Mô hình hóa cơ cấu nâng hạ hàng cần cẩu KONE. Mô phỏng trên matlab.

Đồ án môn học Chơng I Tổng quan về cơ cấu nâng hạ 1.1. Sơ lợc về cơ cấu nâng hạ : (Hình a biểu diễn cơ cấu nâng hạ hàng truyền động bằng động cơ điện). Trong đó: 1- Móc cẩu; 2- Puli nâng; 3- Blốc đầu cần; 4- Cáp nâng; 5- Trống tời; 6- Bộ truyền; 7- Động cơ điện; 8- Cơ cấu hãm; 1 Trang bị điện- Điện tử 1.2. Yêu cầu của thiết bị nâng hạ hàng: - Chế độ làm việc của thiết bị đợc các đinh từ yêu cầu của quá trình công nghệ. Hơn nữa cấu tạo và kết cấu của thiết bị nâng hạ hàng rất đa dạng. Do đó khi thiết kế và chế tạo hệ điều khiển, hệ truyền động điện phải phù hợp với từng loại thiết bị, từng chế độ làm việc cụ thể. - Thiết bị nâng hạ hàng phải làm việc trong chế độ rất nặng nề, tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra liên tục khi mở máy, hãm và đảo chiều. - Thiết bị nâng hạ hàng còn chịu tác động lớn của môi trờng, nhất là khi thời tiết xấu, hay không khí có độ ẩm cao nh ở nớc ta. Do đó thiết bi nâng hạ hàng cần có những yêu cầu cơ bản sau: 1. Năng suất nâng hạ hàng cao: - Năng suất nâng hạ hàng (Q) đợc tính: CK T G Q = (tấn/giờ) Trong đó: G: Trọng lợng hàng hoá của mã hàng(tấn). T CK : Thời gian trong một chu kỳ làm hàng(giờ). Từ công thức trên để tăng Q ta có thể tăng G mà vẫn đảm bảo đợc cho hệ thống hoạt động tốt. Hoặc ta có thể giảm T CK . Có: T CK = t 1 + t 2 + t 3 + t 4 + t 5 + t 6 + t 7 + t 8 . Trong đó: t 1 : Thời gian nâng hàng lên độ cao cần thiết. t 2 : Thời gian đa hàng sang ngang. t 3 : Thời gian hạ hàng. t 4 : Thời gian dỡ hàng. t 5 : Thời gian nâng móc không. t 6 : Thời gian đa móc không sang trái. t 7 : Thời gian hạ móc không. t 8 : Thời gian móc hàng. 2 Đồ án môn học Ta thấy: t 4 , t 8 : Không phụ thuộc vào hệ truyền động điện. t 1 , t 2 , t 3 , t 5 , t 6 , t 7 , t 8 : Không phụ thuộc vào hệ truyền động điện. Do vậy để giảm T CK ta có thể t 4 , t 8 . Ngoài ra với bộ truyền động có thể thực hiện các bớc sau: hệ thống nâng hạ hàng với tốc độ tối u V đm (30- 50). Ngoài ra còn phải có một số cấp tốc độ khác nhau để phù hợp với mức trạng thái của tải và chế độ làm việc của hệ thống. + Nâng hạ móc không: V 0 =(3- 3,5)V đm . + Nâng hạ 1/2 tải định mức: V 1 =(1,5- 1,7)V đm . + Nâng hạ hàng có trọng lợng nhẹ: V 2 =(2- 2,5)V đm . + Tốc độ của động cơ phải thấp khi nhấc thử hàng hay khi hạ hàng chạm đất. Bảng thống kê về sự an toàn khi nhấc thử hàng hay khi hạ hàng: Độ cao(m) 0,33 0,5 1,1 3,2 8,2 18 25 Tốc độ(m/phút) 3 6 8 15 24 36 40 2. Rút ngắn thời gian quá độ bằng cách: + Chọn động cơ có mô men khởi động lớn. + Giảm đờng kính rôto, ta sẽ giảm đợc quán tính. + Chọn động cơ có tốc độ nhỏ hơn 1000 vòng/phút thì thời gian dừng động cơ sẽ đợc rút ngắn. 3. Hệ thống nâng hạ hàng có độ an toàn cao: - Cần phải đảm bảo an toàn cho ngời vận hành, hàng hoá và thiết bị nâng hạ hàng. - Hệ thống cần có các bảo vệ về điện và cơ khí: + Có mạch bảo vệ cáp quá căng. + Có mạch bảo vệ cáp quá trùng. 