MỤC LỤC
MỤC LỤC.. 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU.. 4
DANH MỤC HÌNH VẼ.. 5
MỞ ĐẦU.. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.. 1
1.1 Tổng quan. 1
1.1.1 Thực trạng công nghệ và nhu cầu sử dụng máy quấn dây. 1
1.1.2 Cấu tạo chung của máy quấn dây máy biến áp. 2
1.1.3 Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ngoài nước. 2
1.1.4 Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trong nước. 6
1.2 Xác định các thông số kỹ thuật, phương án tính toán, thiết kế chế tạo máy quấn dây 7
1.2.1 Phân tích yêu cầu. 7
1.2.2 Các thông số chính của máy quấn dây máy biến áp cần thiết kế, chế tạo 9
1.3 Kết luận chương 1. 9
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 10
2.1 Thiết kế cụm cơ cấu dỡ dây. 10
2.1.1Thiết kế tổng thể cụm dỡ dây. 10
2.1.2 Tính toán các chi tiết quan trọng trong cụm dỡ dây. 10
2.2 Tính cụm quấn dây. 15
2.2.1 Tính động cơ quấn dây. 16
2.2.2 Tính trục quấn dây. 22
2.2.3 Tính chọn ổ lăn. 29
2.3 Tính chọn hệ thống truyền động vít me bi 31
2.3.1 Bước vít me (l) 32
2.3.2 Lựa chọn chiều dài trục vít me ban đầu. 33
2.3.3 Đường kính trục vít me. 33
2.3.4 Xem xét tuổi thọ làm việc. 33
2.3.6 Lựa chọn kiểu vít me bi 35
2.4 Tính chọn động cơ servo cho truyền động vit me bi 36
2.4.1 Momen quán tính. 36
2.4.2 Momen điều khiển. 36
2.4.3 Chọn động cơ. 37
2.4.4 Momen có hiệu lực. 37
2.4.5 Thời gian cần để đạt tới tốc độ quay cao nhất 37
2.4.6 Tính toán ứng suất của vít me bi 38
2.5 Tính toán ray dẫn hướng. 38
2.5.1 Cơ sở tính toán. 39
2.6 Thiết kế cơ cấu dải dây, cơ cấu quấn dây. 52
2.6.1 Cơ cấu dải dây. 52
2.6.2 Cơ cấu quấn dây. 54
2.6.3 Thiết kế tổng thể máy. 56
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY QUẤN DÂY.. 57
3.1 Tính toán chọn biến tần, aptomat, driver, khởi động từ cho động cơ. 57
3.1.1 Tính toán chọn biến tần. 57
3.1.2 Tính chọn aptomat tổng. 59
3.1.3 Tính chọn aptomat cho cụm quấn dây. 60
3.1.4 Tính chọn aptomat cho cụm dải dây. 60
3.1.5 Chọn driver điều khiển động cơ servo. 61
3.1.6 Tính chọn khởi động từ cho động cơ quấn dây. 63
3.1.7 Tính chọn khởi động cho động cơ servo. 63
3.2 Chọn PLC.. 63
3.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển cụm quấn dây , dải dây và tổng thể hai cụm 67
3.3.1 Tổng thể cả hai cụm.. 67
3.3.2 Cụm quấn dây. 68
3.3.3 Cụm dãi dây. 68
3.3.4 Sơ đồ đấu nối động cơ servo và driver 70
3.4 công tắc hành trình và sơ đồ đấu nối động lực. 70
3.4.1 Công tắc hành trình. 70
3.4.2 Đấu nối phần động lực. 72
3.5 Panel điều khiển. 82
3.6 PLC điều khiển máy quấn dây. 84
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN.. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 87
MỞ ĐẦU
Tại các nhà máy sản xuất máy biến áp hoặc Sản xuất dây điện, dây cáp công nghiệp, thì công đoạn quấn dây trên lõi, quấn dây trên trục có vai trò quan trọng hàng đầu, quyết định chất lượng sản phẩm đầu ra. Các loại Máy quấn dây được ứng dụng rộng rãi theo yêu cầu hiện đại hóa sản phẩm. Tự động, bán tự động điều khiển giám sát các quá trình quấn dây trong sản xuất máy biến áp nói riêng là một trong những ưu tiên hàng đầu của các doanh nghiệp nhằm nâng cao chất lượng và năng suất, hạ giá thành sản phẩm, giảm chi phí hoạt động, tăng cường tính cạnh tranh trong quá trình hội nhập hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là "Tính toán thiết kế máy quấn dây máy biến áp" đáp ứng các yêu cầu thực tế sản xuất.
