nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ hàng. xây dựng chương trình tính toán động lực học của cơ cấu nâng có kể đến sự biến dạng của tay cần

KHOA ĐIệN -ĐIệN Tử TầU BIểN Bộ MÔN: ĐIệN Tự ĐộNG CÔNG NGHIệP Thiết kế môn học Tên đề tài: Nghiên cứu tổng quan cấu nâng hạ hàng Xây dựng chơng trình tính toán động lực học cấu nâng có kể đến biến dạng tay cần Giáo viên hớng dẫn: Hoàng Xuân Bình Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thái Bình -1- Chơng1: Tổng quan cấu nâng hạ hàng 1.1 Vài nét phát triển hệ thống nâng hạ øng dơng hiƯn Sù ph¸t triĨn kinh tÕ cđa nớc phụ thuộc nhiều vào mức độ giới hoá tự động hoa trình sản xuất công nghiệp Trong trình sản xuất máy nâng vận chuyển nói chung, cần trục- cầu trục cảng nói riêng cầu nối hạng mục sản xuất riêng biệt phân xởng nhà máy, máy công tác trình sản xuất Các cảng biển Việt Nam giới, cần trục-cầu trục cảng có vị trí quan trọng công nghiệp bốc xếp hàng hoá, nhóm thiết bị nâng vận chuyển chủ lực qua trình vận chuyển lu thông hàng hoá xuất nhập cảng biển Công nghiệp bốc xếp vận chuyển hàng hoá bao gồm nhiều công đoạn nh bốc xếp hàng hóa từ tàu thuỷ lên bÃi kho, lên phơng tiện vận tải đờng bốc xếp hàng hoá theo chiều ngợc lại tàu thuỷ vận chuyển đờng thuỷ Trên cảng, lợng hàng hóa trung chuyể qua cảng đợc lu kho b·i rÊt lín, khèi lỵng bèc xÕp cảng đợc cần trục- cầu trục đảm nhiệm Các cẩu trục sử dụng bốc xếp hàng hoá kho hàng, xí nghiệp khí cảng biển, phân xởng sửa chữa, lắp ráp thiết bị đóng vai trò quan trọng vào công tá dịch vụ kĩ thuật góp phần đại hoá cảng biển Khi đánh giá mức độ địa hoá cảng biển phải kể đến sở hạ tầng cảng nh luồng vào cho tầu biển, cầu cảng máy quản lí cảng Sau phải kể đến nhóm thiết bị bốc xếp hàng hoá cầu trục-cần trục cảng Năng suất, tốc độ luân chuyển hàng hoá hàng năm cảng thờng phụ thuộc vào số lợng trọng tải nâng cần trục- cầu trục cảng Các cảng biển nớc ta đòi hỏi ngày mở rộng phát triển, lực bốc xếp cảng ngày tăng để đáp ứng yêu cầu hàng hoá xuất nhập -2- nghành kinh tế Trong điều kiện thiết bốc xếp chủ yếu đợc nhập ngoại chủng loại đa dạng, mức độ tự động hoá ngày cao Việc khai thác vận hành, bảo dỡng kĩ thuật cho cần trục cầu trục cảng biển đòi hỏi thực nghiêm ngặt quy định cho tong loại nhằm đảm bảo an toàn cho ngờn vận hành hàng hoá trình hoạt động Đồng thời công tác bảo dỡng kĩ thuật cần trục cầu trục phục vụ cho cảng biển kéo dài tuổi thọ cho nhóm thiết bị mạng lại hiệu qu¶ to lín vỊ kinh tÕ kÜ tht Xu thÕ phát triển cần trục- cầu trục cảng năm gần đà ứng dụng thành tựu nghành điện tử tin học Các cần trục hệ trớc kết cấu khí còng đủ độ bền vững đợc đại hoá hệ thống điều khiển, cầu trục cần trục đợc thiết kế đòi hỏi mức độ tự