3 Trang bị điện- Điện tử + Có mạch bảo vệ móc chạm đỉnh. + Có mạch bảo vệ góc nâng hạ cần quá lớn hay quá nhỏ. + Có mạch hãm điện để dừng hoặc hãm để chuyển tốc độ. + Mạch bảo vệ không, bảo vệ quá tải, bảo vệ mất pha. + Có mạch bảo vệ ngắn mạch và các bảo vệ khác. 4. Các chỉ tiêu kinh tế: - Hệ thống có giá thành thấp. - Tuổi thọ cao. - Chi phí cho khai thác vận hành thấp. *. Các bảo vệ: - Bảo vệ tầm với tối thiểu: + Đối với cần cẩu KONE: Để tránh hàng hoá va chạm vào thân cần trục công tắc hành trình Pb3=0 khi tay cần ở vị trí giới hạn nâng cần với góc lớn nhất ngắt điện động cơ không cho động cơ hoạt động theo chiều nâng cần. - Bảo vệ tầm với tối đa 36m: + Đối với cần cẩu KONE: Khi tầm với lớn hơn 36m thì hạn vị Pb1 =0 dẫn đến Pc1=0 ngắt điện động cơ không cho phép động cơ hoạt động theo chiều hạ cần. - Bảo vệ quá tải của động cơ: +Đối với cần cẩu KONE: Khi dòng điện lớn hơn 1,2 dòng định mức thì rơ le nhiệt Pc2=0 ngắt điện mạch stato của động cơ. - Bảo vệ ngắn mạch: + Với cần cẩu KONE: Bảo vệ ngắn mạch cho động cơ bằng cầu chì Pe1(125A). 1.3. Phân loại thiết bị nâng hạ: 1.3.1. Phân loại theo trọng tải nâng chuyển hàng hoá: * Cần trục-cầu trục có có tải trọng nhỏ: trọng tải nậng chuyển từ 1- 5 (tấn). * Cần trục-cầu trục có tải trọng trung bình: Trọng tải nâng chuyển từ 10 - 30(tấn). 4 Đồ án môn học * Cần trục-cầu trục có tải trọng lớn: Trọng tải nâng chuyển từ 30 -60(tấn). * Cần trục-cầu trục có tải trọng rất lớn: Trọng tải nâng chuyển từ 80 - 1200(tấn). 1.3.2.Phân loại theo đặc điểm công tác và các cơ cấu điều khiển chuyển động chính: a. Cần trục chân đế(cần cẩu chân đế): Cần trục chân đế có các cơ cấu chính: Cơ cấu nâng hạ hàng; Cơ cấu nâng hạ cần; Cơ cấu quay(Cơ cấu quay mâm); Cơ cấu di chuyển chân đế. Cần trục chân đế có khả năng bốc xếp hàng rời băng gầu ngoạm, bốc xếp hàng hoá treo trên móc cần trục, bốc xếp container v.v b. Cần trục lắp đặt trên công tông nổi: Cần trục loại này thờng có trọng tải lớn, dùng để nâng hạ các cấu kiện, phụ tùng cho nghành lắp mắy đợc vận chuyển bằng đờng thuỷ mà các cần trục chân đế không có khả năng bốc xếp. Các cảng biển thờng trang bị loại cần trục này với số l- ợng không nhiều nhng tính cơ động của nó rất cao để đáp ứng yêu cầu của bốc xếp hàng hóa siêu trọng mà vẫn đảm bảo tính kinh tế trong công tác khai thác. c. Cần cẩu - tời hàng trên tàu biển: Cần cẩu tời hàng trên các tàu biển khi cập cảng cũng tham gia vào bốc xếp hàng hoá. Cần cẩu trên tàu thuỷ có cấu tạo bao gồm 3 cơ cấu điều khiển chuyển động chính: Cơ cấu nâng hạ hàng; Cơ cấu nâng hạ cần; cơ cấu quay. Sự hoạt động của cần cẩu trên tàu thuỷ phụ thuộc nhiều vào góc nghiêng của tàu trong quá trình bốc xếp hàng hoá, góc nghiêng trong quá trình hoạt động lớn hơn so với cần cẩu chân đế lắp đặt ở cảng. Tời hàng trên tàu thuỷ thờng có 2 loại: Tời đơn và tời kép. Tời đơn là loại tời chỉ có một cầu. Đặc điểm làm việc của tời đơn trên tàu thuỷ là đảm bảo đợc tính linh hoạt cao. Tời kép là loại tời có hai cầu, thờng có hai chuyển động khi bốc xếp hàng hoá là nâng hạ và kéo bằng tời để dịch chuyển hàng hoá trong khoảng cách giữa hai đỉnh cần. Đặc điểm của loại tời kép là thời gian đa vào làm việc chậm hơn so với tời đơn, đòi hỏi công suất đặt nhỏ hơn so với tời kép. 5 Trang bị điện- Điện tử d. Xe nâng - cần cẩu trên ôtô Nhóm thiết bị bốc xếp hàng hoá này có số lợng lớn ở cảng biển, sự làm việc của chúng có tính linh hoạt cao, hiệu quả kinh tế trong sử dụng. Đối với các xe nâng chuyên dụng thờng có các cơ cấu điều khiển chuyển động tơng tự cần cẩu: Chuyển động nâng hạ hàng, chuyển động nâng hạ cần và chuyển động quay. Đặc điểm của cần cẩu đặt trên ôtô và xe nâng nguồn năng lợng