Đồ án được trình bày gồm 4 chương:
Đặt vấn đề: Mục đích, ý nghĩa, nội dung và phạm vi nghiên cứu.
Chương 1: Tổng quan
- Tổng quan về hệ thống cơ điện và điều khiển của một số loại máy quấn dây cho máy biến áp.
- Căn cứ yêu cầu thực tế, xác định các thông số kỹ thuật, phương án tính toán thiết kế chế tạo máy quấn dây.
Chương 2: Tính toán thiết kế cơ khí
- Tính toán các cụm cơ cấu dải dây và quấn dây
- Thiết kế các cụm cơ cấu dỡ dây, dải dây, quấn dây, một số cụm cơ cấu khác và khung máy
- Xây dựng các chi tiết của máy.
Chương 3: Thiết kế hệ thống điện điều khiển
- Xác định các yêu cầu của hệ thống điều khiển
- Phân tích,tính toán, lựa chọn thiết bị
- Thiết kế hệ thống điện điều khiển
- Lập trình cho bộ điều khiển PLC
Chương 4: Đánh giá và kết luận
- Đánh giá quá trình tính toán thiết kế hệ thống cơ điện, các cải tiến
- Kết luận và kiến nghị
Sau một thời gian thực hiện đồ án một cách tích cực và trách nhiệm dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy :T.S .................... cuối cùng nhóm đề tài cũng đã hoàn thành xong nội dung đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn, bao gồm bản thuyết minh, bản vẽ chế tạo các bộ phận, chương trình điều khiển.
Trong thời gian hoàn thành đồ án này, nhóm đề tài đã rút ra rất nhiều kinh nghiệm cho bản thân như phương pháp tìm hiểu và tiếp cận yêu cầu kỹ thuật cụ thể trong thực tế, các phần mềm, phương pháp làm việc có trách nhiệm, kỷ luật, kiên trì. Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình làm việc nhưng do thời gian có hạn, cùng với kiến thức, kinh nghiệm bản thân chưa cao nên cũng không tránh khỏi những thiếu sót, nhóm đề tài rất mong nhận được sự góp ý của các thầy.
Cuối cùng nhóm đề tài xin cảm ơn thầy :T.S ...................., cùng các thầy trong Bộ môn "Cơ điện tử & Robot đặc biệt", Khoa Hàng không Vũ trụ đã giúp đỡ nhóm đề tài hoàn thành đồ án này.
Nhóm đề tài xin chân thành cảm ơn!
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan
1.1.1 Thực trạng công nghệ và nhu cầu sử dụng máy quấn dây
Trong nước ta, nhu cầu sử dụng năng lượng điện này một gia tăng do nhu cầu mở rộng và xây dựng mới các khu công nghiệp, do việc điện khí hóa các vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa rộng lớn. Vì vậy nhu cầu cung cấp với số lượng lớn các máy biến áp phân phối công suất lớn trên 6300KVA cho các nhà máy phân phối cũng gia tăng, không những về số lượng mà chất lượng cũng đòi hỏi rất cao. Để tiếp nhận được những nhu cầu đó và tăng giá trị cạnh tranh, các nhà máy chế tạo máy biến áp trong nước buộc phải tìm các cải tiến công nghệ, mở rộng quy mô sản xuất, nâng cao năng xuất chế tạo, chất lượng và giá thành sản phẩm, mà trước hết là nâng cấp, cải tiến thiết bị, quy trình công nghệ chế tạo trong các công đoạn sản xuất các khâu của máy biến áp, trong đó có công đoạn quấn cuộn dây trong máy biến áp.
1.1.2 Cấu tạo chung của máy quấn dây máy biến áp
Qua tìm hiểu về các loại máy quấn dây máy biến áp trên toàn thế giới, thì các loại máy quấn dây máy biến áp thường có chung về nguyên lí hoạt động cũng như cấu tạo cơ bản. Các máy thường có các cụm cơ bản như: cụm dỡ dây, cụm dải dây, cụm quấn dây, cụm điều khiển. Ngoài ra ở những máy tự động còn có thêm các chức năng tự động cấp giấy, dải giấy.
1.1.3 Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ngoài nước
Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều nước đã nghiên cứu và chế tạo máy quấn dây máy biến áp từ bán tự động đến tự động như Trung Quốc, Ấn Độ.v.v. Trong nước hiện nay cũng đã có một số đơn vị nghiên cứu chế tạo máy quấn dây máy biến áp có thể kể đến như Trung tâm nghiên cứu và phát triển thị trường khoa học công nghệ (viện IMI), Viện cơ khí.v.v. Dưới đây là một số loại máy tiêu biểu trên thế giới hiện nay.
