Điều khiển cầu trục bằng hệ TD

Chương 1. Tổng quan về cầu trục 1.1. Khái quát chung Cầu trục là các máy chuyển động trên 2 đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển vật trong khoảng không gian giữa 2 dường ray đó. 1.1.1. Cấu tạo Hình 1.1. Cầu trục Cơ cấu nânghạ: Là bộ phận của cầu trục bao gồm động cơ truyền động, bộ truyền và hệ kéo cáp vật lên, hạ vật xuống theo phương thẳng đứng (palang điện hoặc palang tay). Bộ phận lấy hàng có thể là móc câu, gầu hoặc nam châm điện. Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có 1 hoặc 2, 3 cơ cấu nâng hạ, gồm 1 cơ cấu nâng chính và 1 hoặc 2 cơ cấu nâng phụ. Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm. Phanh dùng trong cầu trục thường có 3 loại: phanh đĩa, phanh guốc và phanh đai. Xe cầu: Là một khung thép hình chữ nhật, được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm 1 dầm chính bao quanh là dàn khung. Hai đầu dầm chính liên kết cơ khí với 2 dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung để xe cầu có thể chạy dọc suốt nhà xưởng một cách dễ dàng. Xe con: Là bộ phận di chuyển trên đường ray trên xe cầu, trên đó có cơ cấu nâng hạ và cơ cơ cấu di chuyển cho xe con Kết hợp 2 chuyển động vuông góc của xe cầu và xe con với chuyển động lên xuống của bộ phận lấy hàng, ta có thể di chuyển vật ở mọi điểm ở trong không gian của phân xưởng. Dẫn động của cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn điện động. Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao. 1.1.2. Phân loại Theo bộ phận lấy hàng và mục đích sử dụng: Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn. Cầu trục dùng gầu ngoạm. Cầu trục dùng nam châm điện. Theo chế độ làm việc: Loại nhẹ: TĐ% = 10÷15%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là 60. Loại trung bình: TĐ% = 15÷25%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là 120. Loại nặng: TĐ% = 40÷60%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là trên 240. Theo trọng tải: Loại nhẹ: dưới 10 tấn. Loại trung bình: từ 10÷15 tấn. Loại nặng: trên 15 tấn. Theo chức năng: Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu chính xác không cao. Cầu trục lắp ráp: Sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, yêu cầu độ chính xác cao. 1.1.3. Đặc điểm công nghệ Do phải thường xuyên làm việc trong môi trường có điều kiện khắc nghiệt như các bến cảng, nhà máy xí nghiệp, hay các phân xưởng luyện kim nên yêu cầu chế độ đóng cắt cao, đặc biệt là đối với cầu trục dùng để lắp ghép các các chi tiết máy trong phân xưởng cơ khí. Các thiết bị trong hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác. Các thành phần cấu tạo lên hệ thống phải đơn giản, dễ thay đổi, sữa chữa và bảo dưỡng. Trong hệ thống phải có thiết bị bảo vệ điện áp, bảo vệ quá tải và ngắn mạch khi có yêu cầu cần thiết. Có thiết bị han chế hành trình cho xe con, xe cầu, cơ cấu nâng hạ. Có thể tự động cắt nguồn khi có người làm việc trên xe cầu. 1.2. Đặc tính phụ tải 1.2.1. Momen động cơ nâng hạ Khảo sát cơ cấu nâng hạ người ta thấy rằng, khi nâng tải, momen thế năng có tác động cản trở chuyển động, tức là hướng ngược chiều quay. Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển, tức là nó hướng theo chiều quay động. Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ: ω Mc 0 Mc M Hình 1.2. Đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ. Từ đặc tính của cơ cấu nâng hạ ta có nhận xét: Hạ hãm: Tải trọng lớn thì momen tải trọng Mc đủ lớn để thắng momen ma sát Mms của hệ truyền động và tải tự tụt xuống. Khi hạ tải ứng với trạng thái phát của động cơ thì Mđ là momen hãm để ghìm giữ tải trọng tụt xuống đều với tốc độ cho phép, Mc là momen gây chuyển động. Hạ động lực: Tải trọng nhỏ thì momen tải trọng không đủ để thắng momen ma sát của hệ truyền động và động cơ phải làm việc đẩy xuống. Cả 2 momen tải trọng và động cơ đều gây momen chuyển động. Như vậy, trong mỗi giai đoạn nâng hay hạ thì động cơ phải được điều khiển để đảm bảo làm việc đúng với trạng thái làm việc của nó, phù hợp với đặc tính tải. Phụ tải của nâng hạ cầu trục có thể biến đổi từ 0 đến giá trị lớn nhất. 1.2.2. Trạng thái làm việc của động cơ  Góc phần tư thứ I: Máy điện làm việc ở chế độ động cơ (đường 1) Với: Mđ – Momen động cơ sinh ra Mc – Momen cản do tải trọng gây ra Mms – Momen cản do ma sát gây ra Đối với động cơ nâng hạ làm việc ở chế độ nâng hàng.  