinh nghiệm sau: x y n Fx = 9,81CF.t F.s F.v [N] (1-3) x y Trong đó: CF,t F , s F ,n – là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công, vật liệu làm dao và phương pháp gia công. Các lực còn lại Fx, Fy cũng được xác định theo công thức tương tự như công thức (1-3) Khi tính toán sơ bộ có thể lấy Fx và Fy theo các tỷ lệ như sau: Fz:Fy:Fx = 1: 0,4 : 0,25 (1-4) 3. Công suất cắt: (công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính) được xác định theo công thức: F .v P = z [kW] (1-5) z 60.1000 Trong đó: Fz - lực cắt, N; v - tốc độ cắt, [m/ph]. 4.Thời gian máy là thời gian dùng để gia công chi tiết, còn gọi là thời gian công nghệ, thời gian cơ bản hoặc thời gian hữu ích. Để tính toán thời gian máy, ta căn cứ vào các tham số đặc trưng cho chế độ cắt gọt gọi là phương pháp gia công trên máy. Ví dụ: đối với máy tiện: L t = [ph] (1-6) m n.s Trong đó: L - chiều dài của hành trình làm việc, mm; n - tốc độ quay của chi tiết (tốc độ quay của mâm cặp), vg/ph. s - lượng ăn dao, mm/vg; Nếu thay vào biểu thức (1-6) giá trị của: 60.10 3 v n = [vg/ph] (1-7) πd Trong đó: d - đường kính chi tiết gia công; mm. Ta có: πdL t = [s] (1-8) m 60.10 3 vs
10 Từ biểu thức (1-8) ta nhận thấy rằng: muốn tăng năng suất của máy (giảm thời gian công nghệ tm) phải tăng tốc độ cắt v và lượng ăn dao s. 1.2.3. Phụ tải của động cơ truyền động các cơ cấu điển hình trong các máy cắt gọt kim loại 1. Cơ cấu truyền động chính Trong truyền động chính các máy cắt gọt kim loại, lực cắt là hữu ích, nó phụ thuộc vào chế độ cắt (t, s, v) vật liệu chi tiết gia công và vật liệu làm dao Đối với chuyển động chính là chuyển động quay như ở máy tiện, phay, khoan, doa và máy mài, mômen trên trục chính của máy được xác định theo công thức: F .d M = z [N.m] (1-9) z 2 Trong đó: Fz - lực cắt, N; d - đường kính của chi tiết gia công [m] Mômen hữu ích trên động cơ là: M F .d M = z = z [N.m] (1-10) hi i 2i Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến, ví dụ như chuyển động di chuyển bàn trong máy bào giường, chuyển động của dao trong máy sọc, máy bào ngang v.v Mômen tịnh tiến hữu ích là: Mhi = Fz.ρ [N.m] (1-11) Trong đó: ρ là bán kính qui đổi lực cắt về trục động cơ, được xác định bằng tỷ số giữa tốc độ di chuyển tịnh tiến và tốc độ của động cơ truyền động: v ρ = [N.m] (1-12) 60ω Mômen cản tĩnh trên trục động cơ được xác định theo biểu thức sau: M M hi [N.m] (1-13) c η 2. Cơ cấu truyền động ăn dao Trong hệ truyền động ăn dao, động cơ thực hiện di chuyển bàn dao, hoặc dịch chuyển chi tiết để thực hiện được quá trình cắt gọt. Hệ truyền động ăn dao được thực hiện bằng nhiều phương án khác nhau. Phương án điển hình là cơ cấu ăn dao kiểu trục vít – êcu. Sơ đồ động học của cơ cấu ăn dao đó được biểu diễn trên hình 1.8 Lực ăn dao khi bàn dao hoặc bàn cặp chi tiết khởi hành được tính theo biểu thức sau: Fado = (Gb + Gct)f0 + µs [N] (1-14) Trong đó: Gb - khối lượng của bàn, N;
11 Gct- khối lượng của chi tiết, N; f0 - hệ số ma sát khi bàn dao trượt trên gờ trượt f0 = (0,2 ÷ 0,3) khi khởi động bàn dao; f0 = (0,08 ÷ 0,1) khi cắt gọt; µ - áp suất dính thường lấy bằng 0,5N/cm2 Hình 1-8. Sơ đồ động học của cơ cấu ăn dao 1. đông cơ điện; 2. hộp tốc độ; 3. trục vít vô tận; 4. Êcu; 5. Bàn dao; 6. Gờ trượt Lực ăn dao khi cắt gọt được tính theo biểu thức: Fad = (Gb + Gct)f + αs [N] (1-15) Mômen trên trục vít vô tận được tính theo công thức sau: - khi khởi động Mado F .d tg(α + ρ) M = ado tb [N.m] (1-16) ado 2 - khi cắt gọt F .d tg(α + ρ) M = ad tb [N.m] (1-17) ad 2 Trong đó: α - góc nghiêng của ren vít vô tận; ρ = arctg(f) - góc ma sát của trục vít vô tận; dtb - đường kính trung bình của trục vít vô tận, m. 1.2.4. Tính chọn công suất động cơ truyền động các cơ cấu của máy cắt kim loại 1.Những vấn đề chung Việc chọn đúng công suất động cơ truyền động là hết sức quan trọng. Nếu chọn công suất động cơ lớn hơn trị số cần thiết thì vốn đầu tư sẽ tăng, động cơ thường xuyên làm việc non tải, làm cho hiệu suất và hệ số công suất thấp. Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn trị số yêu cầu thì máy sẽ không đảm bảo năng suất cần thiết, động cơ thường phải chạy non tải, làm giảm tuổi thọ động cơ, tăng phí tổn vận hành do sửa chữa nhiều.
12 2. Các số liệu ban đầu Để tính chọn được công suất động cơ, cần phải có các số liệu ban đầu sau: a) Các thông số của chế độ làm việc của máy bao gồm: - Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt là: tốc độ cắt, lực cắt hoặc các thông số của chế độ cắt gọt như chiều sâu cắt, lượng ăn dao, vật liệu được gia công , vật liệu dao v.v , trọng lượng chi tiết gia công, thời gian làm việc, thời gian nghỉ - Khối lượng của chi tiết gia công. - Thời gian làm việc và thời gian nghỉ. b)Kết cấu cơ khí của máy bao gồm: - Sơ đồ động học của các cơ cấu. - Khối lượng các bộ phận chuyển động. 3. Các bước chọn công suất động cơ Quá trình chọn công suất động cơ có thể chia làm 2 bước sau: a) Bước 1: chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động theo trình tự sau: + Xác định công suất hoặc momen tác dụng trên trục làm việc của hộp tốc độ (Pz hoặc Mz). Nếu trong một chu kỳ, phụ tải của truyền động thay đổi thì phải xác định Pz (hoặc Mz) cho tất cả các giai đoạn cho cả chu kỳ . Mỗi loại máy có các công thức riêng để xác định. Có thể cho trước Pz hoặc Mz + Xác định công suất trên trục động cơ điện và thành lập đồ thị phụ tải tĩnh: muốn thành lập đồ thị phụ tải cho truyền động trong một chu kỳ, ta phải xác định công suất hoặc momen trên trục động cơ và thời gian làm việc ứng với từng giai đoạn - Công suất trên trục động cơ xác định theo biểu thức: P P = z c η Trong đó η là hiệu suất của cơ cấu truyền động ứng với phụ tải Pz - Thời gian làm việc của từng giai đoạn có thể xác định tuỳ thuộc điều kiện làm việc của từng cơ cấu truyền động như khoảng đường di chuyển của bộ phận làm việc, tốc độ làm việc, thời gian làm việc hoặc điều khiển máy v.v Trong đó có thời gian hữu công (thời gian làm việc thực sự) và thời gian vô công (thời gian làm việc không tải, điều khiển máy, chuyển đổi trạng thái làm việc v.v ) Thời gian hữu công được xác định theo công thức ứng với từng loại máy. Thời gian vô công được lấy theo kinh nghiệm vận hành. + Dựa vào đồ thị phụ tải tĩnh đã xây dựng ở phần trên, tiến hành tính toán chọn động cơ như đã nêu trong giáo trình TĐĐ - Khi chế độ làm việc là dài hạn, phụ tải biến đổi (loại biến đổi) động cơ thường được chọn theo đại lượng trung bình hoặc đẳng trị - Khi chế độ làm việc là ngắn hạn lặp lại, động cơ được chọn theo phụ tải làm việc và hệ số đóng điện tương đối.
13 - Khi chế độ làm việc là ngắn hạn, động cơ được chọn theo phụ tải làm việc và thời gian có tải trong chu kỳ. b) Bước 2: kiểm nghiệm động cơ theo những điều kiện cần thiết. Tuỳ thuộc vào đặc điểm của cơ cấu truyền động mà động cơ đã chọn được kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng , quá tải và mở máy. Để kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng, ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động. Phụ tải động của động cơ phát sinh trong quá trình quá độ (QTQĐ) và được xác định từ quan hệ: dω M = J d Ξ dt Trong đó JΣ là momen quán tính của toàn bộ hệ thống truyền động qui đổi về trục động cơ điện dω/dt gia tốc của hệ thống. Sau khi lập đồ thị phụ tải toàn phần i=f1(t); M= f2(t); P= f3(t) hoặc đồ thị tổn hao trong động cơ ∆P= f4(t), theo đại lượng đẳng trị hoặc tổn hao trung bình, ta kiểm nghiệm điều kiện phát nóng. Nếu thời gian QTQĐ không đáng kể so với thời gian làm việc ổn định và động cơ đã được chọn sơ bộ theo phương pháp đẳng trị thì không cần kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng. Chú ý là đối với các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, trị số ĐM% phải lấy theo đồ thị phụ tải toàn phần. Khi kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét tới hiện tượng sụt áp lưới điện. Thông thường cho phép sụt áp 10%, nên mômen tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn: 2 Mt = (90%) Mtđm = 0,81Mtđm Mtđm là momen tới hạn theo số liệu của động cơ điện. Ở những cơ cấu truyền động đòi hỏi mở máy có tải như cơ cấu nâng hạ xà, di chuyển bàn, động cơ cần kiểm nghiệm theo điều kiện mở máy. Ngoài ra còn phải kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện đặc biệt do yêu cầu điều chỉnh tốc độ và hạn chế gia tốc. 1.3. Điều chỉnh tốc độ trong các máy cắt kim loại Để nhận được các chế độ cắt khác nhau đảm bảo các quá trình công nghệ tối ưu, cần phải điều chỉnh tốc độ truyền động chính và ăn dao. Điều chỉnh tốc độ các máy có thể thực hiện bằng ba phương pháp: cơ, điện – cơ và điện. Đều chỉnh tốc độ bằng cơ là phương pháp điều chỉnh có cấp với sự thay đổi tỉ số truyền trong hộp tốc độ. Điều đó có thể thực hiện bằng tay hoặc từ xa: bằng khớp ly hợp điện từ, thuỷ lực v.v trong trường hợp này động cơ được sử dụng không đồng bộ roto lồng sóc. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điện cơ là điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tốc độ động cơ và thay
14 đổi tỉ số truyền của hộp tốc độ. Động cơ điện có thể là động cơ không đồng bộ nhiều tốc độ hoặc động cơ một chiều. Điều chỉnh điện là thay đổi tốc độ máy chỉ bằng thay đổi tốc độ động cơ điện. Động cơ điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ đơn giản, trơn hơn so với động cơ điện xoay chiều, giảm nhẹ kết cấu cơ khí của máy. Khi giải quyết vấn đề điều chỉnh tốc độ truyền động chính và ăn dao MCKL cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu sau: 1. Phạm vi điều chỉnh tốc độ: tỉ số tốc độ góc lớn nhất ωmax và tốc độ góc nhỏ nhất của chi tiết ωmin ωmax Dω = (1-19) ωmin Đối với chuyển động tịnh tiến Vmax Dv = (1-20) Vmin Đối với chuyển động ăn dao là tỉ số lượng ăn dao lớn nhất và nhỏ nhất smax Ds = (1-21) smin 2. Độ trơn điều chỉnh tốc độ: là tỉ số giữa hai giá trị kề nhau của tốc độ: ω ϕ = i+1 (1-22) ωi Trong đó: ωi , ωi+1 là tốc độ cấp thứ i và i+1 Nó được xác định bằng công thức sau: ωmax z−1 ϕ = z−1 = D (1-23) ωmain Trong đó : z số cấp tốc độ của máy. Các gía trị chuẩn của độ trơn điều chỉnh được sử dụng trong truyền động của MCKL là: φ = 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2 3. Sự phù hợp giữa đặc tính của hệ thống và đặc tính của phụ tải Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất được khái quát bằng phương trình: q ⎛ ω ⎞ ⎜ ⎟ M c = M 0 + (M dm + M 0 )⎜ ⎟ (1-24) ⎝ ωdm ⎠ q là số mũ tuỳ thuộc vào loại máy [-1, 0, 1,2] Ta chỉ xét hai trường hợp q = 0 và q = -1ứng với truyền động ăn dao và truyền động chính MCKL q = 0 ta có Mc= Mđm = const ứng với truyền động ăn dao q = -1 ta có Mc= 1/ω (Pc= const) ứng với truyền động chính
