đồ án trang bị điện cơ cấu di chuyển cần trục tukan

Sơ đồ động của cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay trung bình - Có thêm cặp bánh răng phụ hoặc hộp gỉm tốc tại các bánh xe nên công.. Các loại động cơ điện : - Động cơ điện một ch

1

Chương 1 : Tổng quan về cơ cấu di chuyển của cần cẩu 1.1 Phân loại cơ cấu di chuyển

1.1.1 Giới thiệu về cơ cấu di chuyển

Cơ cấu di chuyển dùng để di chuyển các máy trục chạy trên đường ray hoặc không có đường ray, loại này có thể di chuyển trên mặt đất.Thông thường các cơ cấu di chuyển gồm các bộ phận chính sau :

3

1.1.2 Một số sơ đồ động của cơ cấu di chuyển thường dùng trong cần cẩu

a Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay chậm

Hình 1.4 Sơ đồ động của cơ cấu di chuyển trục truyền động quay chậm

4

b Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay trung bình

Hình 1.5 Sơ đồ động của cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay trung bình

- Có thêm cặp bánh răng phụ hoặc hộp gỉm tốc tại các bánh xe nên công

việc lắp đặt gặp khó khăn hơn

- Tăng giá thành sản xuất do có thêm nhiều chi tiết hơn

- Giảm hiệu suất truyền động tới các bánh xe

1.1.3 Khái niệm và phân loại bánh xe

a Khái niệm

Bánh xe là bộ phận giúp toàn bộ hệ thống máy di chuyển trên đường Yêu

cầu cơ bản của bánh xe chạy trên đường ray là khi làm việc không trật khỏi đường

Để đảm bảo điều đó, các bánh xe có thể có hai gờ ở hai bên hay có một gờ Tác

dụng của gờ là dẫn cho bánh xe chạy trên đường ray mà không bị trật khỏi đường

5

ray nếu bánh xe có một gờ thì để cho bánh xe không trượt trật khỏi đường ray, các

gờ bánh xe trên hai đường ray nên đặt đối xứng nhau Trong trường hợp bánh xe không có gờ thì để bánh xe không trật khỏi ray người ta đặt các con lăn dọc hai bên của đường ray

a Phân loại động cơ

Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế máy Nó có phạm vi ảnh hưởng rất lớn đến khả năng và chế độ làm việc của máy Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu

rõ đặc tính và phạm vi sử dụng của từng loại, đồng thời cần chú ý đến các yêu cầu làm việc của thiết bị cần được dẫn động Các loại động cơ điện :

- Động cơ điện một chiều (kích từ mắc song song, nối tiếp hoặc hỗn hợp)

và hệ thống động cơ - máy phát (dùng dòng điện kích từ điều chỉnh) cho phép thay đổi trị số của mômen và vận tốc góc trong một phạm vi rộng (3 : 1 đến 4 :1 đối với động cơ điện một chiều và 100 :1 đối với động cơ - máy phát), đảm bảo khởi động

êm, hãm và đảo chiều đễ dàng, do đó được dùng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục và các thiết bị thí nghiệm v.v … Nhược điểm của chúng là giá thành cao, riêng loại động cơ điện một chiều lại khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu

- Động cơ điện xoay chiều bao gồm hai loại : một pha và ba pha

Động cơ điện một pha có công suất tương đối nhỏ, có thể mắc vào mạng điện chiếu sáng, do vậy dùng thuận tiện cho các dụng cụ gia đình, nhưng hiệu suất thấp

Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ ba pha Chúng gồm hai loại: đồng bộ

và không đồng bộ

6

Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị số của tải trọng và thực tế không điều chỉnh được

- Động cơ dị bộ ba pha gồm hai loại: rôto dây quấn và rôto lồng sóc

Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây quấn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy nhỏ nhưng hệ số công suất thấp, giá thành cao, kích thước lớn và vận hành phức tạp, dùng thích hợp khi cần điều chỉnh trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ đã được lắp đặt

Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện Nhược điểm của nó là hiệu suất thấp (so với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc (so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây quấn) Nhờ những ưu điểm cơ bản, động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp Để dẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải, thùng trộn v.v … nên sử dụng loại động cơ này

Khi chọn động cơ điện sử dụng trong máy trục cần phải thoả mãn hai yêu cầu sau :

- Khi làm việc thời gian dài với chế độ ngắn hạn lặp lại, với cường độ cho

trước, động cơ không được nóng quá giới hạn cho phép, để không làm hỏng vật liệu cách điện trong động cơ

- Công suất động cơ điện phải đủ để đảm bảo mở máy với gia tốc cho trước b) Tính và chọn động cơ điện

Phụ tải tĩnh của cơ cấu là do lực cản chuyển động gây ra Lực đó bao gồm hai thành phần chính là: Lực ma sát lăn trên đường đi F1 và lực ma sát trong các cổ trục bánh xe F ct

Thành phần F1 được xác định theo biểu thức:

b

R

f G G

7

b

R - Bán kính bánh xe,[cm]

f- Hệ số ma sát lăn

Nếu bánh xe bằng thép lăn trên đường ray thì f=(0,05- 0,1) cm

Thành phần lực F ctđược xác định theo biểu thức:

ct b

R

G G

Hệ số k được lấy từ thực tế và kinh nghiệm vận hành

1.1.5 Tính toán và chọn cơ cấu phanh hãm

Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong các cơ cấu chính của cần

trục.Phanh dùng trong cần trục thường có những loại sau:phanh guốc, phanh đĩa, phanh đai Nguyên lí hoạt động của các loại phanh nói trên về cơ bản là giống nhau Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lưới điện thì đồng thời cuộn dây của nam châm phanh hãm cũng có điện Lực hút của nam châm thắng lực cản của lò xo, giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc Khi cắt điện, cuộn dây nam châm cũng mất điện, lực căng của lò xo sẽ ép chặt má phanh vào trục động

cơ để hãm

Phanh hãm điện từ thường thường chế tạo theo 2 kiểu: hành trình phần ứng dài(hàng chục mm) và hành trình phần ứng ngắn (vài mm) Loại hành trình dài yêu cầu lực hút nhỏ, nhưng kết cấu cơ khí cồng kềnh và phức tạp Thực tế

thường dùng phanh hãm hành trình ngắn

8

Hình 1.6 Sơ đồ động học của phanh đai

Khi cuộn dây nam châm có điện, lực hút của nam châm sẽ nâng cánh tay đòn lên làm cho phanh không ép chặt vào trục động cơ Khi mất điện, do tự trọng của nam châm và đối trọng của phanh nên cánh tay đòn hạ xuống và đai phanh ghì chặt vào trục động cơ

Đối với loại phanh hành trình ngắn, khi mất điện, dưới tác dụng của lực lò

xo, đai phanh sẽ ép chặt lấy trục động cơ

Khi chọn cơ cấu phanh cần chú ý đến 3 thông số cơ bản: điện áp làm việc, hệ

số tiếp điện tương đối và độ dài hành trình của phần ứng

9

Hình 1.7 Cấu tạo của phanh guốc 1 pha

1,7 Cánh tay đòn của cơ cấu phanh;2 Lõi của lò xo;3 Lò xo

4 Gia định hướng;5 Vòng đệm chặn;6 Bánh đai phanh;

8 Cuộn dây của nam châm điện;9 Guốc phanh và má phanh

1.1.6 Xác định bộ truyền động

a Khái niệm

Trong các hệ dẫn động cơ khí thường sử dụng các bộ truyền bánh răng hoặc trục vít dưới dạng một tổ hợp biệt lập, được gọi là hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền

không đổi và được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn Một loại cơ cấu tương tự nhưng được dùng để tăng vận tốc góc và giảm mômen xoắn được gọi là hộp tăng tốc

b Phân loại

Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phân ra : hộp giảm tốc một cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp Khi cần tỉ số truyền nhỏ (i < 8÷10) thường dùng hộp giảm tốc một cấp để giảm kích thước bao Tuy nhiên hộp giảm tốc hai