1.1.4 Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trong nước
Trong nhiều năm, từ năm 2001 lại đây, đã có rất nhiều doanh nghiệp khoa học Việt Nam quan tâm đến nhóm các thiết bị chế tạo máy biến áp và đã liên tục tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo phần lớn thiết bị cơ ản trong nhóm này theo các hợp đồng R&D cấp bộ cũng như các đơn đặt hàng của nhiều công ty chế tạo máy biến áp trong nước, trong đó có:
- Dây chuyền bán tự động xẻ băng tôn silic, phục vụ cho việc chuẩn bị phôi thanh cho cắt dập lõi stato động cơ điện và máy biến áp.
- Dây chuyền quấn bọc giấy cách điện cho dây động dẹt.
- Dây chuyền tự động cắt cạnh thanh ghép khung lõi ba pha có dung lượng đến 6300KV trên nền điều khiển PLC, CNC.
1.2 Xác định các thông số kỹ thuật, phương án tính toán, thiết kế chế tạo máy quấn dây
1.2.1 Phân tích yêu cầu
Trên cơ sở nghiên cứu tình hình trong và ngoài nước, phân tích những công trình nghiên cứu có liên quan, những kết quả mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu máy quấn dây máy biến áp, đánh giá những sự khác biệt về trình độ khoa học và công nghệ trong nước và thế giới, thấy được những vấn đề còn tồn tại, chỉ ra những hạn chế cụ thể từ đó đưa ra hướng giải quyết mới cho việc thiết kế chế tạo máy quấn dây máy biến áp.
+ Nghiên cứu tổng quan về các máy quấn dây máy biến áp hiện có trên thị trường trong, ngoài nước và nhu cầu của thị trường trong nước về chủng loại, quy cách. Trên cơ sở các nghiên cứu tổng quan này, xây dựng cấu hình máy quấn dây máy biến áp phù hợp với yêu cầu của Việt Nam. Đây là bước khởi đầu thiết yếu để kết quả nghiên cứu phát triển của đề tài vừa có hàm lượng khoa học công nghệ tiên tiến, vừa có khả năng được thị trường chấp nhận như một giải pháp công nghệ thực sự hữu ích.
+ Thiết kế kỹ thuật và thiết kế chế tạo một máy quấn dây máy biến áp tự động có khả năng quấn biến áp 2500kVA, trên cơ sở sử dụng một hệ thống điều khiển hiện đại được xây dựng và tích hợp, sẽ cho phép bán tự động quá trình sản suất, kiểm soát tích cực vị trí và lực căng của dây và giấy cách điện, từ đó nâng cao chất lượng biến áp (giảm tổn hao), giảm giá thành biên áp (vật tư , nhân công) so với các mấy cuốn thông thường.
1.2.2 Các thông số chính của máy quấn dây máy biến áp cần thiết kế, chế tạo
Thông số kỹ thuật của máy đề tài như bảng 1.3.
1.3 Kết luận chương 1
Chương 1 trình bày về việc khảo sát một số máy quấn dây máy biến áp trong nước và ngoài nước, đưa ra phương án tối ưu nhất với thông số cơ bản của máy cần tính toán, thiết kế trong đồ án.
Từ yêu cầu bài toán, chương 2 trình bày việc tính toán, thiết kế cho các cụm chính của máy là cụm cơ cấu dải dây và cụm quấn dây. Tính toán một số chi tiết quan trọng khác của máy
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ
2.1 Thiết kế cụm cơ cấu dỡ dây
2.1.1 Thiết kế tổng thể cụm dỡ dây
Chức năng của cơ cấu dỡ dây: Dỡ dây từ cuộn dây giúp cho dây kéo thẳng dây, làm sạch dây trước khi đi qua các cơ cấu dẫn hướng đến cụm dải dây.
2.1.2 Tính toán các chi tiết quan trọng trong cụm dỡ dây
2.1.2.1 Tính các tang trong cụm
Đường kính tang được xác định theo công thức trong tài liệu [1]:
D ≥ k.i (2.1)
Trong đó:
i là số lớp đệm trong băng tẩm cao su
K là hệ số giữ bền
Đối với tang kéo căng và tang nghiêng
K = 100 ÷200, trong các trường hợp đặc biệt k = 50
Áp dụng công thức (2.1) ta có :
=> D ≥ k.i = 50.1=50 (mm).