15 Trong thực tế, đặc tính cơ của máy không giữ được cố định theo qui luật trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ mà thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc điều kiện tự nhiên. - Đối với truyền động chính MCKL, nói chung công suất không đổi khi tốc độ thay đổi, còn momen tỉ lệ ngược với tốc độ . Như vậy ở tốc độ thấp , momen có thể lớn. Do đó kích thước của các bộ phận cơ khí phải chọn lớn lên , điều đó không có lợi. Mặt khác, thực tế sản xuất cho thấy rằng các tốc độ thấp chỉ dùng cho các chế độ cắt nhẹ, nghĩa là Mz và Pz nhỏ. Vì vậy ở vùng tốc độ thấp người ta giữ momen không đổi còn công suất cắt thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ - Đối với truyền động ăn dao MCKL, nói chung momen không đổi khi điều chỉnh tốc độ. Tuy nhiên ở vùng tốc độ thấp, lượng ăn dao s nhỏ, lực cắt bị hạn chế bởi chiều sâu cắt tới hạn t. Trong vùng này khi tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao và momen ăn dao cũng giảm theo. Ở tốc độ cao, tương ứng tốc độ vz của truyền động chính cũng phải lớn, nếu giữ Fad lớn như cũ thì công suất truyền động sẽ quá lớn. Do đó cho phép giảm nhỏ lực ăn dao trong vùng này, momen truyền động ăn dao cũng giảm (h1.9) Fz Fad M,P M P V gh V V1 V2 Vad ωmin ωgh ωmax ω 1.9 Đồ thị đặc tính phụ tải của MCKL 1.10 Quan hệ M(ω), P(ω) của ĐM đl khi thay đổi Uư vvà Φ Một hệ thống truyền động điện có điều chỉnh gọi là tốt nếu đặc tính điều chỉnh của nó giống đặc tính cơ của máy. Khi đó động cơ được sử dụng một cách hợp lý nhất, ta có thể làm việc đầy tải ở mọi tốc độ. Nhờ đó, hệ thống đạt được các chỉ tiêu năng lượng cao. Nói cách khác, có thể lựa chọn động cơ có kích thước nhỏ nhất cho máy. Đặc tính điều chỉnh của truyền động điện là quan hệ giữa công suất hoặc momen của động cơ với tốc độ. Ví dụ đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập, khi điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông không đổi, ta có: M = kΦIư = const, P = Mω ≈ ω Khi điều chỉnh từ thông, giữ điện áp phần ứng không đổi thì:
16 M = kΦIư ≈ 1/ω; P = Mω = const Kết hợp cả hai phương pháp điều chỉnh ta có đồ thị như hình 1.10. Đặc tính điều chỉnh ở vùng này có dạng giống như đặc tính cơ của truyền động chính MCKL 4) Độ ổn định tốc độ: đó là khả năng giữ tốc độ khi phụ tải thay đổi. Đường đặc tính cơ càng cứng thì độ ổn định càng cao. Nói chung truyền động ăn dao yêu cầu ∆ω% ≤ 5 ÷ 10% ; truyền động chính yêu cầu ∆ω% ≤ 5÷15% 5) Tính kinh tế: xét đến giá thành chi phí vận hành, tổn hao năng lượng trong quá trình làm việc ổn định và QTQĐ. Ngoài ra còn phải đánh giá mức độ tin cậy, thuận tiện trong vận hành, dễ kiếm vật tư thay thế. 1.4. Điều khiển chương trình số các máy cắt gọt kim loại 1.4.1. Khái niệm cơ bản về điều khiển chương trình số 1. Khái niệm và định nghĩa Khi gia công trên các máy cắt kim loại thông thường, các bước gia công chi tiết do người thợ thực hiện bằng tay như: điều chỉnh số vòng quay, lượng ăn dao, kiểm tra vị trí của dụng cụ cắt để đạt kích thước cần gia công trên bản vẽ v.v Ngược lại, trên các máy cắt gọt điều khiển theo chương trình số, quá trình gia công được thực hiện một cách tự động theo chương trình đã thiết kế trước. Chương trình được thiết kế bằng nhiều phương pháp khác nhau. Vídụ như các máy chép hình dùng để gia công các chi tiết có bề mặt không gian phức tạp (cánh tua bin, khuôn dập có cấu hình phức tạp), chương trình cho trước được thiết kế dưới dạng các vật mẫu. Quá trình gia công trên các máy chép hình thực chất là quá trình chép nguyên mẫu theo vật mẫu. Tuy nhiên, tính linh hoạt của các máy không cao. Muốn thay đổi loại chi tiết để gia công, phải thay đổi hình dáng, vị trí, số lượng và qui luật chuyển động của các bộ phận cam, vật mẫu, vị trí công tắc hành trình Như vậy việc chỉnh máy phức tạp, chế tạo vật mẫu mất nhiều thời gian. Để khắc phục những khuyết điểm trên của máy chép hình, trong các máy điều khiển theo chương trình số, chương trình đưa vào các thiết bị điều khiển số dùng các băng đục lỗ hoặc băng từ. Các băng đó thực hiện chức năng là một bộ mang chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnh điều khiển. Hệ thống điều khiển số có khả năng thực hiện các lệnh đó và kiểm tra chúng như một hệ thống đo, sự dịch chuyển của các bàn trượt của máy. Như vây, điều khiển số (Numerical Control - NC) là một hình thức đặc biệt của tự động hoá mà cụ thể là các máy cắt gọt tự động được lập trình để thực hiện một loạt các hoạt động ở một chế độ được xác định trước nhằm tạo ra
17 một chi tiết có kích thước, hình dáng và các thông số công nghệ có thể dự đoán trước. Các máy cắt gọt kim loại điều khiển theo chương trình số gọi là máy NC hoặc các máy CNC (Computer Numerical Control). Một máy cắt gọt kim loại NC gồm hai bộ phận chính: Bộ điều khiển máy (The Machine Control Unit - MCU) và bản thân máy cắt gọt kim loại. Bộ MCU gồm hai thành phần: bộ xử lý dữ liệu (The Date Proccessing Unit - DPU) và bộ điều khiển lặp lại (Control Loops Unit – CLU). DPU có chức năng xử lý dữ liệu và mã hoá, những dữ liệu này được đọc từ bộ mang chương trình và phản ảnh các thông tin về: Vị trí của mỗi trục, chiều chuyển động, tỷ số tiến dao và các tín hiệu điều khiển các chức năng phụ tới CLU. CLU có chức năng điều khiển các cơ cấu chuyển động của máy. Sơ đồ khối của một máy cắt kim loại điều khiển số biểu diễn trên hình 1-11 BV GCT GM KĐ CH M BV CB Hình 1-11. Sơ đồ khối máy điều khiển chương trình số BV - bản đồ chi tiết gia công; GCT- khối chuẩn bị và ghi chương trình; CN - các thông số công nghệ; GM - bộ giải mã; KĐ - khối khuếch đại; CH - cơ cấu chấp hành; M - máy cắt gọt kim loại; CB - bộ cảm biến các tín hiệu phản hồi. Bộ ghi chương trình gồm hai khâu chính: Khâu chuẩn bị chương trình và khâu ghi chương trình đã được chuẩn bị vào bộ mang chương trình. Để thiết lập được chương trình, các dữ liệu cần có là: - Bản vẽ chi tiết gia công. Thông số công nghệ của chi tiết gia công gồm: kích thước, vật liệu, độ chính xác gia công. - Các loại dao cắt yêu cầu. - Các loại đồ gá. - Các thông số cắt gọt: chiều sâu cắt t, lượng ăn dao s, và tốc độ cắt v. 2. Hệ thống điều khiển. Các hệ thống NC đầu tiên ra đời do sự cần thiết chế tạo các chi tiết của máy bay với số lượng không nhiều. Trong hệ thống NC, các thông số hình học của chi tiết và các lệnh điều khiển máy được đưa ra là dãy các con số.
18 Hình 1-12 Sơ đồ khối điều khiển chức năng của hệ thống điều khiển NC Sơ đồ khối chức năng hệ thống điều khiển NC gồm có các bộ phận chính sau: + Nạp dữ liệu vào hệ thống gồm bàn phím và băng đục lỗ (hoặc băng từ). Toàn bộ các chỉ dẫn gia công được in vào băng đục lỗ (hoặc băng từ) dưới dạng các câu lệnh chương trình. + Hệ thống điều khiển thực hiện chức năng xử lý dữ liệu và đưa ra dữ liệu. + Bộ thích nghi là một mắt xích nối giữa máy NC vào hệ thống điều khiển
19 b) Hệ thống điều khiển CNC Hệ thống điều khiển NC có nhược điểm là kém linh hoạt. Muốn thay đổi chương trình phải làm lại băng đục lỗ hoặc thay băng từ khác. Hiện nay để khắc phục nhược điểm trên, dùng hệ thống điều khiển CNC, sơ đồ khối chức năng được biểu diễn trên hình 1-13 Hình 1-13 Sơ đồ khối chức năng của hệ thống điều khiển CNC
20 + Nạp dữ liệu vào hệ thống Trong hệ thống điều khiển CNC chương trình gia công có thể đưa vào trong hệ thống điều khiển thông qua bảng điều khiển có màn hình. + Hệ thống điều khiển CNC Chương trình gia công đã đưa vào bây giờ có thể gọi ra bất cứ lúc nào từ bộ nhớ chương trình. Thay đổi, sửa chữa chương trình có thể thực hiện ngay trên máy. Các câu lệnh có thể bổ sung, thay thế. + Bộ thích nghi. Bộ thích nghi trong các hệ điều khiển NC thông thường là một bộ chuyển đổi liên động. Trong hệ điều khiển CNC, bộ chuyển đổi liên động này được thay thế bằng một bộ điều khiển chương trình lưu giữ, bộ điều khiển này được nối với máy tính. 1.4.2. Các dạng điều khiển Trên các máy cắt gọt kim loại điều khiển theo chương trình số, quãng đường đi của các dao cắt hoặc của các chi tiết đã được cho trước một cách chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển trong chương trình NC. Tuỳ theo dạng của các chuyển động giữa các điểm đầu và điểm cuối của quãng đường đi này , người ta chia làm ba dạng điều khiển: 1. Điều khiển theo điểm Điều khiển theo điểm được ứng dụng khi gia công theo các toạ độ xác định đơn giản (như máy khoan – doa). Dao cắt sẽ thực hiện chạy nhanh đến các điểm đã được lập trình, trong hành trình này dao không cắt gọt vào kim loại, chi khi dao đến đúng toạ độ, quá trình cắt gọt mới được thực hiện theo lượng ăn dao đã được lập trình (hình 1-14) Hình 1-14. Điều khiển theo điểm Hình 1-15. Điều khiển theo đường
21 2. Điều khiển theo đường Điều khiên theo đường tạo ra các đường chạy song song với các trục của máy. Trong khi dao chạy đồng thời thực hiện cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công (hình 1-15) 3. Điều khiển theo đường viền Bằng điều khiển theo đường viền, phương pháp điều khiển này có thể tạo ra các đường viền hoặc đường thẳng tuỳ ý trong mặt phẳng hoặc trong không gian. Điều đó đạt được nhờ sự chuyển động đồng thời của các bàn trượt theo hai hoặc nhiều chiều và giữa các trục chuyển động đó có quan hệ hàm số (hình 1-16) Hình 1-16 Điều khiển theo đường viền a) Điều khiển đường viền 2D. Cho phép thực hiện một đường viền nào đó của dao cắt trong một mặt phẳng gia công X-Y. b) Điều khiển đường viền 1/2D. Cho phép thực hiện một đường viền nào đó của dao cắt trong một mặt phẳng gia công X-Y sang mặt phẳng Y-Z. c) Điều khiển đường viền 3D. Bằng điều khiển đường viền 3D, cho phép ta thực hiện được các chuyển động của dao cắt trong không gian ba kích thước X-Y-Z 1.4.3 Lập trình gia công trên các máy NC và CNC 1. Các định nghĩa a) Một chương trình được tạo nên bởi một chuỗi các lệnh khiến cho một máy tính hay một máy NC tiến hành công việc gia công xác định. Đối với một máy NC, công việc này là chế tạo một chi tiết cụ thể bằng chuyển động tương đối giữa dao cắt và chi tiết. b) Quá trình thiết lập các chuỗi lệnh cho các dao cắt từ bản vẽ chi tiết gia công, cùng với sự phát triển các lệnh chương trình cụ thể va sau đó chuyển tất cả các thông tin này sang bộ phận mang dữ liệu được mã hoá đặc biệt cho một hệ thống NC và có thể đọc nó một cách tự động được gọi là lập trình.