10

cấp và hộp giảm tốc trục vít bánh vít được sử dụng rộng rãi hơn khi i >10 Khi cần

tỉ số truyền lớn cần hộp giảm tốc ba cấp, hộp giảm tốc trục vít bánh vít

Theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra: hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn - trụ, hộp giảm tốc trục vít, trục vít - bánh răng hoặc trục vít bánh - vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, hộp giảm tốc bánh răng sóng và động cơ - hộp giảm tốc

Chọn loại và sơ đồ nào của hộp giảm tốc để sử dụng trước hết phải xuất phát từ điều kiện làm việc và yêu cầu cụ thể của từng cơ cấu máy, sự thuận tiện trong việc

bố trí thiết bị của hệ thống dẫn động, đồng thời cần căn cứ vào đặc điểm kết cấu cũng như ưu nhược điểm từng loại, đặc biệt là các thông số cơ bản của hộp giảm tốc như tỉ số truyền i, mômen xoắn Mx và công suất N

1.1.7 Tính toán và xác định bộ truyền động

Để đảm bảo cho máy di chuyển đúng với tốc độ đặt ra ban đầu, ngoài hộp giảm tốc gắn liền động cơ đã chọn ở trên, ta phải thiết kế thêm bộ truyền bánh răng ngoài

Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng ngoài :

i = n

52,815,17 = 3,5 Tính toán bộ truyền bánh răng ngoài :

Yêu cầu của bộ truyền bánh răng

11

Cơ cấu di chuyển gồm 4 nhóm động cơ đặt ở 4 chân của cần trục.Các động cơ truyền động (động cơ dị bộ rôto lồng sóc) được cấp nguồn từ SIM Khi cần dịch chuyển cần trục đến vị trí nâng hạ hàng người điều khiển tác động vào tay trang để điều khiển cơ cấu tùy theo yêu cầu (sang trái hoặc sang phải)

Một số thông số cơ bản của cơ cấu di chuyển:

- Động cơ truyền động có công suất PPdm=7x7,5 kw

- Tốc độ di chuyển V=32m/ph

- Tỷ số truyền i=44,44

- Mô men hãm=150N.m

- Điện áp cấp cho động cơ truyền động và động cơ phanh: 380V,50 Hz

1.2.1 Sơ đồ điện nguyên lý của cơ cấu di chuyển

Cơ cấu di chuyển của họ cần trục TUKAN được giới thiệu trong các bản vẽ của nhóm =5 trong tập bản vẽ lắp ráp, ta có thể thiết lập sơ đồ điện nguyên lý trên hình 1.8 đến 1.12, sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và tín hiệu được biểu diễn trên hình 1.12

- K1(5,4): Công tắc tơ chính đóng nguồn cấp cho mạch động lực

- K5(5,6): Công tắc tơ 1 pha đóng cấp nguồn cho phanh thủy lực

- 66SE70:Bộ biến tần gián tiếp điều chỉnh độ rộng xung PWM

- A30: Bộ điều chỉnh hãm làm mịn tốc độ đông cơ

- K0(5,6): Công tắc tơ chính cấp nguồn dòng cho mạch điều khiển

- K80(5,5): Công tắc tơ trung gian, có điện khi tay điều khiển ở vị trí “0” Công tắc tơ này có nhiệm vụ bảo vệ 0 khi hệ thống mất điện trọn thời gian làm việc

- F51(5,2) và F51(5,2): Rơle nhiệt có nhiệt điện trở đặt trong cuộn dây Stato khi động cơ bị quá tải nó sẽ mở tiếp điểm trong mạch báo động và bảo vệ động cơ ở mạch của động cơ phanh