2.1.2.2 Khung đỡ
Chức năng của khung đỡ dùng để đỡ các chi tiết khác. Khung đỡ gồm một tấm phẳng hàn với một thanh thép hộp để đỡ các cơ cấu phía trên. Tấm phẳng là tấm tôn dày 5(mm), cột được làm bằng thép hộp 100x50x1175(mm).
2.1.2.4 Nón dẫn hướng
Mục đích của nón dẫn hướng là làm dẫn hướng và làm căng dây đồng từ cuộn dây lên các puly dẫn hướng và các tang dẫn hướng. Nón dẫn hướng có thể kiếm soát được sự rối dây và tạo ra 1 phần lực căng của dây trong quá trình máy hoạt động. Nón dẫn hướng được thiết kế hình nón từ một tấm tôn tròn có chiều dày là 1.2(mm) có đường kính đáy là 360(mm), chiều cao 160(mm).
2.1.2.5 Tính chọn puly dẫn hướng
Puly dẫn hướng dùng để dẫn hướng dây từ nón dẫn hướng đến tang dẫn hướng trước khi đi đến cơ cấu dải dây. Tính toán puly dẫn hướng và trục của puly dẫn hướng tương tự như tính tang bị động. Puly dẫn hướng được thiết kế như hình 2.6.
2.1.2.7 Tấm đỡ puly nhỏ
Tương tự giống như tấm đỡ puly to, chức năng của tấm đỡ puly nhỏ dùng để đỡ puly trong quá trình quấn dây giúp cho puly làm việc ổn định. Tấm đỡ puly nhỏ được làm từ tấm tôn dày 10(mm).
2.1.2.9 Trục của puly dẫn hướng
Trục của puly dẫn hướng cũng tương tự như trục của tang quay đều là trục bị động, nên được thiết kế như hình 2.10. Vật liệu dùng chế chế tạo trục là thép C45.
2.2 Tính cụm quấn dây
Thông số đầu vào của máy:
- Có khả năng quấn biến áp có đường kính ngoài lớn nhất (OD) : 500 (mm) ;
- Có khả năng quấn biến áp có đường kính trong nhỏ nhất (ID) : 80 (mm) ;
- Số vòng dây lớn nhất: 90000 (vòng) ;
- Tải trọng lớn nhất : 500 (kg) ;
Mô tả sơ đồ: Sơ đồ máy quấn dây tối giản gồm: 1 cuộn dây số 3 và 1 trục quấn dây số 1 được nối với động cơ có gắn liền hộp giảm tốc.
2.2.1 Tính động cơ quấn dây
2.2.1.1 Xây dựng đặc tính cơ cho máy quấn dây
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biển diễn dưới dạng tổng quát theo tài liệu [1].
Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các trường hợp tải:
+ Khi q = -1, momen tỉ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy tiện, doa, máy quấn dây, máy quấn giấy. Đặc điểm làm việc của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì momen cản (lực cản) càng lớn.
+ Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt.
+ Khi q = 1, momen tỉ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng với các cơ cấu ma sát, máy bào, máy phát một chiều tải thuần trở.
+ Khi q = 2, momen tỉ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng với các cơ cấu máy bơm, quạt gió, máy nén.
- Phân tích chuyển động: Động cơ làm quay trục 1 quấn theo dây làm cuộn dây 2 quay cùng vận tốc dài (vdây quấn = vdây dở = v), bỏ qua ma sát tại các puly dẫn.
Tổng công các tải (Momen M): A(M)= A(M1) + A(M2)
Chọn các thông số máy :
Năng suất của máy : quấn 90000 (vòng) trong thời gian 8 giờ 25 phút;
Khối lượng cuộn dây phôi : m2 = 900 (Kg);
Bán kính: r2 = 300 (mm):
+ Khi động cơ làm việc quá tải thì nhiệt độ phát ra vẫn không quá nhiệt độ cho phép, trục động cơ vẫn làm việc ổn định.
Dựa vào các số liệu vừa tính toán, tra catalog của động cơ liền hộp số hãng NEWAY ta chọn động cơ số hiệu Series K (K04328.0-M----4.0A--) có các thông số như sau :
2.2.1.2 Kiểm nghiệm động cơ
Theo các điều kiện chọn động cơ, ta thấy:
- Pdc> Ptt : Thỏa mãn (4 kW > 3,4 kW)
- Mmm> Mc : Thỏa mãn (209 Nm > 189,875 Nm)
- ndc = 178 nsbộ = 187,5 (v/ph)
2.2.2 Tính trục quấn dây
2.2.2.1 Chọn vật liệu
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45.