22 2. Nội dung của chương trình NC Nội dung của chương trình được cấu thành từ một số khối mô tả quá trình hoạt động của máy bằng các bước hoặc các câu lệnh. Trong mỗi khối có thể bao gồm các lệnh khác nhau, có các kiểu lệnh sau: - Các lệnh hình học điều khiển chuyển động tương đối giữa dao cắt và phôi là ABC XYZ. - Các lệnh công nghệ qui định tỷ số bước tiến (F), số vòng quay của trục chính (S) và các loại dao cắt (T). - Các lệnh chuyển dịch lựa chọn dao cắt (T), các lệnh phụ khác (M) v.v Hệ thống địa chỉ thường là một chữ cái qui định các giá trị bằng số và sau đó lưu giữ lại. Mỗi địa chỉ được xuất hiện trong một khối. 3. Các bước lập chương trình Quá trình lập chương trình được thực hiện theo các bước sau: a) Chuẩn bị dữ liệu (thông tin về công nghệ) Để lập được chương trình cần có các dữ liệu về công nghệ như: kích thước và vật liệu chi tiết gia công, độ chính xác gia công, dao cắt, đồ góc, các thông số đặc trưng cho chế tạo cắt gọt. b) Mô tả toán học: Vẽ lại các bản vẽ chi tiết gia công, trên đó ghi đầy đủ các kích thước, đặc điểm công nghệ, đặc điểm điều khiển theo từng nguyên công. c) Mã hoá các dữ liệu: Các số liệu về chế độ gia công được biến đổi thành dạng mã hoá theo tiêu chuẩn. Để tiến hành mã hoá dữ liệu theo chương trình, cần nắm bắt các khái niệm sau: + Tạo khuôn: là thiết lập các lệnh điều hành thuộc phần cứng trong đó thông tin điều hành đã được mã hoá. Số lượng các con số cần dùng phụ thuộc vào từng kiểu các hệ thống điều khiển số. + Hệ thống địa chỉ: là những ký tự cho phép thống nhất với chức năng đảm bảo bởi hệ thống điều khiển số. Địa chỉ được ghi bằng chữ cái tiêu chuẩn như trong bảng 1.1.
23 Bảng 1.1 Bảng chữ cái tiêu chuẩn ghi hệ thống địa chỉ Ký Ý nghĩa hiệu A Chuyển động xoay xung quanh trục X B Chuyển động xoay xung quanh trục Y C Chuyển động xoay xung quanh trục Z D Bộ nhớ hiệu chỉnh dụng cụ cắt E Lượng chạy dao thứ hai F Lượng chạy dao G Điều kiện chuyển động H Có thể sử dụng tự do I Thông số nội suy song song với trục X J Thông số nội suy song song với trục Y K Thông số nội suy song song với trục Z L Có thể sử dụng tự do M Chức năng phụ N Số thứ tự câu lệnh O Có thể sử dụng tự do P Chuyển động thứ ba song song với trục X Q Chuyển động thứ ba song song với trục Y R Chuyển động thứ ba song song với trục Z hoặc chuyển động nhanh theo trục Z S Số vòng quay của trục chính T Dụng cụ cắt U Chuyển động thứ hai song song với trục X V Chuyển động thứ hai song song với trục Y W Chuyển động thứ hai song song với trục Z X Chuyển động theo hướng của trục X Y Chuyển động theo hướng của trục Y Z Chuyển động theo hướng của trục Z ۩ ۩ ۩
24 Chương 2 TRANG BỊ ĐIỆN NHÓM MÁY TIỆN 2.1 Đặc điểm công nghệ Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện đứng Trên máy tiện có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau: tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiên mặt đầu, tiện côn, tiện định hình. Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và tiện ren bằng các dao cắt, dao doa, tarô ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài mili đến hàng chục mét 4 Hình 2.1 Dạng bên ngoài máy tiện Dạng bên ngoài của máy tiện như hình 2.1a. Trên thân máy 1 đặt ụ trước 2, trong đó có trục chính quay chi tiết. Trên gờ trượt đặt bàn dao 3 và ụ sau 4. Bàn dao thực hiện sự di chuyển dao cắt dọc và ngang so với chi tiết. Ở ụ sau đặt mũi chống tâm dùng để giữ chặt chi tiết dài trong quá trình gia công, hoặc để giá mũi khoan, mũi doa khi khoan, doa chi tiết. Sơ đồ gia công tiện như hình 2.1b. Ở máy tiện, chuyển động quay chi tiết với tốc độ góc ωct là chuyển động chính, chuyển động di chuyển của dao 2 là chuyển động ăn dao. Chuyển động ăn dao có thể là ăn dao dọc, nếu dao di chuyển dọc chi tiết (tiện dọc) hoặc ăn dao ngang, nếu dao di chuyển ngang (hướng kính) chi tiết. Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà, trụ, di chuyển nhanh của dao, bơm nước, hút phôi.
25 2.2 Phụ tải của cơ cấu truyển động chính và ăn dao 1. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính Quá trình tiện trên máy tiện được thực hiện với các chế độ cắt khác nhau đặc trưng bởi các thông số: độ sâu cắt t, lượng ăn dao và tốc độ cắt v. Tốc độ phụ thuộc vật liệu gia công, vật liệu dao, kích thước dao, dạng gia công, điều kiện làm mát v.v . theo công thức kinh nghiệm Cv v = m , [m/ph] (2-1) T t XV s yv với - t: chiều sâu cắt , mm s: lượng ăn dao, là độ dịch chuyển của dao khi chi tiết quay được một vòng, mm/vg T: độ bền của dao là thời gian làm việc của dao giữa hai lần mài dao kế tiếp, ph Cv, xv, yv, m là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu dao và phương pháp gia công Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trong quá trình gia công phải luôn đạt tốc độ cắt tối ưu, nó được xác định bởi các thông số: độ sâu cắt t, lượng 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: v = 0,5dct.ωct (2-2) với dct: đường kính chi tiết, m Trong quá trình gia công, 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 = 9,81CF.t F.s F.v , [N] (2-3) Quá trình tiện xảy ra với công suất cắt Fz (kW) là hằng số: -3 Pz = Fz.v.10 , [kW] (2-4) Bởi vì lực cắt lớn nhất Fmax sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu cắt lớn, tương ứng với tốc độ cắt nhỏ Vmin; còn lực cắt nhỏ nhất Fmin , xác định bởi t, s tương ứng với tốc độ cắt Vmax, nghĩa là tương ứng với hệ thức: Fmax.vmin = Fmin.vmax (2-5) Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ như h2.2 V Tuy nhiên như đã phân tích, dạng đồ thị phụ tải Hình 2-2 Đồ thị phụ tải của thực tế của truyền động chính máy tiện có dạng truyền động chính máy tiện hai vùng Fz = const và Pz = const (h 1.4)
26 2. Phụ tải của truyền động chính máy tiện đứng Truyền động chính máy tiện đứng có dạng đặc thù riêng, khác so với máy tiện bình thường về câu trúc và kích thước. Trên máy tiện đứng, chi tiết gia công có đường kính lớn và được đặt trên mâm cặp nằm ngang, hay nói cách khác trục mâm cặp là theo phương thẳng đứng. Do trọng lượng mâm cặp, trọng lượng chi tiết lớn lớn nên lực ma sát ở gờ trượt và hộp tốc độ khá lớn. Vì vậy phụ tải trên trục động cơ truyền động chính máy tiện đứng là tổng của các thành phần lực cắt, lực ma sát ở gờ trượt, lực ma sát ở hộp tốc độ. Hình 2.3 Đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện đứng Trên hình 2.3a, là đồ thị biểu diễn các thành phần công suất của truyền động chính và sự phụ thuộc của chúng vào tốc độ mâm cặp: P1 – công suất khắc phục lực cắt; P2 – công suất khắc phục lực ma sát ở gờ trượt; P3 và P4 – công suất khắc phục lực ma sát trong hộp tốc độ tương ứng do lực cắt và sự quay của mâm cặp; P5 - tổng công suất của truyền động chính. Trên hình 2- 3b, là các thành phần mômen tương ứng với tốc độ của mâm cặp. Thành phần lực ma sát phụ thuộc vào tốc độ ảnh hưởng lớn đến quá trình quá độ của truyền động chính. Do khối lượng của mâm cặp và chi tiết lớn và sự khác nhau của hệ số ma sát lúc đứng yên và chuyển động nên mômen cản tĩnh khi khởi động của truyền động có thể đạt tới 60 ÷ 80% momen định mức. Vì momen quán tính tổng qui đổi về trục động cơ có thể đạt tới 8 ÷ 9 lần momen quán tính của động cơ nên quá trình khởi động của hệ thống diễn ra chậm với momen cản tĩnh lớn. Theo mức độ gia tốc của động cơ, momen cản tĩnh sẽ giảm nhanh và khi tốc độ tăng thì nó ít thay đổi. 3. Phụ tải của truyền động ăn dao Lực ăn dao của truyền động ăn dao được xác định theo công thức: Fad = kFx + Fms + Fd , [N]
27 Công suất ăn dao của máy tiện được xác định bằng công thức: −3 Pad = Fad .vad .10 , [kW] 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: −3 vad = s'.ωct .10 , [m/s] (2-6) nhỏ hơn tốc độ cắt nhiều lần. Mc s ở đây s'= , [mm/rad] 2π Lực và mômen phụ tải của truyền động ăn dao không phụ thuộc vào tốc độ của nó, vì phụ tải của truyền động ăn dao chỉ được xác định bởi khối lượng bộ phận di chuyển của máy và lực ma sát ở gờ trượt và ở hộp tốc độ. V Trên đồ thị phụ tải của truyền động ăn dao hình V1 V V 2.4, ở dải tốc độ rộng v v2 momen truyền động ăn dao phụ tải sẽ thay đổi tuyến tính theo tốc độ 3) Thời gian máy Thời gian máy (thời gian gia công) của máy tiện được xác định: l.103 t M = , [s] (2-7) vad Trong đó: l là chiều dài gia công , mm ωct là tốc độ góc chi tiết, rad/s s lượng ăn dao, mm/vg Kết hợp (2-6) và (2-7) ta có công thức tính thời gian máy: l t NM = , [s] (2-8) ωct .s' Như vậy để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt và lượng ăn dao và năng suất sẽ tăng. 2.3 Phương pháp chọn công suất động cơ truyền dộng chính của máy tiện Truyền động chính máy tiện thường làm việc ở chế độ dài hạn. Tuy nhiên, khi gia công các chi tiết ngắn, ở các máy trung bình và nhỏ, do quá trình thay đổi nguyên công và chi tiết chiếm thời gian quá lớn nên truyền động chính phải tiến hành tính toán ở một chế độ nặng nề nhất. Giả thiết trên máy tiện thực hiện gia công chi tiết như ở hình 2-5. Các nguyên công khi gia công 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