12

- F11(2,2),F12(2,5),F13(3,2),f14(3,5),F15(4,2),F16(4,5),F17(4,7):Rơ le nhiệt bảo vệ nhiệt ,bảo vệ quá dòng đặt trên mạch động lực động cơ phanh

- H1: Đồng hồ đếm thời gian của cơ cấu

- K05-K08: Giám sát phanh 1 tới phanh 7

- K09: Giám sát chung ca 7 phanh ,1 phanh có lỗi thì K09 sẽ mất điện

- Mạch giao tiếp ET200 có nhiệm vụ truyền dữ liệu CPU S7-318

- Khối SITOP có nhiệm vụ cấp nguồn 24V DC

- Khối IM153-1 đưa tín hiệu giao tiếp với mạch điều khiển của cơ cấu tầm với

-

14

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu di chuyển chân đế

15

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu di chuyển chân đế

16

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu di chuyển chân đế

Khối EB 200 nhận các tín hiệu vào như sau:

- Tín hiệu công tắc tơ chính động lực K1(5,2)

- Tín hiệu phanh thủy lực nhả K5(5,2)

- Tí hiệu công tắc tơ điều khiển dòng động lực K0(5,1)

- Tín hiệu rơle trung gian của tay điều khiển ở vị trí 0 K80(5,2)

17

- Tín hiệu báo phanh có lỗi A30(5,3)

Khối EB 201 nhận tín hiệu vào như sau:

- Tín hiệu từ ÁPTOMAT bảo vệ động cơ của cơ cấu quay móc = 11-F2(5,3) ( Aptomat F2 từ nhóm =11)

- Tín hiệu báo kẹp ray đã mở trên khung cẩu =11-K10(5,3)

- Tín hiệu báo kẹp ray đã mở hoàn toàn=11-K10(5,3)

Khối EB 204 nhận các tín hiệu vào sau:

- Tín hiệu khung ngoạm đã mở =9-K0(5,4)

- Tín hiệu khung ngoạm đã mở hoàn toàn= 9-K11(5,4)

- Tín hiệu báo khóa đồng bộ =9-K3(5,4)

- Tín hiệu báo khóa mở đồng bộ=9-K2(5,4)

- Tín hiệu đường nối trên container=9-K4(5,5)

- Tín hiệu báo lỗi động cơ trên khung ngoạm =9-K5(5,5)

Khối EB 220 nhận các tín hiệu vào sau:

- Tín hiệu kiểm tra mạch phanh K09(5,1)

- Tín hiệu bảo vệ phanh điện từ K04(5,1)

- Tín hiệu bảo vệ động cơ truyền động chính của cơ cấu di chuyển K03(5,1)

- Tín hiệu giám sát nhiệt độ động cơ f511(5,2) và F512(5,2)

Khối EB221 nhận các tín hiệu vào sau:

- Tín hiệu bảo vệ động cơ kẹp ray=0+PRE1- F17(5,2)

- Tín hiệu báo lỗi,ngắt,hết cáp, giám sát quay trái, quay phải từ động cơ quấn cáp 3K1(5,2),2K1(5,2),4K6(5,3),4K8(5,3),4K4(5,3),4K7(5.4)

Khối EB 255 nhận các tín hiệu vào sau:

- Tín hiệu giám sát các nút dưng khẩn cấp =0+P-S03(5,5), = 0+P-S04(5,5),

=0+P-S05(5,6), = 0+P-S08(5,6)

18

Khối EB 228 nhận các tín hiệu vào sau:

- Tín hiệu giám sát công tắc hạn chế vận hành khi quay trái, quay phải

+P-S10(5,7)

Khối đầu ra AB 200 đưa ra các tín hiệu điều khiển sau:

- Công tắc tơ điều khiển dòng K00(5,7)

- Công tắc tơ điều khiển thông gió mạch phanh K50(5,7)

- Tín hiệu khởi động bộ biến tần (ON-OFF)