Trong đó ta lấy: [t]=15 (MPa)
Vậy chọn sơ bộ: d =45 (mm)
Với d =45 (mm), tra bảng 10.2, tài liệu [1] được chiều rộng ở lăn b = 25 (mm).
2.2.2.3 Xác định các lực tác dụng lên trục
Thông số đầu vào:
T = 209 (N.m) ; n1 = 178 (v/p)
Phân tích lực tác dụng lên trục:
- Lực căng dây : T = 306,3.2 = 612 (N)
- Trọng lực khi quấn tối đa : P = 500.10 = 5000 (N)
- Bỏ qua lực phụ của khớp nối tác dụng lên trục.
Theo sơ đồ đặt lực cho trục, ta lập được các phương trình lực và mômen sau:
= 0 Fx10 + Fx11 = T = 612 (N) (1)
= 0 Fy10 + Fy11 = P = 5000 (N) (2)
(x) = -P. + Fy11.l = 0 (3)
(y) = T. - Fx11.l = 0 (4)
Vậy ta có độ lớn phản lực tại các ổ trên trục đỡ bối dây 1 :
Tại ổ “0”:
Fx10 = 306 (N)
Fy10 = 2500 (N)
Tại ổ “1”:
Fx11 = 306 (N)
Fy11 = 2500 (N)
Momen uốn tại các điểm và momen xoắn trên trục đỡ bối dây 1:
- Tại ổ “0”:
Mx = 0
My = 0
T = 209000 (Nmm)
2.2.3 Tính chọn ổ lăn
2.2.3.1 Theo khả năng tải động và khả năng tải tĩnh
Nhằm đề phòng khả năng tróc rỗ bề mặt khi làm việc, nên ta cần phải tính toán khả năng tải động trước khi chọn cỡ ổ lăn. Theo tài liệu [2]
Tải trọng động tính theo công thức:
Cđ= Q.L1/m
Với:
- Q là tải trọng động quy ước
- L là tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay: L=60n10-6Lh, với Lh= 24000 (h)
- m=3 là bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn;
2.2.3.2 Tính toán cụ thể ổ lăn cho trục đỡ bối dây
Với đường kính đoạn lắp ổ lăn trên trục đỡ bối dây là : d = 60 (mm) , ta chọn ổ bi tự lựa SKF 1212ETN9 có các thông số:
- Đường kính trong: 60 (mm)
- Đường kính ngoài: 110 (mm)
- Bề rộng ổ: 22 (mm)
- Khả năng tải động: 31,2 (kN)
- Khả năng tải tĩnh: 12,2 (kN)
Vậy ta chọn ổ trên trục đỡ bối dây thõa mãn khả năng tải tĩnh và tải động.
2.3 Tính chọn hệ thống truyền động vít me bi
Thông số đầu vào:
- Khối lượng tải cần di chuyển: WL = 100 (Kg);
- Khoảng di chuyển lớn nhất: Smax = 1000 (mm);
- Tốc độ lớn nhất: Vmax = 50 (m/ph);
- Thời gian làm việc: Lt = 24000 (h);
- Hệ số ma sát trượt bề mặt: = 0,01;
- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ: Nmax = 3000 (v/ph);
- Độ chính xác vị trí: 0,1/1000 (mm);
- Độ chính xác lặp: 0,01 (mm);
2.3.1 Bước vít me (l)
Theo tài liệu [5] Chọn l = 20 (mm)
2.3.2 Lựa chọn chiều dài trục vít me ban đầu
L = Khoảng di chuyển lớn nhất + chiều dài đai ốc + chiều dài vùng thoát ren = 1000 + 100 + 100 = 1200 (mm)
2.3.4 Xem xét tuổi thọ làm việc
Đầu tiên phân tích giản đồ thời gian.
Đường tốc độ là một đường thẳng, tăng tốc liên tục, định kỳ đáp ứng chuyển động.
Tốc độ lớn nhất: Vmax = 50 (m/ph) = 0,83 (m/s)
Thời gian tăng tốc: t1 = 0,3 (s)
Thời gian giảm tốc: t3 = 0,3 (s)
- Khoảng cách chạy trong quá trình ổn định
x2 = V.t = 0,83.0,9 = 0,75 (m) = 750 (mm)
- Phân đoạn: F1 = .ML.g + ML.a1 = 0,01.100.10 + 100.2,8 = 290 (N)
2.3.5 Lựa chọn cấp chính xác
Độ chính xác vị trí 0,1/1000 (mm), theo tài liệu [5]chọn:
+ Cấp chính xác: cấp 5
+ E = 0,040/1000 (mm)
+ e = 0,027
2.5 Tính toán ray dẫn hướng
Để có được một mô hình phù hợp nhất cho điều kiện dịch chuyển của hệ thống ray dẫn hướng thì khả năng chịu tải và tuổi thọ của mô hình phải được chú trọng nhất.