28 Quá trình tính toán như sau: 4 a) Từ các yếu tố chế độ cắt gọt, theo 3 2 các công thức (2-1), (2-3), (2-4) và 1 (2-8) xác định tốc độ cắt, lực cắt, 1 0 2 d d công suất cắt và thời gian gia công d ứng với từng nguyên công. 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 l3 l1 l máy gần giống với tốc độ cắt tính l4 2 toán. Dùng trị số này tính lại P , t , Hình 2-5 Chi tiết được gia công trên z m máy tiện theo (2-4) và (2-8). Trị số V, Pz, tm này được dùng chính thức trong toàn bộ bài toán. b) Chọn nguyên công 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 1 η = hi = M + M a hi ms 1 + + b t a, b - hệ số tổn hao không biến đổi và biến đổi. Pzi Công suất trên trục động cơ ứng với từng nguyên công : PDi = ηi 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 không cắt điện động cơ) thì công 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 (2-9) Ứng với công suất này là thời gian phụ của máy, chúng được xác định theo tiêu chuẩn vận hành của máy Σt0 c) Động cơ có thể chọn theo công suất trung bình hoặc công suất đẳng trị: 4 n ∑ Pci + ∑ P0 j i=1 j=1 Ptb = 4 n ∑t mi + ∑t0 j i=1 j=1 4 n 2 2 ∑ Pci .t mi + ∑ P0 j .t0 j i=1 j=1 hoặc Pdt = 4 n ∑ t mi + ∑ t0 j i=1 j=1 trong đó:
29 Pci, ti – công suất trên trục động cơ, thời gian máy của nguyên công thứ i 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 không tải Pc P =P c2 c đm P c4 Pc1 P c3 P0 P0 P0 P0 t t tm1 t02 tm2 t tm3 t t 01 03 04 m4 Tck Hình 2-6 Đồ thị phụ tải của động cơ Chọn động cơ có công suất định mức lớn hơn 20 ÷ 30% công suất trung bình hay đẳng trị: Pđm ≈ (1,2 ÷ 1,3) Ptb hoặc Pđm= (1,2 ÷ 1,3)Pđt (2-12) d) Động cơ truyền động chính máy tiện cần phải được kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng và quá tải 2.4 Những yêu cầu và đặc điểm đối với truyền động điện và trang bị điện của máy tiện 1. Những yêu cầu và đặc điểm chung a. Truyền động chính: Truyền động chính cần phải được đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết cả hai chiều, ví dụ khi ren trái hoặc ren phải. Phạm vi điều chỉnh tốc độ trục chính D< (40÷125)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06 và 1,21 và công suất là hằng số (Pc = const). Ở chế độ xác lập, hệ thống truyền động điện cần đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trong phạm vi điều chỉnh tốc độ với sai số tĩnh nhỏ hơn 10% khi phụ tải thay đổi từ không đến định mức. Quá trình khởi động , hãm yêu cầu phải trơn, tránh va đập trong bộ truyền lực. Đối với máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng dùng gia công chi tiết có đường kính lớn, để đảm bảo tốc độ cắt tối ưu
30 và không đổi (v = const) khi đường kính chi tiết thay đổi, thì phạm vi điều chỉnh tốc độ được xác định bởi phạm vi thay đổi tốc độ dài và phạm vi thay đổi đường kính: ω v D v D D = max = max . ct max = max . d max (2-13) ωmin Dct min vmin vmin Dct min Ở những máy tiện cỡ nhỏ và trung bình, hệ thống truyền động điện M,P chính thường là động cơ không đồng M bộ roto lồng sóc và hộp tốc độ có vài cấp tốc độ. Ở các máy tiện cỡ nặng, máy P tiện đứng, hệ thống truyền động chính điều chỉnh 2 vùng, sử dụng bộ biến đổi động cơ điện một chiều (BBĐ – Đ) và hộp tốc độ: khi v vgh thì P= const. Bộ Biến đổi có thể là máy phát một chiều 2-7 Biểu đồ momen và công suất hoặc bộ chỉnh lưu dùng Thyristor. động cơ trong truyền động chính b. Truyền động ăn dao: Truyền động ăn dao cần phải đảo chiều quay để đảm bảo ăn dao hai chiều. Đảo chiều bàn dao có thể thực hiện bằng đảo chiều động cơ điện hoặc dùng khớp ly hợp điện từ. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động điện hoặc dùng khớp ly hợp điện từ. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao thường là D = (50÷ 300)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06 và 1,21 và momen không đổi (M = const). Ở chế độ làm việc xác lập, độ sai lệch tĩnh yêu cầu nhỏ hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ không đến định mức. Động cơ cần khởi động và hãm êm. Tốc độ di chuyển bàn dao của máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng cần liên hệ với tốc độ quay chi tiết để đảm bảo nguyên lượng ăn dao. Ở máy tiện cỡ nhỏ thường truyền động ăn dao được thực hiện từ động cơ truyền động chính, còn ở những máy tiện nặng thì truyền động ăn dao được thực hiện từ một động cơ riêng là động cơ một chiều cấp điện từ khuếch đại máy điện hoặc bộ chỉnh lưu có điều khiển. c. Truyền động phụ: Truyền động phụ của máy tiện không yêu cầu điều chỉnh tốc độ và không yêu cầu gì đặc biệt nên thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc kết hợp với hộp tốc độ. 2.Các sơ đồ điều khiển điển hình ở máy tiện đứng và máy tiện cỡ nặng Các máy tiện đứng và máy tiện cỡ nặng có một trong các chế độ làm việc cơ bản là tiện mặt đầu. Để đạt được năng suất lớn nhất ứng với các thông số của chế độ cắt tối ưu, yêu cầu phải duy trì tốc độ cắt không đổi. Để đạt được điều đó, khi đường kính D của chi tiết giảm dần, cần phải điều chỉnh tốc độ
31 góc của chi tiết ωct theo luật hyperbol: ωct.D = const. Sau đây ta xét một số sơ đồ điều khiển điển hình. + - Bàn dao RT RTr2(T) 1BK + RTr3 P RTr3 RN RTr2(N) 2BK RV RD FT1 U V RTr2 UD - RTr1 RTr3 RTr1 + - RTr1 KT + KN FT2 RT RT R C U BBĐ ĐC ĐX cđ RN RN - (a) Bàn dao + FT2 P RD X32 Rv C1 U~ Uph C CL2 2 BBĐ ĐC U - cđ (b) CKFT X31 FT U ĐC CL1 cđ Uph BBĐ (c) Hình 2-8 Các sơ đồ điều khiển duy trì tốc độ cắt là hằng số (v = const) Đattric đường kính chi tiết gia công khi tiện mặt đầu là biến trở DD. Con trượt của nó liên hệ với bàn dao qua bộ điều tốc P. Phạm vi di chuyển lớn nhất của con trượt sẽ tương ứng với đường kính lớn nhất của chi tiết gia công trên mặt máy. Điện áp đặt lên biến trở RD được lấy từ máy phát tốc FT1 tỉ lệ với tốc độ góc của chi tiết, vì vậy UD~ ωctD. Điện áp đặt lên biến trở RV là điện áp ổn định. Điện áp lấy ở con trượt của RV sẽ tỉ lệ với tốc độ cắt.
32 Hiệu điện áp ở các đầu con trượt của biến trở RV và RD là UV-UD được đặt vào rơle 3 vị trí RTr2. Rơ le này sẽ điều khiển động cơ ĐX đặt tốc độ quay của động cơ chính ĐC. Khi khởi động, biến trở Rc ở vị trí tương ứng với tốc độ góc mâm cặp nhỏ nhất, còn UD = 0. Sau khi khởi động, động cơ chính (rơle KT hoặc KN tác động), do tiếp điểm RTr2(T) kín nên rơle RT tác động, động cơ ĐX quay theo chiều thuận ứng với sự tăng tốc của động cơ chính và điện áp máy phát tốc FT1. Khi điện áp UD=Uv, rơle RTr2 mất điện nên RT ngắt nên động cơ ĐX dừng được hãm động năng. Tốc độ của động cơ chính sẽ tương ứng với tốc độ cắt đặt trước và vị trí bàn dao khi bắt đầu gia công. Khi gia công, bàn dao di chuyển tới tâm, con trượt của biến trở di chuyển về hướng giảm UD, do đó rơle RTr2, RT lại tác động; động cơ ĐX lại quay theo chiều tăng tốc độ động cơ trục chính, như vậy duy trì được điện áp UD~ωct.D là hằng số. Khi tốc độ góc động cơ chính đạt giá trị lớn nhất, công tắc hành trình 1BK tác động, động cơ ĐX dừng quay. Khi dừng mâm cặp, rơle RTr2 tác động tương ứng với tiếp điểm RTr2(N) đóng và động cơ ĐX quay theo chiều giảm tốc độ động cơ chính, con trượt biến trở Rc được di chuyển về vị trí ban đầu, công tắc hành trình 2BK sẽ bị tác động dừng động cơ ĐX. Tốc độ cắt được duy trì không đổi với độ chính xác phụ thuộc độ chính xác chế tạo bộ phận liên hệ giữa bàn dao và biến trở RD, mức độ tuyến tính của đặc tính biến trở RD và phát tốc, độ nhạy điểm không của rơle cực tính RTr2, và độ ổn định của các thông số của sơ đồ khi nhiệt độ và điện áp lưới thay đổi. Trên hình 2-8b là sơ đồ điều khiển tốc độ quay của động cơ ĐC theo hàm của đường kính chi tiết gia công theo nguyên lý Ucđ ≈ Uph ≈ ωD. Điện áp chủ đạo Ucđ tỉ lệ với tốc độ cắt được đặt bằng biến trở RV. Điện áp phản hồi Uph ≈ ωD . Nếu hệ thống điều chỉnh có bộ điều chỉnh PI thì luôn luôn có: Ucđ = Uph ≈ ωD nghĩa là Vz = ωD Trên hình 2-8c là sơ đồ điều khiển duy trì tốc độ cắt là hằng số thực hiện bằng các đattric đường kính và tốc độ kiểu không tiếp điểm. Điện áp phát ra của đattric X31 tỉ lệ với tốc độ dài Vz. Điện áp phản hồi lấy từ máy phát tốc FT, cuộn dây kích từ phát tốc được cấp từ đattric X32 qua cầu chỉnh lưu CL2 tỉ lệ với đường kính của chi tiết UCL2 = K1D; như vậy điện áp phát tốc UFT = K2ωD. Sơ đồ điều khiển đảm bảo Ucđ= Uph = K2ωD và điều khiển ω.D = const Độ chính xác duy trì tốc độ cắt phụ thuộc vào những yếu tố: Đặc tính phi tuyến của đattric X32 và phát tốc, đường cong từ trễ của phát tốc.