chủ yếu là dầu điêzen, hệ thống truyền động có thể bằng động cơ điện hoặc điện thuỷ lực. e.Cần cẩu ziczắc Cần cẩu ziczắc là loại cần cẩu trang bị cho cảng biển để thực hiện công tác dịch vụ nh lắp mới, sửa chữa kho bãi nhà xởng và công tác bảo dỡng hệ thống cung cấp điện, các cần cẩu chân đế.v.v. Đặc điểm công tác của loại cần cẩu này là tính linh hoạt cao, gọn nhẹ. Các hệ thống điều khiển thờng là điện thuỷ lực. f. Cần cẩu trang bị cho kho bãi nhà xởng Cần trục loại này có các cơ cấu điều khiển chuyển động chính: Cơ cấu nâng hạ hàng; Cơ cấu di chuyển xe con; Cơ cấu di chuyển giàn. Các cầu trục này thờng đợc thiết kế điều khiển tại chỗ và từ xa. g. Tời nâng cho phân xởng cơ khí cảng Cơ cấu điều khiển chuyển động của nhóm thiết bị này thờng đợc thiết kế có thể chỉ có một cơ cấu nâng hạ hoặc có thêm cơ cấu di chuyển ngang. Đặc điểm công tác của loại này nhằm nâng cao năng suất lao động, giảm nhân công cho các phân xởng cơ khí. h. Cần trục khung dầm hộp chạy trên đờng ray Cần trục loại này đợc trang bị cho cảng biển, các nhà máy đóng tàu biển. Loại này thờng đợc thiết kế có tải trọng nâng lớn, làm việc trong phạm vi quy định. Gồm 3 cơ cấu điều khiển chuyển động: Cơ cấu nâng hạ hàng; Cơ cấu di chuyển xe con; Cơ cấu di chuyển giàn. k. Cầu trục bốc xếp container 6 Đồ án môn học Cần trục loại này chia làm 2 loại: Cần trục giàn bánh lốp và cần trục chạy trên đờng bốc xếp container. Các cơ cấu điều khiển chuyển động chính của cần trục giàn bánh lốp bao gồm: Cơ cấu nâng hạ hàng; Cơ cấu di chuyển xe con; Cơ cấu di chuyển giàn; Việc cấp nguồn điện cho cầu trục hoạt động bằng diezel lai máy phát điện đồng bộ. Đặc điểm của cần trục giàn bánh lốp có tính cơ động, năng suất cao. Các cơ cấu điều khiển chuyển động chính của cầu trục giàn bánh lốp bao gồm: Cơ cấu nâng hạ hàng; Cơ cấu di chuyển xe con; Cơ cấu di chuyển giàn và cơ cấu nâng hạ hàng(nâng hạ công son). Đặc điểm công tác nổi bật của loại này là có tầm với và tải trọng nâng lớn, năng suất bốc xếp rất cao. Đợc trang bị cho các cầu cảng chuyên dụng bốc xếp container. 1.3.3. Phân loại cần trục-cầu trục cảng theo cấu trúc điều khiển Phân loại cần trục-cầu trục theo cấu trúc điều khiển chuyển động cho cơ cấu chính bằng hệ truyền động điện nh sau: 1. Điều khiển các cơ cấu chính của cần trục-cầu trục bằng công tắc tơ rơ le, động cơ điện một chiều. 2. Điều khiển các cơ cấu chính của cần trục-cầu trục bằng công tắc tơ rơ le, động cơ điện không đồng bộ rô to lồng sóc. 3. Điều khiển các cơ cấu chính của cần trục-cầu trục bằng công tắc tơ rơ le, động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn. 4. Điều khiển các cơ cấu chính của cần trục-cầu trục bằng PLC - BBĐT - động cơ điện một chiều. 5. Điều khiển các cơ cấu chính của cần trục-cầu trục bằng PLC - PWM - động cơ điện không đồng bộ. 6. Điều khiển các cơ cấu chính của cần trục-cầu trục bằng PLC - BBĐ - động cơ điện - phụ tải động. 1.3.4. Phân loại cần trục-cầu trục theo nớc chế tạo Các cần trục-cầu trục trang bị cho các cảng biển rất đa dạng về chủng loại với mức độ tự động hoá khác nhau phụ thuộc vào các hãng chế tạo của các nớc khác 7 Trang bị điện- Điện tử nhau trên thế giới. Trong công tác quản lí vật t kĩ thuật, đào tạo nhân lực khai thác vận hành để đảm bảo tính kinh tế thì phân loại cần trục-cầu trục theo nớc chế tạo sẽ đem lại nhiều u điểm. 1.4. Truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ: 1.4.1. Đặc điểm cơ bản: Chế độ làm việc của các cơ cấu cần trục đợc xác định từ các yêu cầu của quá trình công nghệ, chức năng của cần trục trong dây truyền sản xuất. Cấu tạo và kết cấu của cần trục rất đa dạng. Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khển và hệ thống truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể. Cần trục trong phân xởng luyện thép lò máctanh, trong các phân xởng nhiệt luyện phải đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật trong chế độ quá độ. Cần trục trong các phân xởng lắp ráp phải đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, dừng chính xác đúng nơi lấy hàng và hạ hàng Các cơ cấu của cần trục làm việc trong chế độ cực kì nặng nề: Tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều. 1.4.2. Tính chọn những phần tử trong hệ truyền động điện và trang bị điện cơ cấu nâng hạ: a. động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ: Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ giữ vai trò quan trọng trong các máy nâng- vận chuyển nói chung và trong cần trục nói riêng. Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, nên khi chọn công suất động cơ phải tính cả phụ tải động. a 1 . Tính toán phụ tải tĩnh: Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu là do tải trọng quyết định. Để xác định phụ tải tĩnh, phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ cụ thể. 8 Đồ án môn học Giả sử có sơ đồ động học nh hình 1 Hình 1 (Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ dùng móc). Trong đó: 1- Trục vít; 2- Bánh vít; 3- Truyền động bánh răng;4- Tang nâng; 5- Bộ phận móc hàng; 6- Móc; 7- Động cơ; A- Điểm cố định; *, Phụ tải tĩnh khi nâng có tải: (Nm) u.i. )RG(G M C t0 n + = 9 Trang bị điện- Điện tử Trong đó: G: trọng lợng của tải trọng(N). G 0 : Trọng lợng của bộ lấy tải(N). R t : Bán kính của tang nâng(m). u: Bội số của hệ thống ròng rọc. C : Hiệu suất của cơ cấu. i: Tỉ số truyền. Tỉ số truyền đợc tính: v n2 i t. = (2-2) Trong đó: V: Tốc độ nâng tải(m/s). n: Tốcđộ quay của động cơ(vg/ph). Trong các công thức trên thì c lấy bằng định mức khi tải trọng bằng định mức. * Phụ tải tĩnh khi nâng không tải là: c t0 n u.i. RG M 0 = [Nm] (2-3). * Xét ph ti tnh khi h ti: Có thể có hai chế độ hạ tải: Hạ động lực và hạ hãm. Hạ động lực thực hiện khi có tải trọng nhỏ, khi đó mômen do tải trọng gây ra không đủ để thắng mômen ma sát trong cơ cấu, máy điện làm việc ở chế độ động cơ. Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn. Khi đó mômen do tải tọng gây ra rất lớn. Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng đợc hạ với tốc độ ổn định. Để xác định mômen trên trục động cơ khi hạ tải cần thực hiện những phép biến đổi sau: Gọi mômen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất là M t thì: u.i G)R(G M t0 t + = [Nm]. (2-4) Khi hạ tải thì năng lợng đợc chuyển từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền động nên: 10 . , t 7 , t 8 : Không phụ thuộc vào hệ truyền động điện. Do vậy để giảm T CK ta có thể t 4 , t 8 . Ngo i ra với bộ truyền động có thể thực hiện các bớc sau:. môi trờng, nhất là khi thời tiết xấu, hay không khí có độ ẩm cao nh ở nớc ta. Do đó thiết bi nâng hạ hàng cần có những yêu cầu cơ bản sau: 1. Năng suất nâng