hoá cao 1.2 Một số đặc điểm hệ thống nâng hạ hàng Hệ thống nâng hạ hàng bao gồm khâu -Động truyền động cấu nâng hạ hàng - Bộ truyền khí -Trống tời hệ thống cáp - Quạt làm mát cho động truyền động Động truyền động thông qua hệ thống bánh truyền chuyển động tới trống tời Trống tời quay quấn nhả dây cáp theo chiều ngời điều khiển Tại cabin ngời vận hành thực đợc tất thao tác điều khiển nh biết đợc chế độ hoạt động thiết bị cới trợ giúp nhóm đèn Led, giúp cho ngời vận hành biết đợc trình làm việc cấu hoạt động bình thờng nh xảy cố hỏng hóc Tại ngời ta quan sát đợc tất không gian xung quanh cần trục thông qua sổ cabin kết hợp với gơng cầu treo xung quanh, điều làm cho việc vận hành đợc an toàn ngời thiết bị -3- Chơng 2: Xây dựng mô hình toán cho cấu nâng hạ có tính đến biến dạng tay cần 2.1 Tính toán cấu nâng hạ hàng: 2.1.1 Tính toán đại lợng cấu Đặc điểm quan trọng cấu nâng hạ hàng trọng tải hàng hoá Q (KG), tốc độ chuyển động hàng hóa V G (m/s ) theo biết đợc tỉ số truyền in palăng xác định đợc Sức căng cáp trống tời S (KG), tốc độ dài trống tời V K = VG.in (m/s), đờng kính cáp dK đờng kính tang quấn cáp tời nâng D (m), công suất cần thiết động phải có lµ: N DC = Q.VG Sσ VK = 102η M 102 M Trong đó: M hiệu suất truyền khí n hiệu suất truyền palăng (ròng rọc) Từ tra cứu sổ tay khí, động cụ thể với tốc độ định mức nĐC (vòng/phút) Nếu tang quấn cáp đợc quấn nhiều lớp, đờng kính tang quấn đợc tính nh sau: T D = D + d K (2m 1) Trong đó: D đờng kính tang cáp m số lớp Nếu tang đợc quấn lớp (m=1) thì: T D = D0 Trong D0 đờng kính theo tâm lớp cáp Mômen quay tang cáp đợc tính: -4- T M σ = Sσ Dσ (KGm) Sè vßng quay cđa tang đợc tính thông qua tốc độ dài tang nh sau: n= 60 VK T π Dσ (VG/ph) Khi trªn tang đợc quấn nhiều lớp tốc độ nâng đợc tính theo tốc độ trung bình Các thông số khởi động động thông số hÃm phải đ ợc kiểm tra theo mômen tơng ứng với líp c¸p lín nhÊt Tû sè trun cđa bé trun khí đợc xác định nh sau: i G M n DC = n Để xác định mômen cần thiết đợc tạo từ cấu hÃm, tính toán thiết phải kể đến tổn hao ma sát đa thêm hệ số dự trữ KH Hệ số dự trữ thờng đợc chọn khoảng 1,5; 1,75; 2,0 tuỳ thuộc vào chế độ làm việc cần trục Mômen hÃm cần thiết đợc tính nh sau: MH = ' M σ ηη2η M ' iM K H Trong ®ã: i’M vµ ηM lµ tØ sè trun vµ hiƯu st truyền tang quấn cáp tời nâng trục cấu hÃm Sự tính toán động học giúp ta xác định đợc tất thông số cấu tiến hành dự tính độ bền vứng phận nó, tính toán cần thiết để xác định kích thớc chúng Để xác định thông số động cáu nâng hạ, cần phải xác định lực cản tĩnh cấu, mômen quán tính quy đổi phần chuyển động kể tải trọng ảnh hởng tới làm việc truyền đọng khởi động hÃm Khi biết đợc tốc độ trục truyền động, hặc tốc độ hÃm n (vòng/phút), tỷ số truyền khí i M, tỷ số truyền palăng i n, đơng kính tang quấn cáp, tốc độ nâng hạ hàng việc xác định quÃn đờng chuyển động hàng hoá nh sau: -5- QuÃng đờng khởi động: sTT = T Πn Dσ tTT 120in iM (m) hay sTT = VG t TT (m) Qu·ng ®êng h·m: T Π.n0 Dσ t H sH = 120i n i M (m) hay sH = VG tH (m) Gia tốc củat tải trọng đợc xác định nh sau (K=1) Khi khëi ®éng: T 2.