33 Để thực hiện phép nhân các tín hiệu tỉ lệ với ω và D, có thể dùng bộ nhân bằng điện tử thay cho máy phát tốc. Ưu điểm của nó là điều chỉnh trơn, độ tin cậy cao. Nhược điểm là khó chỉnh định mạch sao cho quá trình quá độ tối ưu trong toàn bộ điều chỉnh. Một yêu cầu đặc biệt đối với máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng là duy trì lượng ăn dao không đổi. Điều đó có thể thực hiện bằng sơ đồ 2-9. Điện áp chủ đạo của hệ thống truyền động ăn dao được lấy từ máy phát tốc FT1 nối cứng với trục động cơ truyền động chính ĐC. Khi đó UcdD= K1ωD = K2ωC và ωD/ ωc= const. Chiết áp RD sẽ đặt lượng ăn dao FT2 R BBĐ1 ĐC FT1 D U BBĐ2 ĐD cđd Hình 2-9 Sơ đồ duy trì lượng ăn dao là hằng số 2.5 Một số sơ đồ điều khiển máy tiện điển hình 1. Sơ đồ điều khiển truyền động chính máy tiện nặng 1A660 Máy tiện năng 1A660 đươc dùng để gia công chi tiết bằng gang hoặc thép có trọng lượng 250N, đường kính chi tiết lớn nhất có thể gia công trên máy là 1,25m. Động cơ truyền động chính có công suất 55kW. Tốc độ trục chính được điều chỉnh trong phạm vi 125/1 với công suất không đổi, trong đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ là 5/1 nhờ thay đổi từ thông động cơ. Tốc độ trục chính ứng với 3 cấp của hộp tốc độ có giá trị như sau: cấp 1: ntc = 1,6 ÷ 8 vòng / phút cấp 2: ntc = 8 ÷ 40 vòng/ phút cấp 3: ntc = 40 ÷ 200 vòng/ phút Truyền động ăn dao được thực hiện từ động cơ truyền động chính. Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 0,064 ÷ 26,08 mm/vg Truyền động chính được thực hiện từ hệ thống F-Đ. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi dòng điện kích từ của động cơ, còn sức điện động của máy phát giữ không đổi. a/ Mạch động lực Động cơ Đ quay truyền động chính được cấp điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp quay máy phát F không thể hiện trên sơ đồ. Kích từ của động cơ Đ là cuộn CKĐ(2). Kích từ của máy phát là cuộn CKF(9).Để động cơ Đ làm việc được cần ĐG(đl) = 1, nối điện áp máy phát với động cơ đồng thời K2 (đl) = 0, để giải phóng mạch hãm động năng. Cuộn kích từ
34 CKĐ(2) được cấp đủ điện để đảm bảo từ thông ФĐ và cuộn kích từ máy phát CKF(9) có điện để tạo từ thông ФF làm cho máy phát F tạo ra điện áp UF . Rơle RC(đl) bảo vệ quá dòng có tiếp điểm là RC(27). Khi dòng điện qua động cơ lớn hơn giá trị cho phép, RC(đl) = 1, → RC(9) = 0, → cắt điện mạch điều khiển ( dòng 27) Rơle RH(đl) và RCB(đl) có giá trị tác động khác nhau. Gía trị tác động của RCB bằng giá trị định mức của điện áp máy phát; còn giá trị tác động của RH bằng 10% giá trị định mức của điện áp máy phát. RG1 và RD1 là hai cuộn dòng của rợle RG và RD. Hai cuộn áp tương ứng là RG2(9) và RD2(8). Hai cuộn dòng và áp nối ngược cực tính nhau. Bình thường khi cuộn áp có điện sẽ làm cho tiếp điểm của rơle tương ứng đóng lại. Nều dòng điện trong động cơ lớn hơn giá trị cho phép thì cuộn dòng sẽ tạo ra lực đẩy lớn hơn lực hút của cuộn áp làm cho tiếp điểm của nó mở ra. Cụ thể khi: RG(9) = 1, → RG(8) = 1; nếu IĐ> Icf1 → Fđẩy RG1> FhútRG2 → RG(8) = 0; RD(8) = 1, → RD(4) = 1, nếu IĐ> Icf2 → Fđẩy RD>Fhút RD2→ RD(4) = 0, b/ Mạch kích từ động cơ Cuộn CKĐ(2) là cuộn kích từ của động cơ Đ được cấp từ nguồn một chiều cùng nguồn với cuộn CKF(9) và là nguồn cấp cho mạch khống chế. Biến trở ĐKT(2) nối tiếp với cuộn CKĐ để thay đổi dòng điện chạy qua nó, làm thay đổi từ thông ФĐ để thay đổi tốc độ động cơ trên tốc độ cơ bản. Khi RKT(2) và Rđ(2) bị nối tắt thì dòng CKĐ bằng định mức. Rơle dòng RT(2) có giá trị tác động bằng dòng định mức của CKĐ. Rơle dòng RTT(2) là rơle bảo vệ thiếu từ thông ФĐ. Giá trị tác động của nó nhỏ thua dòng CKĐ nhỏ nhất để tạo ra tốc độ lớn nhất của động cơ. c/Mạch kích từ máy phát Cuộn CKF(9) là cuộn kích từ máy phát được cấp điện bởi cầu tiếp điểm T,N(6) và N,T(10). Khi T(6) = 1, và T(10) = 1, tương ứng với chiều quay thuận của động cơ. Khi N(6) = 1, và N(10) = 1, tương ứng với chiều quay ngược của động cơ. Điện trở Rf nối tiếp với cuộn CKF(9) nhằm giảm dòng qua nó, kết quả điện áp của máy phát giảm nhằm làm giảm dòng trong động cơ. d/Các điều kiện làm việc của máy 1. Phải đủ dòng kích từ cho động cơ → RTT(1) = 1, 2. Phải đủ dòng bôi trơn → DBT(36) = 1, → K4(36) = 1, → K4(29) = 1, 3. Các bánh răng đã ăn khớp: 1KBR(39) = 1, 2KBR(39) = 1, 3KBR(39) = 1, 4KBR(39) = 1, → 4RLĐ(39) = 1, → 4RLĐ(29) = 1, 4. Trị số tốc độ đã được chọn → TĐ(29) = 1,
35 K2 F RH RCB Đ Rh ĐG RC RG1 RD1 + - CKĐ 1 ĐKT K2 RT RTT 2 K3 K3 ĐG Rđ 3 K1 RD 1C 4 5 T N 6 2C 7 T N RG K1 ĐG K2 RD2 8 CKF Rf RG2 9 N T 10 KN KT 11 Đ1 12 KT CKĐ1 KN 13 K4 ĐH1 14 K4 ĐH2 15 T K1 C 16 K1 LĐT 1RLĐ N T 17 TT 2RLĐ 18 TN 1RLĐ 19 K3 LĐN 2RLĐ T N 20 N 21 M1 LĐT 22 LĐT RCB 3RLĐ 23 LĐN 3RLĐ M2 24 LĐN 25 1KX 3RLĐ KN KT 26 M3 RNT RC D 2KX KT KN 27 LĐN 28 RH TĐ 4RLĐ K4 LĐT K1 29 T K1 K2 30 N ĐG 31 ĐG K2 32 RH 33 K1 RCB K3 34 RT 35 DBT K4 36 CTC1 2RLĐ 1RLĐ 37 CTC2 1RLĐ 2RLĐ 38 1KBR 2KBR 3KBR 4KBR 4RLĐ 39 Hình 2-10. Sơ đồ truyền động chính máy tiện hệ F-Đ (1660)
36 5. Chiều quay đã được chọn: chọn động cơ quay thuận → CTC1(37) = 1, 1RLĐ(37) = 1, → 1RLĐ(17) = 1 và 1RLĐ(19) = 1; chọn quay ngược → CTC2(38) = 1, 2RLĐ(38) = 1, 2RLĐ(18) = 1 và 2RLĐ(20) = 1, e/ Khởi động (khởi động thuận) Các điều kiện làm việc đã đủ. Chiều quay đã được chọn. Ấn nút M1(22) → LĐT(22) = 1, → LĐT(17) = 1, + LĐT(22,23) = 1, + LĐT(29) = 1, → K1(29) = 1, K1(30) = 1, + K1(34) = 1, + K1(17) = 1, → T(17) = 1, → T(16) = 1, + T(20) = 0, + T((30) = 1, → ĐG(31) = 1, → ĐG(32) = 1, → K2(32) = 1, → K2(30) = 1, nối với K1(30) tạo ra mạch duy trì cho K1(29). Kết quả khi ấn nút M1, các phần tử sau đây có điện: K1, T, ĐG và K2. Trên mạch động lực, ĐG(đl) = 1, nối F với Đ; K2(đl) = 1, giải phóng mạch hãm động năng. K2(1) = 1, → Rđ(2) bị nối tắt; ĐG(3) = 1, → ĐKT(2) bị nối tắt; → ICKĐ = đm → ФĐ = đm. K2(8) = 1, + T(6) = 1, + T(10) = 1, → RG2(9) = 1, → RG(8) = 1, → Rf bị nối tắt nên ICKF = đm → UF nhanh chóng tăng đến giá trị định mức. Động cơ khởi động cưỡng bức làm cho tốc độ tăng nhanh nhưng dòng điện có thể vượt quá giá trị cho phép. Nếu IĐ>Icf1→ FđRG1>FhRG2→ RG(8)= 0, Rf+CKF → ICKF↓ → UF↓ → IĐ↓ Khi IĐ<Icf1→ FđRG1<FhRG2→ RG(8)= 1, Rf = 0, → ICKF ↑ → UF↑ → IĐ↑ Nếu IĐ vẫn còn lớn hơn giá trị cho phép thì quá trình trên được lặp lại nghĩa là dòng điện trong động cơ không thể vượt qua giá trị cho phép và được gọi là hạn chế dòng theo nguyên tắc rung. Mặc dầu có sự thay đổi dòng điện trong động cơ nhưng tốc độ động cơ vẫn cứ tăng do quán tính. Khi tốc độ tăng thì dòng điện trong động cơ giảm dần; đến lúc IĐ<Icf1 thì quá trình rung chấm dứt. Khi điện áp máy phát đạt giá trị định mức (ổn định) thì rơle RCB(đl) = 1, → RCB(34) = 1, → K3(34) = 1, → K3(20) = 1, + K3(3) = 0, ĐKT + CKĐ → ICKĐ ↓ → ФĐ ↓ → ωĐ ↑ . Dịch ĐKT qua phải, động cơ tăng tốc; dịch ĐKT qua trái, động cơ giảm tốc. Khởi động ngược bằng cách ấn M2 – (người đọc tự nghiên cứu). f/ Hãm máy khi động cơ đang quay thuận Các phần tử K1, T, ĐG, K2, K3, RCB, RH có điện khi động cơ đang quay thuận. Muốn dừng, ấn nút dừng D(27) → K1(29) = 0, K1(34) = 0, nhưng K3(34) = 1, do RT(35) = 1, và K1(17) = 0, nhưng T(17) = 1, do K3(20) = 1; K1(8) = 1, → RD2 = 1, → RD(4) = 1, + K1(4) = 1, nên ĐKT(2) bị nối tắt → ICKĐ tăng về giá trị định mức → động cơ hãm tái sinh giảm tốc về giá trị cơ bản. Trong quá trình hãm này, nếu IĐ< Icf2 thì rơle RD thực hiện việc hạn chế dòng theo nguyên tắc rung tương tự như RG.
37 Khi dòng điện trong cuộn kích từ ICKĐ = đm thì rơle RT(2) = 1, → RT(35) = 0, → K3(34) = 0, → K3(20) = 0, → T(17) = 0, → T(6) = 0, + T(10) = 0, → ICKF = 0, → UF giảm về Udư → động cơ hãm tái sinh giảm tốc. Khi UF ≤ Udư → RH(đl) = 0, → RH(29) = 0, + T(30) = 0, → ĐG(31) = 0, → ĐG(32) = 0, + RH(33) = 0, → K2(32) = 0. Trên mạch động lực ĐG(đl) = 0, K2(đl) = 1, → động cơ hãm tái sinh giảm tốc về không. Hãm máy khi động cơ đang quay ngược - (người đọc tự nghiên cứu). g/ Thử máy Các điều kiện làm việc đã đủ, chiều quay đã được chọn; giả sử chọn chiều quay thuận. Ấn TT(18) hoặc TN(19) → T(17) = 1, → T(30) = 1, ĐG(31) = 1, → ĐG(32) = 1, → K2(32) = 1. Kết quả ta có T, ĐG, K2 có điện. Việc khởi động diễn ra tương tự như đã mô tả như khi ấn nút M1 nhưng không có duy trì (do không có K1). Dòng ICKĐ= đm → RT(2) = 1, → RT(35) = 1 nên K3 không thể có điện → ĐKT luôn luôn bị nối tắt → động cơ chỉ tăng tốc đến tốc độ cơ bản. Khi thả nút ấn, động cơ thực hiện việc hãm tái sinh do giảm điện áp máy phát và hãm động năng. Thử ngược - (người đọc tự nghiên cứu). h/ Điều khiển tốc độ từ xa Sử dụng động cơ xec vô (servomotor) Đ1(12) để quay biến trở ĐKT(2). Muốn tăng tốc, ấn M1(22) hoặc M2(25) → LĐT(22) = 1, hoặc LĐN(25) = 1, → LĐT(22,23) = 1, hoặc LĐN(23,24) = 1, → KT(26) = 1, KT(11) = 1 và KT(13) = 1, → Đ1(12) = 1, → quay ĐKT về phía phải để tăng tốc động cơ và 1KX(26) là công tắc giới hạn hành trình của ĐKT ở bên phải. Muốn giảm tốc, ấn M3(27) → KN(27) = 1, → KN(11) = 1, + KN(13) = 1, Đ1(12) = 1, quay ĐKT(2) về phía trái làm giảm tốc động cơ và 2KX(27) là công tắc giới hạn hành trình của ĐKT ở bên trái. j/ Mạch tín hiệu Đèn ĐH1(14) sáng báo hiệu đủ dầu bôi trơn. Đèn ĐH2(15) sáng báo hiệu thiếu dầu bôi trơn Còi C(16) kêu báo hiệu thiếu dầu bôi trơn khi đang làm việc.
