thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục

Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Mục lục Mụclục.1 Lời nói đầu: 2 Chơng 1: Giới thiệu về xe con cầu trục3 Chơng 2: Thiết kế phần lực của hệ thống 5 Chơng 3: Tổng hợp các mạch vòng 16 Chơng 4: Mô phỏng 37 Kết luận: 42 Tài liệu tham khảo: .43 Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 1 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Lời nói đầu Động cơ không đồng bộ ngày nay đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thay cho các động cơ khác vì nó có nhiều u điểm nh khởi động đơn giản, vận hành tin cậy, rẻ tiền và kích thớc gọn nhẹ. Nhợc điểm của nó là đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trớc đây, với các phơng pháp điều khiển còn đơn giản, loại động cơ này phải nhờng chỗ cho động cơ điện một chiều. Nhng với việc phát triển của các lý thuyết điều khiển, truyền động cộng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật nh kỹ thuật vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn chế đợc nhợc điểm trên, đa động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến. Trớc đây thờng điều khiển động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp. Đây là một phơng pháp đơn giản nhng chất lợng điều chỉnh kể cả tĩnh lẫn động đều không cao. Để điều khiển đợc chính xác và hiệu quả phải nói đến phơng pháp thay đổi tần số điện áp nguồn cung cấp. Do tốc độ động cơ không đồng bộ xấp xỉ tốc độ đồng bộ nên động cơ làm việc với độ trợt nhỏ và tổn hao công suất trợt trong mạch rôto nhỏ. Tuy nhiên ph- ơng pháp này còn phức tạp và đắt tiền. hiết bị dùng để biến đổi tần số là các bộ nghịch lu, có thể là nghịch lu trực tiếp hoặc gián tiếp. Ta có thể sử dụng bộ biến tần là một thiết bị tích hợp cả chỉnh lu, nghịch lu lẫn điều khiển. Luật điều khiển trong mỗi biến tần tuỳ thuộc vào nhà sản xuất. Hiện nay để điều khiển động cơ đã có nhiều biến tần bán sẵn trên thị trờng, ít khi còn phải thiết kế theo phơng pháp kinh điển nữa. Các nhà sản xuất lựa chọn biến tần nhiều hơn bảng điều khiển sao - tam giác hoặc điện trở phụ hoặc các thiết bị điều khiển khác vì nó gọn nhẹ, điều khiển chính xác, tin cậy, đáp ứng đợc nhu cầu tự động hoá và từng bớc hiện đại hoá xí nghiệp của họ. Biến tần đơn giản thờng điều khiển tốc độ theo luật U/f để đảm bảo động cơ sinh mômen tốt nhng cho các hệ truyền động yêu cầu cao hơn thì có biến tần điều khiển theo vectơ.Với mục đích nh vậy trong bản đồ án này ta sẽ điều chỉnh tốc độ cho hệ thống xe con cầu trục sử dụng biến tần điều chỉnh bằng phơng pháp U/f. Trong quá trình thực hiện em đã nhận đợc rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Quang Địch, em xin chân thành cảm ơn Hà nội tháng 6/2006 Sinh viên Đào Hữu Hùng Chơng 1 Mô tả chung về xe con cầu trục và cơ cấu truyền động 1.1. Mô tả chung Trong tất cả các xí nghiệp công nghiệp thì hầu nh nhà máy nào cũng có các máy nâng, vận chuyển vì nó đóng một vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất. Máy nâng - vận chuyển là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 2 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục giữa các phân xởng của một nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây truyền sản xuất. Cơ cấu xe con cầu trục kết hợp với cơ cấu máy nâng hạ thì thành một cầu trục hoàn chỉnh. Cơ cấu nâng hạ của cầu trục là để nâng tải trọng lên, hạ tải trọng xuống. Còn cơ cấu xe con cầu trục để đa tải trọng sang phải, sang trái. 1.2. Chế độ làm việc của xe con - cầu trục. Cầu trục thờng đợc đặt trong nhà xởng hay ngoài trời. Môi trờng làm việc của cầu trục thờng rất nặng nề. Xe con - cầu trục thờng làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Động cơ truyền động thờng phải đảo chiều quay liên tục. Hơn nữa, động cơ truyền động cầu trục có momen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Trong một chu kỳ làm việc của cầu trục, thì chỉ có nửa chu kỳ động cơ phải làm việc đầy tải và trong nửa chu kỳ tiếp theo thì động cơ phải làm việc không tải. Khi không có tải thì momen của động cơ không vợt quá 35 đến 50 M đm . [2] Trong các hệ truyền động của xe con - cầu trục, yêu cầu quá trình tăng tốc, giảm tốc, hãm và đảo chiều xảy ra phải êm. Tuy nhiên, momen động trong quá trình quá độ phải đợc hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn. Năng suất của xe con - cầu trục quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị và số chu kỳ phải dịch chuyển tiến lên và giật lùi trong một giờ. Tải trọng trong một chu kỳ không nh nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức, cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt 60 - 70% công suất định mức của động cơ. Hơn nữa, trong một nửa chu kỳ còn lại thì động cơ lại chạy không tải ( không có tải trọng - thờng là nh vậy ). Do điều kiện làm việc của xe con cầu trục nặng nề, thờng xuyên làm việc trong chế độ quá tải nên khi thiết kế hệ truyền động cho xe con - cầu trục phải chú ý khi quá tải của động cơ. [2] Dới đây là hình ảnh về một mô hình của một chiếc xe con - cầu trục. Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 3 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Chơng 2 Thiết kế phần lực của hệ truyền động 2.1. Đặc điểm cơ bản của hệ truyền động. Chế độ làm việc của các cầu trục phải đợc xác định từ các yêu cầu của quá trình công nghệ, chức năng của cầu trục trong dây chuyền sản xuất. Cấu tạo và kết cấu của cầu trục rất đa dạng. Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và hệ truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể. Tuy nhiên, một hệ thống điều khiển và hệ truyền động điện cho một cơ cấu xe con - cầu trục điển hình thì phải có các đặc điểm cơ bản nh sau: [2] Quá trình mở máy phải êm. Dải điều chỉnh tốc độ phải rộng Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 4 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Hãm và đảo chiều êm Độ chính xác điều chỉnh cao, đảm bảo dừng chính xác tại các nơi cần lấy hàng và trả hàng. Do đó, thờng có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến lùi cho xe con - cầu trục. 2.2. Lý thuyết chọn động cơ truyền động cho xe con. [2] Phụ tải tĩnh của cơ cấu là do lực cản chuyển động gây ra. lực đó bao gồm hai thành phần chính: lực ma sát lăn trên đờng đi F 1 , lực ma sát trong cổ trục của bánh xe: F ct . Thành phần F 1 đợc viết theo biểu thức: ][ 0 1 Nf R GG F b + = trong đó: G 0 - trọng lợng bản thân của cơ cấu [N] G - trọng lợng của tải trọng [N] R b - bán kính bánh xe [cm] f - hệ số ma sát [cm] Nếu bánh xe bằng thép, lăn trên đờng ray thì f = ( 0,05 ữ 0,1 ) cm Thành phần F ct xác định theo biểu thức: ][)( 0 NGGF ct à += Nếu dời điểm đặt của lực về vành bánh xe thì tíh theo biểu thức: b ct ct R R GGF à )( 0 ' += à là hệ số ma sát trợt Nếu là: ổ trợt: à = 0,05 ữ 0,08 ổ bi: à = 0,01 ữ 0,05 R ct là bán kính cổ trục. Toàn bộ lực đặt lên bánh xe: ][)( 0 1 NfR R GG FFF ct b ctc + + =+= à Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 G 1 +G 0 F 5 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Đối với các cơ cấu lăn trên bánh xe bằng sắt, lăn trên đờng ray, phải tính đến lực cản ma sát giữa mép bánh xe và đờng ray. Lực đó, đợc tính thêm bằng hệ số dự trữ k: )( 0 ' fR R GG kkFF ct b cc + + == à k lấy từ kinh nghiệm hoặc thực hành. Đối với xe con khi dùng: ổ trợt k = 1,25 ữ 1,6 ổ bi k = 2,5 ữ 3,2 2.3. Chọn công suất động cơ và chọn loại động cơ. Thời gian xe con chạy hết quãng đờng là: ( ứng với lúc vận tốc v lớn nhất có thể là v = 1m/s ). Giả thiết rằng quãng đờng dịch chuyển của xe con là l = 50 m. s v l t 50 1 50 === Công suất tính trên trục của động cơ khi tải là định mức: )(88,4 82,0.1000 1.4000 .1000 kW vF P dm C C === Công suất cản tĩnh khi xe con chạy không tải. Ta có = 0,76 cùng với tải bằng 0,5 theo đồ thị hình 2-2 [2]: )(63,2 76,0.1000 1.2000 .1000 0 0 kW vF P C C === Giả thiết thời gian xe dừng để tháo tải trọng là t 1 = 120s, thời gian xe dừng để lấy tải trọng là t 2 = 150s. %03,27100 150120100 100 %100 2 2 % 0201 = ++ = ++ = ttt t Chọn công suất động cơ theo công suất trung bình: )(39,9 2 63,288,4 5,2 2 0 kW t tPtP kP CC dm = + = + = Do không có động cơ có = 27,03% nên ta phải quy đổi về loại động cơ có hệ số tiếp điện tiêu chuẩn là = 25%. )(76,9 25 03,27 39,9 % % ' kWPP tc dmdm === Tốc độ của động cơ lúc lớn nhất: 983 35,0.14,3 60.18.1. max === b dc D iv n (vòng/phút) Tốc độ của động cơ lúc nhỏ nhất: 49 35,0.14,3 60.18.05,0 . min min === b dc D iv n (vòng/phút) Vậy ta chọn động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc loại MTK B3U-6 có % = 25%, P đm = 11kW và n đm = 910 vòng/phút. 2.4. Kiểm nghiệm công suất động cơ. 2.4.1. Kiểm nghiệm khả năng phát nóng của động cơ. Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 6 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Để kiểm nghiệm đợc động cơ ta xây dựng đồ thị phụ tải trong một chu kỳ làm việc của động cơ. Nh giả thiết ở trên, thời gian xe con dừng lại để lấy tải trọng là t 02 = 150s và thời gian để xe con dừng lại tháo tải trọng là t 01 = 120s. Mặt khác, ta đã tính toán đ- ợc thời gian để động cơ di chuyển hết một hành trình là: 50s. Vậy ta có: Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 7 M M cđm M c0 t 02 t 02 t tt 01 Đồ thị phụ tải của xe con - cầu trục Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Ta có: )(6,46 983 55,9.4800 Nm P M cdm cdm === )(6,25 983 55,9.2630 0 0 Nm P M C C === )(5,19 370 50).6,256,46( . 22 2 Nm t tM M i iCi dt = + == )(11155,9 910 11000 03,27 25 % % ' NmMM dm tc dm === Ta thấy: M đm > M đt Vậy động cơ đợc chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng. 2.4.2. Kiểm nghiệm động cơ theo khả năng quá tải và khởi động. Với động cơ MTK B3U-6 có tỉ số 1,3= dm th M M và 8,2= dm kd M M Vậy )(1,344111.1,3.1,3 NmMM dmth === M th > M cmax . )(311111.8,28,2 NmMM dmkddm === M kdđm > M cmax Vậy động cơ đợc chọn thỏa mãn điều kiện kiểm nghiệm quá tải và khởi động. Thông số của động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc loại MTK B3U-6 do Liên Xô cũ sản xuất: P đm = 11 kW n đm = 910 vòng/phút 8,21,3 == dm mm dm th M M M M Thông số về Stator. 