Πn0 Dσ j= 120i n i M t TT VG t TT (m/s2) hay j= (m/s2) hay j=− (m/s2) Khi h·m: T 2.Π n0 Dσ j= 120in i M t H VG tH (m/s2) 2.1.2 Hệ thống truyền động điện động không đồng rotor lồng sóc cho cấu Hinh a) Điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện cho cấu điều khiển nâng hạ hàng sử dụng động không đồng rotor lồng sóc phổ biến -6- Phơng pháp điều khiển tốc độ thông thờng đợc thực cách đổi nối cuộn dây phần ứng để thay đổi số đôi cực p Đảo chiều quay động truyền động đợc thực cách thay đổi chiều từ trờng quay Sơ đồ điện nguyên lí đổi nối cuộn dây stato đựoc trình bày ỏ hình vẽ, đặc tính tĩnh động ơc truyền động cho cấu nâng hạ hàng Trên hình a, cuộn dây phần ứng động không đồng không đồng đấu Y, YY; Trên hình b, tĩnh củađộng không đồng điều chỉnh tốc độ cách đổi nối cuộn dây để thay đổi số đôi cực p cho cấu nâng hạ cần Vùng điều chỉnh tốc độ cho phía nâng cho cấu nâng hạ hàng, độngcơ điện làm việc chế độ động Vùng điều chỉnh tốc độ phía hạ cho cấu hạ hàng, động làm việc chế độ hÃm Hinh b) -7- 2.2 Động học cấu nâng có tính đến biến dạng tay cần Để phân tích đợc trình dao động xảy nâng hạ tải trọng có tính đến kết cấu thép cần trục, ®Õn sù biÕn d¹ng cã thĨ xÐt hƯ thèng cÊu thành từ khối lợng Sơ đồ tổng kết cấu tổng quát nh hình vẽ Các tải trọng : mG trọng lợng tải trọng mK trọng lợng cần mTT trọng lợng rotor động phần tử cấu nâng nối cứng với kG hệ cứng cáp nâng kK hệ cứng cần kim loại Có thể đơng giản hoá toán lí cấu nâng hạ khối lợng mTT lớn nhiều so với mG mk đà quy đổi trục động Do có dao động mạnh cần tải trọng không ảnh hởng nhiều đênd làm việc động Momen quán tính trục động truyền động đợc tính : jx m x rx2 j0 = ( + ) i0 / x i0 / x Khi quy ®ỉi khối lợng hàng hoá, khối lợng cần trục động giá trị chúng cần chia cho bình ph¬ng cđa tØ sè trun ≈ 1000 HƯ thèng nh h×nh vÏ, bao gåm hai bËc tù do, v× vËy để khảo sát đơn giản thuận tiện ta coi khối lợng tải trọng mG, cần mk thống nhÊt nh khèi lỵng m Thùc nghiƯm chØ r»ng việc đơn giản hoá gây sai số không lớn palăng tời dao động tắt dần tắt dần nhanh -8- Chúng ta khảo sát qua trình nâng tải cho phép Các bớc nh sau: Thứ từ sau đóng động căng cáp.Thứ hai tất có cấu tham, gia hoạt động lực móc tăng từ đế Q = m G g Giai đoạn thứ ba giai đoạn nâng tải Để tìm thông số qua trình dao động, phơng trình động học