38 2.Sơ đồ điều khiển truyền động chính máy tiện đứng 1540 AT K2 K1 AT2 BA4 AT1 BA3 BA5 Đến các Lk BA2 BA6 truyền động BA1 phụ ĐO2 R1 Uđk BBĐ1 r2 BBĐ2 CL2 CL3 R2 CL1 r1 CKFT ĐO1 RH RTT ĐH D1 M1 RC (1) CKĐ K1 RA Tr Đ (2) KĐ - 115 + M2 21 23 D2 K1 R12 K2 (3) R8 R8 K2 RTh 19 (4) R11 R11 R11 R11 R9 17 33 RTr1 35 R11 R5 13 35 R1 (5) R9 25 R9 R9 R9 R6 R3 R4 ĐO3 R10 39 R9 R9 (6) 37 41 R11 R10 R10 (7) R7 11 29 RTr2 27 R3 R4 R9 R2 (8) 9 R10 R7 45 FT 49 R5 Rω R3 (9) 7 RV 31 RVD 43 RD R3 R4 R4 R3 (10) 5 R9 R3 R9 47 R9 R6 R4 (11) 3 51 K1 R3 R4 (12) MT R5 RTr2 BK1 BK2 BK3 BK4 D3 RBT R6 R10 R5 (13) R6 R5 (14) MN RTr1 R8 R7 R5 R11 R6 (15) R6 LV HC (16) R1 RTT R9 R12 R7 (17) R2 R5 RC RTT R8 (18) R6 (19) K2 ĐH1 BK1 R7 R9 (20) RBT ĐH2 D3 D4 D5 D6 RA (21) BK1 BK2 ĐH3 RA RTh (22) RAK RAL RBT (23) C RBT R8 (24) Hình 2-11. Sơ đồ truyền động chính máy tiện hệ T-Đ (1540)
39 Động cơ Đ1 là động cơ truyền động chính có công suất 70kW; điện áp phần ứng 440V. Phạm vi điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng là Du = 6,7/1 và điều chỉnh từ thông là DΦ= 3/1. a/ Mạch động lực: Động cơ Đ quay truyền động chính được cấp điện từ bộ biến đổi BBĐ1. BBĐ1 gồm bộ chỉnh lưu cầu 3 pha dùng Thyristor, không có máy biến áp nên phải sử dụng cuộn kháng Lk để chống tốc độ tăng dòng anốt và hệ thống phát xung điều khiển cho Thyristor. Điện áp Uđk được đặt vào khâu so sánh của hệ thống phát xung điều khiển. Khi Uđk thay đổi sẽ làm cho góc mở α thay đổi để thay đổi điện áp ra của bộ BBĐ1 nhằm thay đổi tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản. Điện áp Uđk là đầu ra của bộ khuếch đại một chiều KĐ; đầu vào của KĐ gồm có hai kênh: - kênh 1: đặt vào chân 21-23 của KĐ là hiệu số của 2 giá trị điện áp: điện áp chủ đạo Ucđ lấy trên điện trở Rω(5-9) và điện áp phản hổi âm tốc độ lấy trên máy phát tốc FT(45- 49). Do đó Uđk = k(Ucđ – UFT) với k là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại KĐ - kênh 2: là khâu hạn chế dòng điện trong động cơ gồm 3 biến áp BA3, BA4, BA5 có cuộn sơ cấp nối song song với cuộn kháng Lk; cuộn thứ cấp nối với chỉnh lưu CL3 có điện áp đầu ra đặt lên điện trở r1, nối với điôt ĐO1 và transistor Tr. Khi dòng điện trong động cơ Đ lớn hơn giá trị cho phép thì điện áp rơi trên Lk lớn → điện áp trên CL1 cũng như trên r1 đủ lớn để cho ĐO1 thông làm cho transistor Tr mở. Kết quả là điện áp ra của bộ khuếch đại một chiều giảm nhằm làm giảm điện áp ra của BBĐ1 để giảm dòng trong động cơ không vượt quá giá trị cho phép. b/ Mạch kích từ CKĐ là cuộn kích từ của động cơ Đ được cấp từ bộ biến đổi BBĐ2. BBĐ2 gồm bộ chỉnh lưu 3 pha hình tia nối song song ngược và hai hệ thống phát xung điều khiển cho hai nhóm Thyristor nối anot chung và catot chung điều khiển theo phương pháp độc lập. Khi R1 = 1, nhóm chỉnh lưu phía trên ( nhóm catot chung) làm việc, cuộn CKĐ có dòng tạo ra từ thông Ф ứng với chiều quay thuận của động cơ. Khi R2 = 1, nhóm chỉnh lưu phía dưới (nhóm anot chung) làm việc, cuộn CKĐ có dòng tạo ra từ thông Ф ứng với chiều quay ngược của động cơ. Rơle RTT là rơle bảo vệ thiếu từ thông Ф. Khi đủ dòng qua nó, RTT = 1. c/ Phối hợp điều khiển giữa điện áp phần ứng và từ thông của động cơ Điện áp phần ứng của động cơ là 440V. Khi UBBĐ < 420V thì điện áp do khâu đo lường ĐH đặt lên điện trở r2 chưa đủ để ĐO2 thông; hệ thống phát
40 xung mở các Thyristor phải mở với góc mở α nhỏ nhất để điện áp ra của BBĐ2 là lớn nhất tương ứng với dòng kích từ của động cơ là lớn nhất. Khi UBBĐ ≥ 420V, điện áp trên r2 đủ để cho ĐO2 thông, hệ thống phát xung của BBĐ2 thay đổi được góc mở α (tuỳ giá trị đặt) làm thay đổi điện áp ra của BBĐ2 làm thay đổi dòng kích từ của động cơ làm tăng tốc độ động cơ trên tốc độ cơ bản. d/ Điều kiện làm việc của máy - Ấn M1 → K1(1) = 1, → đóng điện cho các truyền động phụ; K1(3) = 1, và K1(12) = 1, → cấp điện cho các dòng từ (12) ÷( 24). Nếu đủ điện áp lưới → RA(21) = 1, → RA(2) = 1, duy trì cho cuộn K1; - Đủ dầu bôi trơn và áp lực dầu: RAK(23) = 1, RAL = 1, → RBT(23) = 1, → RBT(13) = 1, - Các bánh răng đã được ăn khớp: BK1(13) = 1, BK2(13) = 1, - Xà ngang đã được kẹp chặt : BK3(13) = 1, - Truyền động nâng hạ xà thôi làm việc: BK4 = 1, e/ Khởi động Ấn M2(3) → K2(3) = 1, → K2(4) = 1, và K2(đl) = 1, làm cho BBĐ1 và BBĐ2 có điện chuẩn bị cho mạch động lực làm việc. Muốn khởi động thuận, ấn MT(13) → R5(13) → R5(14) = 1, + R5(18) = 1, + R5(5) = 1, → R1(5) = 1, và R5(9) = 1, → R3(9) = 1. Do R1 có điện nên hệ thống phát xung của BBĐ2 làm việc → dòng CKĐ tăng lên giá trị định mức. Khi dòng CKĐ đạt đến giá trị chỉnh định (nhỏ thua dòng định mức) thì rơle bảo vệ thiếu từ thông RTT tác động → RTT(17) = 1, → R12(17) = 1, [R1(17) đã đóng)] và RTT(18) = 1, → R8(18) = 1 → R8(15) tạomạch duy trì cho R5 (gồm R8(15) + R7(15) + R5(14). Kết quả khi ấn MT ta có được R5, R1, R3, R8 và R12 có điện. R8(15-13) = 1, + R8(1-3) = 1, → Rω(5-9) được đặt điện áp Ucđ do nguồn CL2 cấp; R12(19-21) = 1, + R3(41- 45) = 1, + R3(45- 49) = 1, sẽ nối Ucđ với UFT qua các điểm (từ dương nguồn sang âm nguồn) sau: 15, 13, 17, 19, 21, 23, 35, 41, 45, 49, 47, 7, 5, 3, 1. Với giá trị Ucđ - UFT này đặt vào bộ khuếch đại một chiều KĐ làm cho Uđk ≠ 0, → UBBĐ1≠ 0 → động cơ khởi động. Trong quá trình khởi động, nếu dòng điện trong động cơ lớn hơn giá trị cho phép thì khâu hạn chế dòng tham gia vào làm việc. Khi thay đổi biến trở Rω(5-9), → Uđk thay đổi làm thay đổi góc mở α làm thay đổi tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản. Khi UBBĐ ≥ 420V thì ĐO2 thông, cho phép hệ thống phát xung của BBĐ2 thay đổi góc mở để thay đổi dòng trong cuộn CKĐ làm thay đổi tốc độ trên tốc độ cơ bản. Lưu ý là thế tại điểm 45 dương hơn so với điểm 49 và điểm 17 dương hơn so với điểm 35. Do đó điôt ĐO3 (33-35) thông → RTr1 = 0. Khởi động ngược, ấn MN(15) - tự nghiên cứu
41 f/ Hãm máy Giả sử động cơ đang quay thuận như trình bày ở mục e/. Các phần tử đang có điện là R5, R1, R3, R8, R12. Ấn nút dừng D3(13) → R5(13) = 0, → R5(5) = 0, → R1(5) = 0, + R5(9) = 1, nhưng R3(9) = 1, + R5(18) = 0, → R8(18) = 0, → R8(1-3) = 0, + R8(15-13) = 0, → Ucđ đặt lên trên Rω(5-9) bằng 0 → Uđk≈ UFT nghĩa là tỉ lệ với tốc độ của động cơ. Lúc này, thế tại điểm 35 lớn hơn thế tại điểm 17 (do Ucđ =0) nên điot ĐO3 khoá, RTr1(33-35) = 1, → RTr1(15) = 1, → R11(15) = 1, → R11(17- 23) = 1, + R11(19-35) = 1, + R11(17-19) = 0, + R11(23-35) = 0, → cực tính dương của FT được đặt vào điểm 21 cho phù hợp với cực tính đầu vào của bộ KĐ. R11(5) = 0, + R11(7) = 1, → R2(8) = 1. Trên bộ BBĐ2, nhóm chỉnh lưu phái trên dừng làm việc, nhóm chỉnh lưu phía dưới làm việc. Tốc độ động cơ giảm tốc để đảo chiều quay. Trong giai đoạn giảm tốc này, điện áp Uđk do tỉ lệ với tốc độ nên cũng giảm theo làm cho điện áp ra của bộ BBĐ1 càng giảm nên tốc độ giảm càng nhanh. Quá trình giảm tốc làm cho thế tại điểm 35 càng giảm; đến lúc thế tại điểm 35 gần bằng thế tại điểm 33 thì RTr1(33-35) thôi tác động → R11(15) = 0, → R11(19-35) = 0, + R11(17 -23) = 0, cắt điện áp đặt vào bộ KĐ(21- 23) → Uđk= 0 → UBBĐ1= 0 → động cơ dừng quay. Nếu ấn một trong các nút D3 ÷ D6 → RA(21) = 0, → RA(2) = 0, → K1(1) = 0; điều này cũng như ấn vào D1(1). Khi K1(12) = 0, → R5(13) = 0, và R8(18) = 0, → quá trình hãm xảy ra tương tự như ấn D3. Nếu ấn vào D2(3) → K2(3) = 0, K2(đl) = 0, → các bộ biến đổi BBĐ1 và BBĐ2 mất điện, động cơ dừng tự do. Hãm khi động cơ đang quay ngược- tự nghiên cứu g/Thử máy Quay bộ khống chế KC(17) về vị trí HC → R7(17) = 1, → R7(15) = 0, → mất duy trì cho R5→ chế độ thử máy. h/Tiện cắt hay tiện mặt đầu Khi tiện cắt, lúc dao cắt đi dần vào tâm chi tiết thì tốc độ quay của chi tiết cần phải tăng tương ứng để đảm bảo cho lượng cắt là không đổi nhằm giữ vững năng suất của máy. Lúc tiện cắt, chọn chế độ tiện cắt trên mặt máy để cho BK5(20) = 1, → R9(20) = 1. Chế độ tiện cắt tương tự như chế độ tiện thường, chỉ thêm có R9 tác động, nghĩa là khi ta chọn chế độ tiện cắt quay thuận chẳng hạn thì các phần tử có điện là R5, R1, R3, R8, R12, R9. Lúc này điện áp Ucđ đặt lên biến trở Rv do R9(3-5) = 0, + R9(9-110 = 0, R9(13-25) = 1, R9(17-29) = 1;
42 điện áp UFT đặt lên biến trở RD do R9(35- 41) = 0, R9(37-35) = 1, R9(39- 41) = 1, R9(47-51) = 1, → điện áp đặt vào bộ khuếch đai KĐ lúc này là URV - URD Chân biến trở RD nối với chuyển động ăn dao theo chiều hướng tâm. Khi dao đi vào tâm chi tiết thì chân biến trở RD dịch chuyển theo hướng giảm nhỏ URD làm cho điện áp đặt vào KĐ tăng nên tốc độ động cơ sẽ tăng tương ứng. Dao càng đi sâu vào tâm chi tiết thì thế tại điểm 43 càng giảm đến mức chênh lệch thế tại điểm 31 với 43 đủ lớn để cho RTr2 tác động → RTr2(13) = 1, → R10(13) = 1, → R10(29-31) = 0, R10(37- 43) = 0, R10(27-29) = 1, R10(37-39) = 1, điện áp đặt vào bộ khuếch đại đảm bảo tốc độ động cơ có giá trị không đổi không phụ thuộc vào sự dịch chuyển của chân biến trở RD trong suốt thời gian gia công còn lại. j/ Mạch tín hiệu: - Đèn ĐH1(20) sáng → BBĐ1 và BBĐ2 đang có điện, sẵn sàng làm việc. - Đèn ĐH2(21) sáng → đủ dầu bôi trơn - Đèn ĐH3(22) sáng → các bánh răng đã ăn khớp - Còi C(24) kêu lên → thiếu dầu bôi trơn khi đang làm việc. 3.Sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao máy tiện đứng 1540 Ở truyền động máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng, thường dùng hệ thống truyền động riêng cho bàn dao. Vì hệ thống này có công suất không lớn và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng nên thường sử dụng hệ thống KĐMĐ-Đ và ngày nay là hệ thống T-Đ Hệ thống truyền động ăn dao đảm bảo điều chỉnh tốc độ ăn dao làm việc trong phạm vi 0,059 ÷ 470 m/ph. Hệ thống truyền động ăn dao là hệ thống T-Đ không đảo chiều thực hiện trong hệ thống kín có phản hồi âm tốc độ nhờ máy phát tốc FT2. Phạm vi điều chỉnh động cơ là 200/1 bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, đảm bảo M= const. Phần ứng động cơ Đ1 được cung cấp từ bộ biến đổi dùng Thyristor không đảo chiều được cung cấp từ biến áp BA1. Cuộn kích từ của máy phát tốc FT2 được cung cấp từ bộ chỉnh lưu BBĐ. Điện áp điều khiển đặt vào bộ biến đổi là hiệu của điện áp chủ đạo và điện áp phản hồi tốc độ: Uđk = Ucđ – Uft = Vcđ – γω Trong đó Ucđ : điện áp chủ đạo lấy trên biến trở RD1 hoặc RD2 Uft : điện áp máy phát tốc FT2 nối cứng với động cơ truyền động ăn dao Đ1
43 AT1 AT1 AT1 R1 (1) K BA1 BA1 RD1 R3 (2) R10 Đ2 BBĐ FT2 (3) CL1 R10 R10 NC1 CKĐ1 CKFT2 R4 BK1 Đ1 (4) RD2 FT1 NC2 R5 BK2 (5) M 2 1 KC1 1 D RX RLĐ KT R1 (6) NC3 R1 R6 BK3 BK4 R2 (7) R3 (8) CĐ1 NC4 R7 BK5 RĐ1 R4 (9) CĐ2 R5 (10) CĐ3 KC2 BK1 BK2 NC5 RĐ2 R6 (11) CĐ4 R4 R7 (12) R5 BK3 BK5 NC6 R2 211 KC1 R9 R8 (13) R8 R6 R7 R9 (14) R2 NC7 K R8 (15) R4 ĐH1 R5 ĐH2 NC8 (16) R9 R6 ĐH3 R7 ĐH4 Hình 2-12. Sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao máy tiện hệ T-Đ (1540) Ở chế độ gia công tiện cắt, rơle R10 (không vẽ trong sơ đồ) không có điện, tiếp điểm thường kín của nó đóng nên điện áp chủ đạo lấy trên biến trở RD1. Ở chế độ mài mặt đầu, rơle R10 có điện, điện áp chủ đạo được lấy trên biến trở RD2 tỉ lệ với điện áp máy phát tốc FT1 và do máy phát tốc nối cứng với trục động cơ truyền động chính nên tốc độ động cơ ăn dao sẽ tỉ lệ với tốc độ động cơ truyền động chính. Như vậy tốc độ di chuyển bàn dao sẽ thay đổi nhịp nhàng với tốc độ quay chi tiết để giữ lượng ăn doa s là hằng số trong quá trình gia công. Lựa chọn chế độ di chuyển của ụ dao hay bàn dao được thực hiện bằng các công tắc chuyển đổi CĐ1 ÷ CĐ4, các rơle tương ứng R4 ÷ R7 sẽ có điện
44 và đóng nguồn cho các nam châm điện của các khớp ly hợp điện từ NC1÷ NC4 - Di chuyển lên của ụ dao: đóng CĐ1, rơle R4 có điện, NC1 có điện - Di chuyển xuống của ụ dao: đóng CĐ2; rơle R5 có điện, NC2 có điện - Di chuyển tới tâm của bàn dao: đóng CĐ3. rơle R6 có điện, NC3 có điện - Di chuyển xa tâm của bàn dao: đóng CĐ4, rơle R7 có điện, NC4 có điện. Thực hiện hãm các ụ dao và bàn dao bằng các khớp ly hợp điện từ NC5 và NC6. Khi hai khớp NC5 và NC6 có điện do các rơle tương ứng R4 đến R7 mất điện, ụ dao và bàn dao được hãm dừng. Khi cần dừng ụ dao và bàn dao mà không cần hãm cưỡng bức thì đặt KC2 ở vị trí 1(bên trái). Lúc này các khớp điện từ NC5 và NC6 không có điện. Sơ đồ đảm bảo sự làm việc của truyền động ăn dao ở ba chế độ: ăn dao làm việc, di chuyển nhanh và chậm bằng sử dụng bộ khống chế KC1. Ở chế độ ăn dao làm việc, đặt bộ khống chế KC1 ở vị trí 0; ấn nút M, rơle R1 có điện (nếu truyền động chính làm việc thì tiếp điểm RLĐ kín), điện áp chủ đạo được lấy trên biến trở RD1 đặt vào bộ biến đổi qua tiếp điểm R1. Dừng máy bằng cách ấn nút D. Muốn di chuyển nhanh ụ dao hoặc bàn dao, đặt KC1 ở vị trí 2 bên trái, ấn nút M, rơle R2 có điện, và tiếp đó đóng công tắc tơ K, động cơ Đ2 có điện không duy trì, bàn dao sẽ di chuyển nhanh. Để di chuyển chậm bàn dao hoặc ụ dao, đặt KC1 ở vị trí 1 bên trái, ấn nút M, rơle R3 có điện, điện áp chủ đạo được lấy trên RD1 qua tiếp điểm R3 sẽ có trị số bé tương ứng với tốc độ nhỏ. Sơ đồ có các bảo vệ sau: Bảo vệ dòng điện cực đại và ngắn mạch nhờ aptômat AT1, AT2 và bảo vệ giới hạn chuyển động của ụ và bàn dao bằng các công tắc hành trình cuối BK1÷ BK5 Sơ đồ ăn dao chỉ làm việc khi: - Truyền động chính đã làm việc: tiếp điểm LĐ kín. - Động cơ bơm dầu đã làm việc: tiếp điểm KT2 kín - Xà máy đã được kẹp chặt: tiếp điểm RX kín - Ụ dao đã được di chuyển khi ụ đã được nới: tiếp điểm RĐ1 kín - Bàn dao chỉ di chuyển khi bàn dao đã được nới: tiếp điểm RĐ2 kín Các đèn tín hiệu Đ1÷ Đ4 báo hiệu chế độ di chuyển của ụ dao và bàn dao tương ứng.