Để xác định, kiểm tra khả năng tải trọng tĩnh danh nghĩa, tải trọng tương đương thì việc đánh giá qua giá trị C0 (tải trọng tĩnh định mức) là khả quan và chính xác hơn cả.
2.5.1 Cơ sở tính toán
2.5.1.1 Hệ số tải trọng tĩnh C0
Tải trọng tĩnh định mức C0 được đặt theo giới hạn tải trọng tĩnh cho phép.
Sự biến dạng tập trung không đổi sẽ tăng giữa kênh dẫn và bi lăn khi ray dẫn hướng nhận tải trọng thừa hay chịu va đập diện rộng. Nếu độ lớn của biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, nó sẽ cản trở sự di chuyển của ray dẫn hướng.
2.5.1 Momen tĩnh cho phép M0
Momen tĩnh cho phép M0 được đặt theo giới hạn của momen tĩnh.
Khi một momen tác dụng vào ray dẫn hướng, các vị trí bi lăn cuối cùng sẽ chịu áp lực lớn nhất giữa các áp lực phân bố trên toàn bộ bi lăn của hệ thống.
2.6 Thiết kế cơ cấu dải dây, cơ cấu quấn dây
2.6.1 Cơ cấu dải dây
Chức năng của cơ cấu dải dây: dùng để dải chính xác dây đồng lên cuộn dây cần quấn. Được điều khiển thông qua động cơ AC- Servo, ray trượt bi để có độ chính xác tốt nhất.
2.6.1.1 Tấm đỡ
Chức năng của tấm đỡ dùng để đỡ để các chi tiết trên cơ cấu dải dây. Khung đỡ gồm 1 tấm phẳng có kích thước 600x300x12mm. Tấm đỡ được thiết kế như hình 2.40.
2.6.1.2 Tang dẫn hướng bị động
Chức năng của tang dẫn hướng bị động dùng để dẫn hướng dây đồng từ cơ cấu dỡ dây đến cư cấu dải dây. Tính toán thiết kế chọn tang dẫn hướng giống như tính chọn tang dẫn hướng của cơ cấu dỡ dây.
2.6.1.5 Tấm đỡ tang dẫn hướng
Chức năng của tấm đỡ tang dẫn hướng dùng để đỡ các tang dẫn hướng. Nên được thiết kế như hình 2.44. Vật liệu chế tạo là tấm thép C45.
2.6.2 Cơ cấu quấn dây
Chức năng của cơ cấu quấn dây: nhận dây từ cơ cấu dải dây, quấn thành các lớp khít nhau theo số vòng cài đặt trước.
Gồm: 1 là trục quấn dây, 2 là ụ động.
Trục quấn dây có vai trò tiếp nhận momen xoắn từ động cơ quấn để quấn dây.
Ụ động có vai trò tăng độ cứng vững cho cơ cấu, đảm bảo độ đồng tâm khi máy hoạt động, tránh gây ra momen uốn không có lợi cho trục quấn.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY QUẤN DÂY
Phân tích chung: máy quấn dây gồm 3 bộ phận chính gồm: cụm quấn dây, cụm dãi dây, cụm nón dẫn hướng. Thì 2 trong 3 phần cần điều khiển đó là: cụm quấn dây, cụm dãi dây. Hai cụm này hoạt động nhờ 2 động cơ là động cơ quấn và động cơ dãi. Động cơ quấn được nối với biến tần để điều khiển tốc độ, động cơ dãi là động cơ servo nối với driver đi kèm. Từ đây ta cần các thiết bị khí cụ điện điều khiển như sau:
- Aptomat tổng, aptomat cụm quấn dây, aptomat cụm dãi dây.
- Khởi động từ động cơ quấn, khởi động từ động cơ dãi.
3.1 Tính toán chọn biến tần, aptomat, driver, khởi động từ cho động cơ
3.1.1 Tính toán chọn biến tần
Chức năng của biến tần: Làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đo biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay.
- Phân tích đặc điểm tải và chế độ làm việc:
+ Khối lượng lớn nhất trong khi quấn là 500 (kg) và tốc độ quay biến thiên từ 0 đến 178 (v/ph), vậy tải là thông thường, tốc độ quay không cao.