9,4= stdm stKD I I cos đm = 0,8 cos kđ = 0,72 cos kt = 0,09 I STđm = 26A I ST0 = 15,7A r ST = 0,54 x ST = 0,575 Thông số Rô to Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 8 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục I r đm =19,5A r f, r = 0,73 x f,r = 0,64 Hệ số tính đổi điện trở: K r = K e 2 = 0,78.10 4 Momen quán tính: J = 0,212 (kg.m 2 ) Khối lợng m = 155 (Kg) 2.5. Thiết kế mạch lực bộ biến đổi. D1 D3 D5 D4 D6 D2 C T RB T1 T4 T3 T6 T5 T2 D1' D4' D3' D6' D5' D2' a b c Ta có động cơ có điện áp định mức là 380V và điện áp vào của biến tần cũng là 3 pha 380V. Đây là bài toán chọn van nên để đơn giản trong việc tính chọn các van của bộ biến đổi, ta giả thiết rằng hiệu suất của các bộ chỉnh lu, nghịch lu và khâu liên kết một chiều ( DC link ) đều bằng 100%. Với giả thiết này thì giá trị dòng điện trung bình đi qua các van tính đợc sẽ nhỏ hơn so với thực tế. Do đó, sau này ta cần phải nhân hệ số dữ trữ cao để bù đắp lại sai số mà ta đã giả thiết trong quá trình tính toán này. Đối với bộ nghịch lu thì ta coi thành phần sóng điện áp ra của nó chỉ là sóng điều hòa bậc 1 ( vì nó chiếm tới 96% giá trị điện áp ra ). Giá trị điện áp ra sau bộ chỉnh lu là: VUvU d 8,514220.34,2.34,2 === Mặt khác nếu tính ngợc lại từ phía động cơ: VUU Ad 467220 2 3 2 3 === Sở dĩ có sự chênh lệch này là vì ta không tính đến sụt áp trên các van và lại chỉ giả thiết rằng sóng điện áp ra của bộ nghịch lu là chỉ có điều hòa bậc một. Nếu ta coi NL = DC Link = 1 thì Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 9 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục P d = U d I d = P đm A U P I d dm d 4,21 515 11000 === Dòng điện trung bình qua các van IGBT là: A I I d T 13,7 3 4,21 3 === Điện áp ngợc đặt vào các van IGBT là: VUU dCE T 515== Dòng điện trung bình lớn nhất qua van là: AIKI TiT 52,2813,7.4 max === Điện áp ngợc cực đại đặt vào các van IGBT là: VUKU T CEuCE 1185515.3,2 max === Vậy chọn van IGBT loại: QM30HQ-24 do hãng MITSUBISHI sản xuất có các thông số sau: I Cmax = 30A U CEmax = 1200V I B = 2A Chọn các diode mắc song song ngợc với các IGBT: Điện áp ngợc đặt lên diode là: VUU dngD 515== Dòng điện trung bình đi qua van là: A I I d D 57,3 6 4,21 6 ' === Điện áp ngợc cực đại đặt lên diode là: VUKU ngDuD 1185515.3,2. max' === Dòng điện trung bình đi qua van là: AIKI DiD 3,1457,3.4 'max' === Vậy chọn diode loại: SW12PCR030 có thông số: I max = 30A U = 1,77V U NGmax = 1200V I th = 120A I PIK = 245A T CP = 175 o C Chọn diode cho các van diode của mạch chỉnh lu: Điện áp ngợc đặt vào van là: VUU nguonngD 9,538220.66 === Dòng điện trung bình đi qua van là: A I I d D 13,7 3 4,21 3 === Điện áp ngợc cực đại đặt vào van là: VUKU ngDUngD 11869,538.2,2. max === Dòng điện trung bình đi qua van là: AIKI DiD 6,2813,7.4 max === Vậy ta cũng chọn diode loại SW12PCR030 nh trên. Chn t lc C. Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 10 [...]... Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục 20 Theo yờu cu ca bi v theo c im h truyn ng cho xe con cu trc l cú momen ti khụng i, em chn phng phỏp iu chnh tn s ngun cung cp cho ng c s dng bin tn ngun ỏp cho h xe con cu trc ó cho 3.2 M hnh ton hc ca ng c khụng ng b xừy dng v thit k b iu chnh cn phi cỳ m hnh m t chnh xc ti mc ti a i tng iu chnh Cuộn dây phaV u sv isv ROTO irv iru Trục. .. Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục 27 3.4 Cc chun ti u tng hp mch vng 3.4.1 Chun ti u module Hm chun ti u mụul: 1 Fch m = 2 1 + 2T p + 2T p 2 x(t) 4,3% 2% 0 4,7T s 8,4T s t 3.4.2 Hm chun ti u i xng Hm chun ti u i xng: 1 + 4Tc p Fch x = 2 3 1 + 4T p + 8T p 2 + 8T p 3 x(t) 43 % 2% 0 Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 3,7Ts 16,5Ts t Thiết kế hệ truyền động cho xe. .. dng in ú cho hoc m bo momen ln khi tc bng khng T cc yu cu trn m ta cỳ cc lut iu chnh sau: Lut iu chnh gi kh nng qu ti khng i Lut iu chnh t thng khng i Lut iu chnh tn s trt iu chnh tn s in ỏp ng c khụng ng b Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục 23 Trong n ny em s dng lut iu chnh tn s khng i iu khin ng c khụng ng b truyn ng cho xe con cu trc... cp cho ng c + iu chnh xung in tr mch rụ to Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục 16 + Phng phỏp iu chnh cụng sut trt + Phng phỏp bin i tn s Sau õy l mt s c im v phm vi ng dng ca 4 phng phỏp 1 iu chnh in ỏp cp cho ng c u im: - Tn tht trong b bin i thp - D dng t ng hoỏ - Thit b thc hin l Thyristor hay van hai chiu cú bỏn sn trờn th trng - Phự hp cho. .. lu nờn ta s dng loi cỏnh tn nhit cho nú 2.6.1.3 Tớnh chn cỏnh tn nhit cho IGBT ca mch nghch lu Tra datasheet ca van ta cú cụng sut tiờu tỏn trờn collector l 310W Nhit cho phộp trờn v ca van l: 125 oC Ta chn nhit lm vic trờn cỏnh tn nhit ca van l: 110oC = Tlv Tmt = 110 40 = 70oC Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Din tớch cỏnh tn nhit l: S... Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục 18 Vy ng thi vi vic iu chnh tn s ta phi iu chnh c in ỏp ngun cung cp T cụng thc trờn ta thy khi iu chnh tn s m gi nguyờn in ỏp ngun Us khụng i thỡ t thụng ng c s bin thiờn *Khi s gim t thụng ca ng c ln lờn lm cho mch t bóo ho v dũng in t hoỏ ln lờn Do cỏc ch tiờu nng lng xu i v ụi khi nhiu ng c cũn phỏt nng lng quỏ mc cho phộp *Khi... Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch lực bộ biến đổi 2.6.1 Bảo vệ quá nhiệt cho các van Có 4 loại phát nhiệt trên các van bán dẫn là: [8] Phát nhiệt trong trạng thái dẫn dòng của van Khi van dẫn, do có sụt áp trên các van nên công suất tỏa nhiệt trên van sẽ bằng dòng đi qua van nhân với sụt áp trên van Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục 12 Phát... cụng sut trt u im: - Cụng sut trt c tr v li hoc cp cho ng c mt chiu - c tớnh iu chnh cú cng cao Nhc im: - H thng phi dựng thờm mt s chnh lu cú iu khin hoc ng c mt chiu - t tin hiu qu kinh t thp - Ch phự hp iu khin ng c cụng sut ln 3 iu chnh xung in tr mch roto Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục 17 õy l mt phng phỏp iu chnh n gin v c in ó c... viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục FFT = 14 0,1 1 + 0,001 p 2.7.2 o lng dũng in Ia R Ic Ib U2I R1 I2 C R0 R0 R0 D0 U2I0 S o dũng in xoay chiu ba pha n gin nht l dựng ba mỏy bin dũng nh trờn hỡnh v Ba mỏy bin dũng mc vo ba pha ca mng in v cun dõy ca mỏy bin dũng c ngn mch qua in tr cụng sut R 0 in ỏp th cp mỏy bin dũng c cho qua mt b chnh lu cu ba... ca mch rotor dng cc thnh phn vect trn cc trc ta ox v oy: Is/Isdm 1 0 Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 th s Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục 25 rx = LMisx + Lriix ry = LMiíy + L ti ỉy 0 = R r irx + p rx + s ry 0 = R i + p r ỉy ry s rx Nu gi c bin vect t thng |r| = const th p.|r| = 0 v p.rx = p.ry = 0, v ta cỳ phng trnh cừn bng mch rotor: 1 0 = ( rx LMisx ) + s . chiếc xe con - cầu trục. Sinh viên: Đào Hữu Hùng Lớp: Tự Động Hóa 3 K47 3 Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục Chơng 2 Thiết kế phần lực của hệ truyền. cầu truyền động. Qua tìm hiểu yêu cầu công nghệ của cơ cấu truyền động cho xe con cầu trục ta có một số nhận xét sau: Hệ thống truyền động xe con cầu trục