hệ thông đợc viết dới dạng phơng trình Lagranger có vế trái 0, ta xác định dao động tự hệ thống, vế trái lực (mômen) xác định đợc dao động cỡng Để viết phơng trình Lagranger: j= d ∂K ∂K Π ( )− + =0 d t ∂x x x dt Cần phải biết động K hệ thống Phơng trình đợc viết hệ toạ độ chung x cho cấu nâng có dich jchuyển xk trongk lợng cần mK với hệ số cứng kx Động khối lợng mK đợc tính nh sau : mK K=  d xK   d  t   -9- Thế xác định nh sau: xK Π = kx Khi ®ã: ∂K dx ∂x K d = m K ; dt dt dt  ∂K   ∂x  dt     d x2k  = mK  d t2   ∂K ∂ = 0; Π = k x x K x x Phơngtrình Lagranger đợc viết nh sau: mK d x2K + k x xK = hc j= d x2k d t + p xK = Đây phơng trình dao động tự điều hoà Nghiệm chung phơng trình có dạng nh sau: x K = C1 cos pt + C sin pt = A sin( pt + δ ); Trong đó: A Biên độ p= kK - tần số góc dao động tự mK - góc pha đầu Hằng số tích phân C1 C2 A xác định theo điều kiện đầu: t=0; xK = 0; d xK dt =0 Để xác định đợc dao động cỡng lực P gây nên cần xét đến giá trị khác giai đoạn khác trình nâng Phơng trình chuyển động (Lagranger) trờng hợp ®ỵc viÕt nh sau: - 10 - d x2K mK d t + k x xK = P Lùc P tìm đợc nh sau: thời ®iĨm giai ®o¹n thø hai tèc ®é nâng V d xK x K = V t ; dt =V ; d x2K d t2 =0 D¹ng phơng trình chuyển động nh sau: P = kxxK = kK.V.t thời điểm hang nhấc lên khỏi mặt ®Êt ( t= t1 ) P = kK.V.t1 Trong thêi gián P = mG.g = Q, với mG tải trọng, Q trọng lực Từ phơng trình xác định thời gian cho giai đoạn thø hai: t1 = mG g k K V Đoạn dịch chuyển cấu: x K = Vt1 = mG g kK = Q = y CT kK Trong : YCT uốn cong phụ tải tĩnh Trong giai đoạn thứ ba: P=Q=mG.g Khi coi cần tỉa trọng trọng lợng động nhÊt m = mG + mK chun ®éng cïng víi phơng trình vi phân mô tả chuyển động ®ỵc viÕt nh sau: m d x2K d t2 + k K x K = mG g Víi - 11 - hc d x2K d t2 + p xK = q k p = K; m mG mG g= g m mG mK q= NghiƯm chung cđa phong tr×nh ( chó ý xK = q/p2 ) x K = C1 cos pt + C sin pt + d xK dt q ; p = −C1 sin pt + C p cos pt Tiến hành xác định số theo điều kiện đầu: Khi t = 0, dịch chuyển xK = yCT tốc độ chuyển dịch dxK/dt = V Thay giá trị vào ta đợc: q , p x K = yCT = C1 + d xK dt = V = C p, Suy : suy C1 = yCT − C2 = q ; p V p Do ®ã:  q  V q x K =  yCT −  cos pt + sin pt + ;  p p  p   Với p tấnố góc dao động tự Tiến hành biến đổi ta có: x K = yCT cos pt + q (1 − cos pt ) + V sin pt , p p2   q (1 − cos pt )  + V sin pt = yCT cos pt + p yCT   p V×: - 12 - q V + sin pt , p yCT p Cßn d x2K d t = Vp sin pt , Vì tải tổng tải tĩnh tải động, còng giá trị sin thay đổi từ +1 đến -1 nên: V.p  Q d xK P d = Q + = Q 1 − sin pt ,   g dt g   Cßn sinpt = -1 d Max P  V  V.p  1 +  = Q1 + = Q  g g      kK '  = QK d mK + mG Tải cần : m g m + mG    V  yCT + sin pt  = k K  G + K T = k K xK = k K  V