+ Chế độ ngắn hạn: biến tần điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, chạy dừng hoặc đảo chiều quay liên tục, chế độ này cần chọn loại biến tần có khả năng chịu quá tải cao, đế tản nhiệt đủ lớn.
Do vậy ta chọn biến tần như sau:
Pbt 1,25Pdc = 1,25.4 = 5 (kW)
3.1.2 Tính chọn Aptomat tổng
Aptomat tổng có chức năng bảo vệ mạch điện cho toàn hệ thống (khi có sự cố quá tải, ngắn mạch thấp điện áp…) và để đóng cắt mạch điện không thường xuyên.
Tổng công suất trên phụ tải: Ptt = Pdc1+Pdc2 = 4+ 0,75 = 4,75 (kW)
3.1.3 Tính chọn aptomat cho cụm quấn dây
Aptomat cụm quấn dây có tác dụng bảo vệ mạch điện cụm quấn dây khi có hiện tượng quá tải, ngắn mạch, thấp áp…Và dùng để đóng cắt mạch điện.
Tổng công suất trên phụ tải:
Ptt = Pdc1 = 4 = 4 (kW)
Trong đó: Pdc1 là công suất của động cơ dây quấn.
Vậy ta chọn attomat cho cụm quấn dây 15 (A).
Tra catalog của hãng MISUBISHI ta chọn aptomat có số hiệu : NF30-CS-3P-15A.
3.1.4 Tính toán chọn aptomat cho cụm dải dây
Aptomat cụm dãi dây có tác dụng bảo vệ mạch điện cụm dãi dây khi có hiện tượng quá tải, ngắn mạch, thấp áp…Và dùng để đóng cắt mạch điện.
Tổng công suất trên phụ tải: Ptt = Pdc2 = 0,75 = 0,75 (kW)
3.1.6 Tính chọn khởi động từ cho động cơ quấn dây
Từ tính toán ở Chương 2
Ta có động cơ điều khiển có các thông số:
+ Điện áp 3 pha : 380 (V)
+ Công suất : 4 (kW)
Vậy ta chọn khởi động từ có dòng làm việc từ 8,84 (A) trở lên.
Chọn khởi động từ 15 (A).
3.1.7 Tính chọn khởi động cho động cơ servo
Động cơ điều khiển có các thông số:
+ Điện áp 3 pha : 200-230 (V)
+ Công suất : 0,75 (kW)
3.2 Chọn PLC
Giới thiệu chung
Chọn PLC SIEMEN vì phổ biến, tin cậy.
Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các màn hình HMI mới dùng cho PLC S7-1200 cũng được giới thiệu. Tất cả cùng tạo ra một giải pháp tích hợp, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ (Micro Automation).
3.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển cụm quấn dây , dải dây và tổng thể hai cụm
3.3.1 Tổng thể cả hai cụm
Nguyên lý hoạt động: cả hai động cơ quấn và dải cùng hoạt động song song với nhau khi làm việc. PLC sẽ gửi lệnh đến biến tần để điều khiển tốc độ động cơ quấn, và gửi lệnh đến driver để điều khiển tốc độ và số vòng quay của động cơ dãi dây. Chu trình hoạt động là kín có sự phản hồi từ động cơ về PLC để điều chỉnh tốc độ và số vòng quay phù hợp.
3.3.2 Cụm quấn dây
Nguyên lý hoạt động: động cơ được đấu nối với biến tần thông qua cáp động lực, biến tần đấu nối với PLC bằng cáp điều khiển, khi hoạt động PLC sẽ gửi lệnh đến biến tần để thay đổi tốc độ động cơ quấn dây. Chức năng của cơ cấu quấn dây: nhận dây từ cơ cấu dãi dây, quấn thành các lớp khít nhau theo số vòng cài đặt trước.
3.4 Công tắc hành trình và sơ đồ đấu nối động lực
3.4.1 Công tắc hành trình
Cơ cấu dải dây có khoảng hành trình 1000 (mm) nên tại 2 đầu ta sẽ dùng 2 công tắc hành trình để giới hạn khoảng hành trình này của bàn máy.
3.4.2 Đấu nối phần động lực
* Sơ đồ Mạch điện nguồn
Sơ đồ mạch nguồn gồm có:
- Q1 Actomat tổng dùng để đóng lưới điện 3 pha và biến tần.
- PA0 là nút khởi động
- S1 là nút dừng khẩn trong quá trình làm việc gặp sự cố.