Góc phần tư thứ II: Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu cơ cấu nâng hạ thực hiện hãm động năng ( đường 3).  Góc phần tư thứ III: Máy điện làm việc ở chế độ động cơ. Đối với cơ cấu nâng hạ: Mc < Mms Mđ = Mms Mc Chế độ này gọi là hạ động lực.  Góc phần tư thứ IV: Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu nâng hạ: Mc > Mms Mđ = Mc Mms Hàng sẽ được thả do trọng lượng của nó. Còn động cơ đóng điện nâng để hãm tốc độ hạ hàng. Lúc này động cơ làm việc ở trạng thái hãm ngược (đường 4). Hình 1.3. Chế độ làm việc động cơ cầu trục 1.3. Yêu cầu của hệ truyền động sử dụng trong cầu trục Chế độ làm việc: Động cơ truyền động của cơ cấu nâng hạ có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, có tần số đóng cắt lớn. Vấn đề đảo chiều: Động cơ cầu trục phải có khả năng đảo chiều quay, có momen thay đổi theo trọng tải rất rõ rệt. Theo khảo sát từ thực tế khi không có tải trọng, momen động cơ Mđ không vượt quá (15÷20%)Mđm. Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục gầu ngoạm tới 50%Mđm. Yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ thống truyền động của cơ cấu nâng hạ nói chung và cầu trục nói riêng, yêu cầu về quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm. Bởi vậy, momen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thật an toàn. Ở các máy nâng tải. gia tốc thường được quy định theo khả năng chịu phụ tải của từng động cơ. Đối với cơ cấu hạ cầu trục gia tốc phải nhỏ hơn 0,5ms2 để không làm đứt cáp. Thời gian khởi động nhỏ nhất là 2s. Sử dụng phanh ham khi chuẩn bị dừng và khi mất điện điện phanh hãm phải dừng ở giá trị hiện trạng, tránh rơi tự do, phải dừng chính xác tại nơi lấy, hạ tải và phải dừng ở tốc độ thấp. Phạm vi điều chỉnh: Trong cơ cấu nâng hạ cầu trục thì phạm vi điều chỉnh không cao. Ở cầu trục thông thường thì D < 3, ở cầu trục lắp giáp D > 10. Độ chính xác điều chỉnh không cao khoảng 5%. Các cơ cấu điều khiển truyền động cầu trục ít nhất phải có 3 cấp tốc độ. Cấp độ cao là cấp độ tối ưu cho từng cơ cấu. Cấp tốc độ thấp để thỏa mãn công nghệ khi nâng và hạ hàng chạm đất. Cấp độ trung bình thỏa mãn yêu cầu bốc xếp hàng hóa và ổn định của cầu trục. Khả năng rút ngắn thời gian quá độ: Đây là biện pháp cơ bản để nâng cao năng suất do các cơ cấu điều khiển truyền động trên cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Nhằm rút ngắn thời gian quá độ, người ta thường sử dụng phương pháp: chọn động cơ có momen khởi động lớn, dùng động cơ điện có tốc độ không cao, giảm momen quán tính của các bộ phận quay. Yêu cầu đối với truyền động trong trạng thái bất thường như hãm khẩn, đảo chiều quay tức thời hay hãm đột ngột: Các bộ phận phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục, khi mất điện hay sự cố đảm bảo an toàn cho người và thiết bị . Để dảm bảo điều này, trong sơ đồ điều khiển phải có công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu. Khi hãm khẩn cấp hay hãm đột ngột phải dừng chính xác. Yêu cầu về nguồn và trang bị: Điện áp cung cấp cho cơ cấu cầu trục không vượt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay dùng là 380220V, mạng điện 1 chiều hay dùng là 220V, 440V. Đa số làm việc trong môi trường nặng nề, đặc biệt trong các hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim, phân xưởng sửa chữa… nên các khí cụ trong truyền động và trang bị điện cơ cấu yêu cầu phải làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn, năng suất trong mọi điều kiện khắc nghiệt, đơn giản trong thao tác.