p sin pt   p kK kK       mK  V p   mK + mG Vp  1 +  = mG g 1 + sin pt  = Q 1 +  sin pt  , mG g mG  g         m TMax = Q 1 + 1 + K    mG  Vp     g    V  mK = Q 1 + 1 +   g  mG  kK mK + mG C¸c hƯ sè: Cho mãc: - 13 -  '  = QK d' ,    V g kK mK + mG V K = 1+ g kK mK + mG ' Kd = 1+ Cho cÇn: '' d  mK 1 +  m G      C¸c hƯ sè xác định khả động trình nâng cho trờng hợp trình nâng thời ®iĨm ®éng c¬ ®· quay ®đ tèc ®é Ph¬ng pháp điều khiển cần trục kiểu thể đợc áp dụng theo nguyên tắc vận hành cần phải căng cáp nâng trớc sau nâng hàng tốc dộ động tăng đàn đến định mức Các phản ứng động giảm đáng kể - 14 - Chơng 3: Thành lập chơng trình tính toán động lực học 3.1 Nhận xét chung : Điều khiển hệ thống truyền động điện tự động sử dụng cần trục thơng đợc xây dung theo nguyên tắc hệ kín Tốc độ công nghệ đựoc thiết kế nhằm mục đích thoả mÃn yêu cầu bốc xếp loại hàng hoá Điều khiển cấu quay cần trục thuộc dạng hệ thống quán tính, tốc độ biến đổi chem Trớc kĩ thuật điều khiển nhiều vấn đề hạn chế, hệ thống điều khiển thờng đợc xây dung theo dạng SISO, ngày kĩ thuật điều khiển với trợ giúp máy tính, thiết bị điều khiển khả trình PLC đà đợc ứng dụng phổ biến Thiét bị biến đổi công suất phát triển kĩ thuật điều khiể tiên tiến, mô hình toán động không đồng đợc nhận dạng ứng dụng tróng biến tần điều chế theo ®é réng xung (PWM) HƯ thèng ®iỊu khiĨn x©y dùng; hệ thống nhiều đầu vào (MIMO) Điều chỉnh tốc độ việc tổng hợp tín hiệu điều khiển đợc thực theo yêu cầu công nghệ bốc xếp hàng hoá Tín hiệu điều chỉnh mômen cho hệ thống truyền động điện tự động hệ thống sử dụng biến tần PWM Động không đồng bộ, hệ thống sử dụng phụ tải động- động không dồng rotor dây quấn độn điện chiều cã cuéng nèi tiÕp kÝch tõ ®éc lËp nhÊt thiÕt phải tổng hợp tín hiệu điều khiể mômen dựa vào cấu trúc cụ thể cần trục 3.2 Mô hình nhận dạng momen cản cấu nâng hạ hàng Các thông số: Q = 0.8 KK = 1000 m = 18 V = 1,2 - 15 - 3.3 Đặc tính momen cản cấu nâng hạ hàng Hình vẽ: Đặc tính mômen cản cấu nâng hạ hàng mô thời gian 2,5s - 16 - Hình vẽ: Đặc tính mômen cản cấu nâng hạ hàng m« pháng thêi gian 10s - 17 - ... bị -3- Chơng 2: Xây dựng mô hình toán cho cấu nâng hạ có tính đến biến dạng tay cần 2.1 Tính toán cấu nâng hạ hàng: 2.1.1 Tính toán đại lợng cấu Đặc điểm quan trọng cấu nâng hạ hàng trọng tải... phía nâng cho cấu nâng hạ hàng, độngcơ điện làm việc chế độ động Vùng điều chỉnh tốc độ phía hạ cho cấu hạ hàng, động làm việc chế độ hÃm Hinh b) -7- 2.2 Động học cấu nâng có tính đến biến dạng tay. .. biến dạng tay cần Để phân tích đợc trình dao động xảy nâng hạ tải trọng có tính đến kết cấu thép cần trục, đến biến dạng xét hệ thống cấu thành từ khối lợng Sơ đồ tổng kết cấu tổng quát nh hình