Khối đầu ra AB 201 đưa ra các tín hiệu điều khiển sau:

- Công tắc tơ điều khiển quay trái động cơ quay móc=11-KP81(5,8)

- Công tắc tơ điều khiển quay phải động cơ quay móc=11- K82(5,8)

Khối đầu ra AB 220 đưa ra các tín hiệu điều khiển sau :

- Công tắc tơ điều khiienr tín hiệu còi báo động K500(5,1)

- Công tắc tơ điều khiển cấp nguồn chiếu sáng K501(5,1)

- Công tắc tơ điều khiển mở động cơ điều khiển kep ray=17-K3(5,2)

- Công tắc tơ điều khiển sấy động cơ khi động cơ dừng hoat động=0-K4(5,2) Công tắc tơ điều khiển mở động cơ quấn cáp =16-K80(5,3)

- Công tắc tơ dự trữ KY

19

Chuẩn bị đưa hệ thống vào làm việc:

Hệ thống không có lỗi, cầu dao chính của cần trục =0+EE1-K02(=0.6.1) đóng cấp nguồn chớ sẵn cho mạch điều khiển và mạch động lực

Tay điều khiển ở vị trí 0:

Nếu hệ thống không có sự cố tức là các tiếp điểm thường dóng trong mạch bảo

- Role điều khiển K00(5,7) có điện đón các tiếp điểm của nó

Mạch điều khiển phanh thủy lực:

- Công tắc tơ K0(5.4) có điểm đóng các tiếp điểm K(5.4) tự nuôi,K0(5.5) cấp nguồn cho phanh thủy lực; K0(5.1) tiếp điểm phản hồi và PLC biết công tắc tơ K0(5.4) đã có điện

Sau khi công tắc tơ K0(5.4) đóng cấp điện cho mạch điều khiển phanh thì PLC gửi tín hiệu đến ET200 đóng tiếp điểm K0(5.6), cấp điện cho K50(5.7) đóng tiếp điểm K50(5.6) cho phanh làm việc Phanh không làm việc nếu role =0-EE2- K005 mất điện, đây là role báo tín hiệu an toàn về quá tải moomen,quá tải tầm với

Hoạt động:

Giả sử đưa tay điều khiển sang trái ( tay điều khiển +KS-S1) qua bộ mã hóa tín hiệu 8 bit dịch chuyển được đưa vào CPU –S7-318 qua khối EB4

Sau khi xử lý CPU đưa ra tín hiệu điều khiển tới bộ biến tần của cơ cấu di

chuyển chân đế.Công tắc tơ K1 có điện đóng các tiếp điểm:

- K11.2 của mạch động lực cấp nguồn cho bộ biến tần

21

Chương 2.Xây dựng chương trình động lực học cho cơ cấu di

chuyển

2.1.Tính toán cơ sở lí thuyết động lực học cơ cấu di chuyển của cần trục

Cơ cấu di chuyển có những thông số đặc trưng cho chuyển động là lực cản trở chuyển động F0,tốc độ di chuyển V n (m/s), đường kính của bánh D(m), và công suất định mức cần thiết của động cơ truyền động là:

V n

K K

D F

M  (2.4)

Cách tính lực kéo theo công suất động cơ truyền động được điều chỉnh bằng cách tính lực kéo theo độ bám, bởi vì độ bám của các bộ phận chủ yếu của truyền động với mặt phẳng đường đi, T xác định bằng hệ số bám ,T  f()không thể nhỏ hơn lực cản chuyển động F n, với hệ số dự trữ bám k C(k C thường chọn bằng 1,2):

k C F n T. (2.5)

Mômen quay và tỷ số truyền tương ứng với vận tốc di chuyển định mức trong các điều kiện bình thường của đường Đối với sự di chuyển trong các điều kiện khác, bánh xe cần phải quay với tốc độ khác được xác định từ lực cản chuyển động ứng với điều kiện đã cho và sử dụng toàn phần công suất động cơ