45 Chương 3 TRANG BỊ ĐIỆN MÁY BÀO GIƯỜNG 3.1 Đặc điểm công nghệ Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn. Tuỳ thuộc vào chiều dài của bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành 3 loại: - máy cỡ nhỏ: chiều dài bàn Lb 5m, Fk > 70kN Hình 3.1 Hình dáng bên ngoài máy bào giường Chi tiết gia công 1 được kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiến qua lại. Dao cắt 3 được kẹp chặt trên bàn dao đứng 4. Bàn dao 4 được đặt trên xà ngang 5 cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo các theo các chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược. Ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là hành trình cắt gọt. Ở hành trình ngược, bàn máy chạy về vị trí ban đầu, không cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng
46 ăn dao s. Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao. Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải. ω,I Vth V 0 V0 t V 0 V ng t t t t t t t t t t t t 1 21 22 3 4 t5 61 62 7 8 t9 10 11 12 Hình 3-2. Đồ thị tốc độ trong một chu kỳ Giả sử bàn đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc đến tốc đô V0 = 5 ÷ 15m/ph trong khoảng thời gian t1. Sau khi chạy ổn định với tốc đô V0 trong khoảng thời gian t2, thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết). Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc độ V0 cho đến hết thời gian t22 thì tăng tốc đến tốc độ Vth (tốc độ cắt gọt). Trong thời gian t4, bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi tiết. Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc đến tốc độ V0, dao được đưa ra khỏi chi tiết gia công. Sau đó bàn máy đảo chiều quay sang hành trình ngựơc đến tốc độ Vng, thực hiện hành trình không tải , đưa bàn về vị trí ban đầu. Gần hết hành trình ngược, bàn máy giảm sơ bộ tốc độ đến V0, đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện một chu kỳ khác. Bàn dao được di chuyển bắt đầu thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết. Tốc độ hành trình thuận được xác định tương ứng bởi chế độ cắt; thường vth = 5 ÷ 120m/ph; tốc độ gia công lớn nhất có thể đạt vmax = 75 ÷ 120m/ph. Để tăng năng suất máy, tốc độ hành trình ngược thường chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận: vng= k.vth (thường k= 2 ÷ 3) Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian: 1 1 n = = (3-1) Tck tth + tng
47 Tck - thời gian của một chu kỳ làm việc của bàn máy [s] tth - thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận [s] tng - thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược [s] Giả sử gia tốc của bàn máy lúc tăng và giảm tốc độ là không đổi thì: Lth Lg.th + Lh.th tth = + (3-2) vth vth / 2 Lng Lg.ng + Lh.ng t ng = + (3-3) vng vth / 2 Trong đó: - Lth, Lng- chiều dài hành trình của bàn máy ứng với tốc độ ổn định vth, vng ở hành trình thuận, ngược. - Lg.th, Lh.th - chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá trình giảm tốc (hãm) ở quá trình thuận. - Lg.ng, Lh.ng - chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá trình giảm tốc (hãm) ở quá trình hãm - vth, vng - tốc độ hành trình thuận, ngược của bàn máy Thay tth và tng từ (3-3) và (3-2) vào (3-1) ta nhận được: 1 1 n = = (3-4) L 1 (k + 1).L + + t dc + t dc vth vng vng Trong đó: L = Lth +Lg.th + Lh.th = Lng + Lg.ng + Lh.ng - chiều dài hành trình máy k = Vth/Vng - tỉ số giữa tốc độ hành trình thuận và ngược tdc thời gian đảo chiều của bàn máy. Từ (3-4) ta thấy rằng khi đã chọn tốc độ cắt vth thì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều tdc . 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 tdc lại tăng. Nếu chiều dài bàn L > 3m thì tdc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là k. Khi Lb bé, nhất là khi tốc độ thuận lớn vth = (75 ÷ 120)m/ph thì tdc ảnh hưởng nhiều đến năng suất. Vì vây một trong các điều kiện cần chú ý khi thiết kế truyền động chính của máy bào giường là phấn đấu giảm thời gian quá trình quá độ. Một trong các biện pháp để đạt mục đích đó là xác định tỷ số truyền tối ưu của cơ cấu truyền động từ động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất. Xuất phát từ phương trình chuyển động trên trục làm việc: dω Mi − M = (J .i 2 + J ). m (3-5) c D m dt
48 Trong đó M – momen động cơ lúc khởi động Nm; Mc- momen cản trên trục làm việc, Nm; JD- momen quán tính của động cơ, kGm; Jm- momen quán tính của máy, kGm; ωm- tốc độ góc của trục làm việc, rad/s; i - tỉ số truyền của bộ truyền. Ta có gia tốc của trục làm việc: dωm M.i − M c = 2 (3-6) dt .J D .i + J m Lấy đạo hàm của gia tốc, cho bằng không ta tìm được tỷ số truyền tối ưu: 2 M c ⎛ M c ⎞ J m itu = + ⎜ ⎟ + (3-7) M ⎝ M ⎠ J D Với giả thiết M, Mc là không đổi. J/Jt J m 15 Nếu coi Mc = 0 thì ta có itu = J D Việc lựa chọn tỉ số truyền tối ưu là khá quan trọng . Thời gian quá trình J quá độ phụ thuộc vào momen quán tính 10 của máy. Momen quán tính của máy J tăng tỉ lệ với chiều dài bàn máy. ct Với: - Jb:momen quán tính của bàn 5 - Jct: momen quán tính của chi tiết Jb -Jt: momen quán tín của bộ truyền lực J = Jb + Jct +Jt J Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ t không thể giảm nhỏ quá được và bị 0 hạn chế bởi: 5 678910L(M) - lực động phát sinh trong hệ thống Hình 3-3. biểu đồ quan hệ - Thời gian quá trình quá độ phải đủ giữa momen quán tính và lớn để di chuyển đầu dao. chiều dài của máy 3-2 Phụ tải và phương pháp xác định công suất động cơ truyền động chính 1. Phụ tải của truyền động chính Phụ tải của truyền động chính được xác định bởi lực kéo tổng. Nó là tổng của hai thành phần lực cắt và lực ma sát: FK =Fz +Fms (3-10) Với FK - lực cắt [N]
49 Fms- thành phần lực ma sát, [N] a/ Ở chế độ làm việc: (hành trình thuận) lực ma sát được xác định : Fms =µ [Fy + g(mct + mb)] (3-11) Trong đó: µ = 0,05 ÷ 0,08 - hệ số ma sát ở gờ trượt Fy= 0,4Fz – thành phần thẳng đứng của lực cắt, [N] Mct, mb - khối lượng của chi tiết, của bàn, [kg] b/ Ở chế độ không tải: do thành phần lực cắt bằng không nên lực ma sát: Fms = µg(mct + mb) (3-12) Và lực kéo tổng F = F = µg(m + m ) (3-13) K ms ct b FK Quá trình bào chi tiết ở máy bào giường được tiến hành với công suất gần như không đổi tức là lực cắt lớn sẽ tương ứng với tốc độ cắt nhỏ và lực cắt nhỏ sẽ tương ứng với tốc độ cắt lớn. Tuy nhiên ở những máy bào giường cỡ nặng thì đồ thị phụ tải có hai vùng như đồ thị hình 3-4, ở V v đó trong vùng 0< v < vgh, lực kéo là hằng số, gh trong vùng vgh < v < vmax, công suất kéo PK gần Hình 3-4 Đồ thị phụ tải của truyền như không đổi động chính máy bào giường 2. Phương pháp chọn công suất động cơ truyền động chính máy bào giường Đặc 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. Vì vậy khi chọn công 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 công suất cắt có trị số gần không đổi (h3-4) - tốc độ hành trình ngược Vng thường được chọn Vng = (1÷ 3)Vth [m/ph] - trọng lượng bàn máy và chi tiết gia công 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 quán tính của các bộ phận chuyển động - hệ thống truyền động điện và phương pháp điều chỉnh tốc độ
50 b/Chọn sơ bộ động cơ: Ứng với mỗi chế độ cắt gọt, xác định lực kéo tổng trên trục vít của bộ truyền, công suất đầu trục động cơ và công suất tính toán. Lực kéo tổng được xác đinh theo công thức: FK = Fz + (Gb + Gct + Fy).µ (3-14) Công suất đầu trục động cơ khi cắt chính là công suất động cơ trong hành trình thuận: F .v P = K th [kW] (3-15) th 60.1000.η Nếu hệ thống truyền động điện là bộ biến đổi - động cơ điện một chiều BBĐ –Đ v à điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng thì động cơ phải chọn theo công thức tính toán Ptt: vng Ptt = Pth [kW] (3-16) vth Có như vậy, động cơ mới có thể đảm bảo được dòng 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). Trong trường hợp điều chỉnh tốc độ theo hai vùng như theo đồ thị phụ tải h.3-4 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 thông động cơ, thì động cơ chỉ cần chọn theo công suất ở hành trình thuận Pth tính theo (3-15) là đủ vì trong phạm vi vth < v < vng điều chỉnh từ thông nên PD = const Các số liệu tính toán được ghi vào bảng 3-1 Cần chọn động cơ có công suất định mức lớn hơn hoặc bằng công suất tính toán lớn nhất trong bảng 3-1 Pđm ≥ Ptt Bảng 3-1 Số liệu ghi để chọn công suất động cơ máy bào giường Lực dọc Tr.lượng C. suất C.suất Tốc độ (m/ph) Lực cắt Lực kéo Chế độ trục chi tiết đầu trục tính toán Fz(N) FK(N) cắt Vth Vng Fy(N) Gct(N) 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. Để kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng ta phải xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần i = f(t); trong đó có xét tới cả chế độ làm việc xác lập và quá trình quá độ. Phương pháp như sau: có thể chia đồ thị tốc độ của động cơ trong một hành trình kép (h.3-5) thành 14 khoảng từ t1 ÷ t14. Trong đó:
51 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. Như 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 dòng điện trong chế độ làm việc ổn định Để xác định dòng điện động cơ trong các khoảng thời gian làm việc ổn định, ta xác định công 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: P(t) → M(t) → I(t) với P(t), M(t), I(t) là công suất, momen, dòng điện trong các khoảng thời gian làm việc ổn định thứ i. - Công suất đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận: P0th = ∆P0th + ∆Pp (3-17) với ∆P0th - tổn hao không tải trong hành trình thuận; ∆Pp - tổn hao do ma sát trên gờ trượt của bàn máy. ∆P0th = a.Pthhi = 0,6Pth(1-η) (3-18) (G + G ).v .µ ∆P = ct b th (3-19) p 60.1000 với a = 0,6(ađm + bđm); Pthhi – công suất hữu ích - Mômen điện từ của động cơ ở hành trình thuận khi đầy tải: 3 PD.th .10 M dt.th = M 0 + M th = M 0 + , [N] (3-20) ωdm v với ω = th (3-21) ρ
52 là tốc độ động cơ ở hành trình thuận. M0 – momen không tải của động cơ 3 Pdm .10 M 0 = KΦ dm .I dm − [Nm] (3-22) ωdm - Dòng điện động cơ khi đầy tải M dt.th I th = , [A] (3-23) KΦ dm Trong đó KΦdm, Pđm, Iđm là các thông 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: vng PDng = P0th . [N] (3-24) vth - Momen điện từ ở hành trình ngược: 3 PDng .10 M dt.ng = M 0 + [n.m] (3-25) ωng - Dòng điện động cơ ở hành trình ngược M dt.ng I ng = = I u0.th [A] (3-26) KΦ dm + 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. Phương pháp đó dựa trên các giả thiết sau: - Đồ thị tốc độ bàn máy v(t) hoặc của động cơ có dạng lý tưởng hình 3-5; - Hệ thống truyền động điện có tự động điều chỉnh, đảm bảo có hạn chế dòng và duy trì nó ở giá trị cực đại cho phép trong quá trình quá độ. Đối với động cơ một chiều Iqđ = (2 ÷ 2,5)Iđm + Xác định thời gian của các khoảng làm việc: - Thời gian của quá trình quá độ có thể xác định bằng công thức gần đúng: J J t = (ω2 − ω1 ) = (ω2 − ω1 ) (3-27) M qd − M c (I qd − I c ).K.Φ dm Trong đó: Mqd, Iqd – Momen, dòng điện động cơ trong quá 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 (3-27) ta xác định được t1, t3, t5, t7, t8, t10, t12.