- K1 contactor cấp nguồn điện
- K2 contactor cấp nguồn điện cho servo.
- KTP1 rơ le chễ pha, quá tải có tiếp điểm thường đóng ở mạch cấp nguồn
- DC POWER SUPPLY bố chuyển đổi nguồn 220VAC -> 24VDC
Nguyên lý hoạt động của mạch nguồn như sau:
Khi đấu điện 2 pha 220V qua Aptomat tổng trước khi cấp vào mạch nguồn của hệ thống, bấm nút khởi động nguồn bấm PA0 nút khởi động qua cuộn hút cấp nguồn K1 tiếp điểm thời hở K1 trên nút khởi động PA0 đóng lại duy trì trạng thái thông mạch khí nhả tay khỏi nút PA0. K1 bên mạch cấp nguồn thông qua bộ chuyển đổi 220VAC- 24VDC cấp nguồn cho PLC và hệ thống điều khiển. Rơ le KTP1 là rơ le báo quá tải, quá áp, lệch pha khi có sự cố lập tức tiếp điểm KTP1 mạch cấp nguồn hở a để bảo vệ.
* Sơ đồ Mạch nút điều khiển:
- Chạy thuận quấn dây động cơ: cấp tín hiệu đầu vào chân I0.4 cho PLC
- Chạy ngược quấn dây động cơ: cấp tín hiệu đầu vào chân I0.5 cho PLC
- Nút tự giữ: cấp tín hiệu vào chân I0.6 cho PLC
- Left wire: cấp tín hiệu vào chân I1.1 cho PLC
- Right wire: cấp tín hiệu vào chân I1.4 cho PLC
Nguyên lý:
Các nút bấm giúp chúng ta có thể chọn chức năng từng chế độ quấn dây sau đó tín hiệu được gửi tới các chân của PLC cho PLC xử lý.
3.5 Panel điều khiển
Mặt tủ bao gồm:
- Màn hình điều khiển HMI nằm chính giữa có chức năng hiển thị số liệu cũng như thông số cài đặt chạy máy.
- Bên trái là nút dừng khẩn màu đỏ trên cùng và bên dưới nút khởi động nguồn.
- Phía dưới từ trái qua phải gồm :
- Nút căng dây: để điều chỉnh lực căng của xi lanh khí nén.
- Nút rải dây trái: để di chuyển hệ trục rải dây đi sang trái.
- Nút rải dây phải: để di chuyển hệ trục rải dây đi sang phải.
- Núm vặn điều chỉnh tốc độ: từ 0v/p ÷ 200v/p.
3.6 PLC điều khiển máy quấn dây
Thuật toán: Để dây được dải đều trên chiều dài trục quay ta sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha làm quay trục chính. Cơ cấu dải dây được sử dụng bằng động cơ servo có cơ cấu vit me đai ốc
Yêu cầu: tốc độ của động cơ dải dây phải bám theo tốc độ của động cơ quay trục chính.
Giả sử tốc độ động cơ quay trục chính là N (v/ph), đường kính dây cần quấn là d (mm) vậy khoảng cách lớp dây phủ được là: N*d (mm). và tốc độ dài của đông cơ servo phải bám theo là N*d(mm/p)
Tốc độ động cơ trục chính được điều chỉnh vô cấp bằng biến tần qua núm xoay. Encoder của động cơ trục chính đo tốc độ động cơ và tính toán được tốc độ và đưa vào đầu vào tốc độ của động cơ dải dây.
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn :T.S ..................., đồ án đã được hoàn thành đúng thời hạn. Thông qua quá trình làm đồ án, nhóm làm đồ án đã ôn tập lại được những kiến thức đã được học, đồng thời vận dụng được những kiến thức đó vào đồ án. Những vấn đề đã giải quyết được ở đồ án bao gồm:
- Tính toán, thiết kế cơ cấu dải dây và cơ cấu quấn dây của máy quấn dây máy biến áp;
- Xây dựng các chi tiết cảu máy.
Những vấn đề còn hạn chế bao gồm:
Do khả năng của sinh viên còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy để đồ án này được hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn thầy :T.S ..................., và các thầy trong bộ môn “Robot đặc biệt & cơ điện tử” đã tạo điều kiện giúp đỡ trong thời gian qua.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 1.
[2]. Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 2.
[3]. Catalog hãng MISUBISHI.
[4]. Catalog của driver động cơ servo NX.
[5]. Catalog Linear Guideway PMI.
[ 6]. Giáo trình truyền điện – GV: Trương Xuân Linh.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"