53 - 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: L5 t5 = , [s] (3-27) vth với L5 - chiều dài bàn máy di chuyển trong khoảng thời gian t5 được xác định như sau: L5 = L − ∑ Li (3-29) Trong 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 không đổi thì: Li = viti (3-30) với vi, ti - tốc độ trung bình, đoạn thời gian thứ i - Tương tự ta xác định được t11 + Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần i=f(t): Từ các số liệu dòng điện trong quá trình quá độ và xác lập ở các khoảng thời gian tương ứng, ta vẽ được đồ thị dòng điện biến thiên theo thời gian như hình 3-5 + Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng. Sử dụng phương pháp dòng điện đẳng trị để kiểm nghiệm. Từ đồ thị hình 3-5 ta có: 14 2 ∑ I i .ti i=1 I dt = (3-31) T'ck Trong đó: T’ck - thời gian của một chu kỳ có xét đến hiện tượng toả nhiệt do tốc độ thấp và quá trình quá độ nếu động cơ tự thông gió. Khi động cơ thông gió độc lập thì lấy T’CK =TCK Động cơ đã được chọn phải có dòng điện định mức Iđm≥ Iđm
54 ω ,I V th t V0 V ng t t t t t t t1 21 22 t3 4 t5 61 t62 t7 t8 t9 t10 11 12 Hình 3-5 Biểu đồ tốc độ và dòng điện của máy bào giường 3.3 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện của máy bào giường 1. Truyền động chính: Phạm vi điều chỉnh tốc độ v v D = max = ng. max (3-33) vmin vth. min vng.max: tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường vng.max= 75 ÷ 120m/ph vth.min: tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận, thường vth.min= 4 ÷ 6 m/ph Như vậy D = (12,5 ÷ 30)/1 Thông thường, hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều, được cấp nguồn từ bộ biến đổi. Theo yêu cầu của đồ thị phụ tải, điều chỉnh tốc độ được thực hiện theo hai vùng: Thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi (5 ÷ 6)/1 với mômen trên trục động cơ là hằng số ứng với tốc độ bàn thay đổi từ vmin= (4 ÷ 6)m/ph đến vgh = (20 ÷ 25)m/ph, khi đó lực kéo không đổi; giảm từ thông động cơ trong phạm vi (4 ÷ 5)/1 khi thay đổi tốc độ từ vgh đến vmax =(75 ÷ 120)m/ph, khi đó công suất kéo gần như không đổi. Nhưng sử dụng phương pháp điều chỉnh từ thông thì làm giảm năng suất của máy, vì thời gian quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ động cơ lớn. Vì vậy, thực tế người ta thường mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp, giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh từ thông trong cả dải thay đổi điện áp phần ứng. Trong trường hợp này công suất động cơ phải tăng vmax/vgh lần.
55 Ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ thông đến định mức. Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ truyền động với độ tác động cực đại. Đối với những máy bào giường cỡ nhỏ Lb 5m, FK > 70kN; D≥ (8 ÷ 25)/1, hệ truyền động là hệ F - Đ có bộ khuếch đại trung gian; hệ chỉnh lưu dùng Thyristor - động cơ một chiều. 2. Truyền động ăn dao Truyền động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình kép làm việc một lần (từ thời điểm đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc trước khi dao cắt vào chi tiết). Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là D = (100 ÷ 200)/1. Lượng ăn dao cực đại có thể đạt tới (80 ÷ 100)mm/1 hành trình kép. Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000lần/ giờ. Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Truyền động ăn dao thường được thực hiện bằng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và hộp tốc độ. Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống: cơ khí, điện khí, thuỷ lực, khí nén v.v. Thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ: động cơ điện và hệ truyền động trục vít - êcu hoặc bánh răng - thanh răng. Lượng ăn dao trong một hành trình kép khi truyền động bằng bằng hệ trục vit - êcu được tính như sau: S = ωtv. t. T (3-34) Và đối với hệ truyền động bánh răng - thanh răng S = ωbr.z.t.T (3-34) Trong đó: ωtv, ωbr - tốc độ góc của trục vít, bánh răng, rad/s z - số răng của bánh răng t - bước răng của trục vít hoặc thanh răng, mm T - thời gian làm việc của trục vít hoặc thanh răng, s Từ biểu thức trên, ta có thể điều chỉnh lượng ăn dao S bằng cách thay đổi thời gian sử dụng nguyên tắc hành trình (dùng các công tắc hành trình) hoặc nguyên tắc thời gian (dùng rơle thời gian). Các nguyên tắc này đơn giản nhưng năng suất máy thường bị hạn chế. Lý do là lượng ăn dao lớn, thời
56 gian làm việc phải dài, nghĩa là thời gian đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược phải dài, nhiều trường hợp không cho phép. Để thay đổi tốc độ trục làm việc, ta có thể dùng nguyên tắc tốc độ, điều chỉnh tốc độ bản thân động cơ hoặc sử dụng hộp tốc độ nhiều cấp. Nguyên tắc này phức tạp hơn nguyên tắc trên, nhưng có thể giữ được thời gian làm việc của truyền động như nhau với các lượng ăn dao khác nhau. Một hệ thống truyền động ăn dao được sử dụng trong nhiều máy bào giường cỡ trung bình như ở hình (3-6). Bộ phận chính là hệ thống đĩa với số răng trên các đĩa khác nhau. Số đĩa sẽ là số cấp ăn dao ứng với một tốc độ của trục làm việc. Số đĩa có thể là 7 hoặc 8, khi kết hợp với một hộp tốc độ 3 cấp thì sẽ tạo ra lượng ăn dao 0,5 ÷ 50mm (7 đĩa) và đến 100mm (8 đĩa) với φ =1,26. Số răng trên đĩa sẽ xác định lượng ăn dao. Mỗi đĩa sẽ ứng với một lượng ăn dao. Phần ứng rơle R sẽ di chuyển tựa trên các đĩa, khi gặp răng trên đĩa thì rơle R nhả, tác động đến mạch điều khiển và cắt điện động cơ truyền động ăn dao DD. Hình 3-6 Hệ thống truyền động ăn dao máy bào giường 3. Truyền động phụ
57 `Truyền động phụ đảm bảo các di chuyển nhanh bàn dao, xà máy, nâng đầu dao trong hành trình ngược, được thực hiện bởi động cơ không đồng bộ và nam châm điện. 3.4 Một số sơ đồ điều khiển máy bào giường điển hình 1. Sơ đồ điều khiển máy bào giường theo hệ thống F-Đ có máy điện khuếch đại làm kích từ cho máy phát. Hình 3-7 là sơ đồ nguyên lý đơn giản của hệ thống truyền động chính máy bào giường cở trung bình và nặng a/ Phân tích nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động điện Động cơ điện Đ truyền động cho bàn máy được cấp điện từ máy phát điện một chiêu F. Kích từ của máy phát F là cuộn CKF được cấp bởi máy điện khuếch đại từ trường ngang MĐKĐ. MĐKĐ có 4 cuộn kích từ; 3cuộn CK1, CK2, CK3 nối nối tiếp nhau có chức năng là cuộn chủ đạo, phản hồi âm điện áp, phản hồi dương dòng điện phần ứng và phản hồi mềm sức điện động máy phát - Điện áp chủ đạo lấy trên biến trở BTT (cho hành trình thuận) hoặc trên biến trở BTN (cho hành trình ngược). Khi R(5-6) = 1, + T(5) = 1, biến trở BTT được cấp điện hình thành điện áp Ucđ tạo dòng iđk chảy vào cuộn CK1, CK2, CK3 qua điện trở R1, cuộn CFF , CFĐ và điện trở R5 tương ứng với chiều quay thuận. Nếu R(5-6) = 1, + N(5) = 1, biến trở BTN được cấp điện tạo ra dòng iđk cũng chảy qua CK1, CK2, CK3 qua điện trở R1, cuộn CFF, CFĐ và điện trở R5 theo chiều ngược lại làm cho động cơ quay ngược. - Điện áp phản hồi âm điện áp động cơ: Do biến trở 1R được nối song song với phần ứng động cơ Đ nên khi hệ thống F-Đ làm việc, sụt áp trên 1R là Ua tỉ lệ với điện áp trên phần ứng động cơ, tạo ra dòng chảy trong CK1, CK2, CK3 tỉ lệ với điện áp phần ứng động cơ. - Điện áp phản hồi dương dòng điện phần ứng động cơ: Khi hệ thống F-Đ làm việc, sụt áp trên 2 cuộn phụ CFF và CFĐ là Ui tỉ lệ với dòng điện phần ứng động cơ; Ui tạo ra dòng chảy qua CK1, CK2, CK3 tỉ lệ với dòng điện phần ứng - Điện áp phản hồi mềm lấy trên cầu cân bằng bao gồm 2 nửa điện trở 2R, điện trở 4R và cuộn CKF. Một đường chéo của cầu được cấp bởi điện áp của máy điện khuếch đại MĐKĐ; đường chéo còn lại là điện trở 5R. Ta chỉnh định trên 2R sao cho khi động cơ làm việc ỏ chế độ tĩnh thì cầu cân bằng nghĩa là điện áp trên 5R bằng không. Khi động cơ làm việc ở chế độ động thì cầu mất cân bằng, nghĩa là điện áp trên 5R khác không và tỉ lệ với đạo hàm của sức điện động máy phát tức là phản ánh sự dao động sức điện động
58 1R R F Đ CFF CFĐ U’a Ua Ui CKF 4R 5R 2R CK4 1V 2V MĐKĐ USS 3R CK1 4V 3V CK2 6R BĐ CK3 iđk i BĐ f 1 T N 2 BTN KL 8R KL RC BTT 3 2KH 1KH 4 T N 5 7R R RAL D KL TT TN KC KL 6 MT 7 MN 1KC MN KL N T 9 2KC1 MT KL 10 T N N TT 11 TN 12 T R 2KC2 KL RC 13 + Hình 3-7 Sơ đồ hệ thống truyền động máy bào giường hệ F-Đ