Đồ án cẩu giàn

Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức Trường : đại học Giao Thông Vận Tải TPHCM Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thơng Lớp : TD08 Thành viên nhóm 13 :  Đàm Quang Thái TD08 0851050052  Trần Văn Hàn DC09 0951060013 Đề tài : Cẩu giàn Cẩu nhà máy bao gồm khâu nâng hạ chạy ngang, tải M =5 tấn, vận tốc 0.3 m/s cho động nâng hạ, m/s cho động điều khiển chuyển động ngang Chọn động kéo, hộp số, AC drive - Điều khiển cẩu dàn chạy ngang nâng hạ nút ấn, có bảo vệ hành trình hai đấu, kết hợp điều khiển trình thắng khi nâng hạ Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn I GVHD:Lê Quang Đức GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẨU GIÀN NỘI DUNG ĐỀ TÀI : Cẩu giàn  Cẩu nhà máy bao gồm khâu nâng hạ chạy ngang, tải M =5 tấn, vận tốc 0.3 m/s cho động nâng hạ, m/s cho động điều khiển chuyển động ngang Chọn động kéo, hộp số, AC drive  Điều khiển cẩu dàn chạy ngang nâng hạ nút ấn, có bảo vệ hành trình hai đấu, kết hợp điều khiển trình thắng khi nâng hạ MƠ HÌNH HỆ THỐNG CẨU GIÀN :  Trong cơng nghiệp cổng trục có nhiệm vụ di chuyển hàng hóa, vật tư, thiết bị từ vị trí sang vị trí khác phân xưởng, cụm cảng biển, nhà máy Cổng trục tự động hóa trình nâng, hạ bốc xếp trang thiết bị, vật tư, hàng hóa làm giảm sức lao động tăng suất chất lượng lao động  Cấu tạo cổng trục gồm có cấu chính: cấu nâng hạ, cấu di chuyển xe con, cấu di chuyển xe cầu Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CỦA CẨU GIÀN :  Về môi trường làm việc: cẩu giàn thường lắp đặt nhà xưởng để ngồi trời, mơi trường làm việc cẩu giàn nặng nề, đặc biệt vào mùa đông nhiệt độ môi trường giảm làm cho mômen ma sát ổ đỡ tăng lên làm tăng mômen cản tĩnh  Về chế độ làm việc: cầu giàn làm việc bốc dỡ hàng hóa nhiều lần nên chế độ làm việc cầu giàn chế độ ngắn hạn lặp lại chế độ làm việc cấu cầu giàn nặng nề: tần số đóng cắt lớn, chế độ độ xảy nhanh mở máy, hãm đảo chiều liên tục  Về yêu cầu công nghệ: từ đặc điểm rút yêu cầu hệ truyền động cầu giàn là: - Cấu trúc hệ truyền động phải đơn giản - Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản, dễ thay - Cần có mạch bảo vệ tải ngắn mạch - Cần hạn chế hành trình xe cầu, xe con, hành trình lên cấu nâng hạ - Đảm bảo hạ hàng tốc độ thấp  Đặc tính động làm việc chế độ ngắn hạn lập lại Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức Đặc điểm chế độ thời gian làm việc (có tải) khơng đủ cho nhiệt độ động tăng đến giá trị ổn định, thời gian nghi không đủ nhiệt độ động giảm đến nhiệt độ môi trường (𝜏 = 0) Đồ thị phụ tải đường cong nhiệt sai động chế độ biểu diễn hình Đặc trưng cho đồ thị phụ tải ngắn hạn lặp lại độ lớn phụ tải Pc Mc “thời gian đóng điện tương đối” TĐ TĐ%: TĐ = tlv/tck, TĐ% = (tlv/tck)% Trong : tlv thời gian làm việc (có tải); tck = tlv + tn thời gian chu kỳ, tn thời gian nghỉ Đặc tính làm việc biến tần điều khiển động làm việc chế độ ngắn hạn lập lại Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức Trên đồ thị ta thấy ω=0, Mc lớn từ đến 2.5 lần,Mc ứng với tốc độ định mức Tải momen không đổi cần momen khởi động lớn lúc ban đầu Dòng khởi động đạt tới 150% định mức vòng phút Yêu cầu biến tần điều khiển vector HƢỚNG GIẢI QUYẾT:  Sơ đồ hệ thống cẩu giàn  Chọn động cơ, thiết bị truyền động,thiết bị cung cấp bảo vệ biến tần hãng Siemens, phụ kiện biến tần, điện trở hãm, lọc, thiết bị bảo vệ CB,cầu chì…  Thiết kế vẽ mạch điện động lực mạch điều khiển,tủ điện  Cài đặt thông số động ,biến tần,các chế độ điều khiển Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn II GVHD:Lê Quang Đức TÍNH TỐN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG : CƠ CẤU NÂNG HẠ : 1.1 Tính tốn : 1.1.1 Tính tốn phụ tải tĩnh: Sơ đồ cấu nâng hạ: Chọn hộp số cho động nâng hạ cẩu trục Tỉ số truyền động 𝑖= 2𝜋𝑅𝑡 𝑛 2𝜋 ∗ 0.15 ∗ 1500 = = 78,5 𝑣𝑛 18 𝑅𝑡 𝑙à 𝑏á𝑛 𝑘í𝑛ℎ 𝑡𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑟ố𝑛𝑔 = 150 𝑚𝑚 , 𝑣𝑜𝑛𝑔 𝑛 𝑙à 𝑡ố𝑐 độ độ𝑛𝑔 𝑐ơ = 1500 𝑝ℎú𝑡 𝑣 𝑙à 𝑡ố𝑐 độ 𝑛â𝑛𝑔𝑡 ả𝑖 = 18𝑚/𝑝ℎú𝑡 Với 1.1.2 Tính chọn cơng suất moment: - Trọng lượng vật nâng : G= =(50000N) - Trọng lượng cấu nâng vật(chọn theo tiêu chuẩn Nga) Go=0,25G=5000*0,25=1250kg=(12500N) Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức - Momen nâng có tải : Mn  (G  G0 ) Rt (50000  12500)* 0,15   132,7( Nm) i u. 1* 78,5* 0,9 - Cơng suất nâng có tải : Pn  M n n M n 2.n 132, 2.1500    20,8(kw) 1000 1000 60 1000 60 - Momen nâng không tải: Mn  G0 Rt 12500.0,15 ( N.m)   26,54( Nm) i u. 78,5.0,9 - Momen hạ có tải: Mh  (G  G0 )Rt (50000  12500).0,15 (2  )  (2   106.157( Nm) i u  78,5 0,9) - Momen hạ không tải: Mh0  1.1.3 G0 Rt 12500.0,15 (2  )  (2  )  21,23( Nm) i u  78.5 0,9 Tính tốn hệ số tiếp điểm phụ tải: - Chiều cao nâng :H=5m - Vận tốc nâng : v = 0,3m/s - Thời gian nâng vật : t n = H   16,67(s) v 0,3 - Nếu coi thời gian giai đoạn : nâng có tải,hạ có tải ,nâng khơng tải hạ khơng tải Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức =>Tổng thời gian làm việc :t lv =4t n =16,67*4=66,68(s) - Chiều dài di chuyển xe theo chiều ngang :L=8m - Vận tốc di chuyển xe theo chiều ngang :v=1m/s  Thời gian di chuyển xe chu kỳ làm việc - Tổng thời gian móc hàng dỡ hàng  L v :t xc =   16(s) :t md =60(s) Tổng thời gian làm việc chu kỳ t ck =t lv +t xc +t md =66,68+16+60=142,68(s) - Hệ số tiếp điện phụ tải tính theo cơng thức : 𝜀 pt = 66,68 t lv * 100%  46,7% = t ck 142,68 - Hằng số thời gian đóng mạch tương đối động theo tiêu chuẩn tương ứng với chế độ làm việc nặng nề :𝜀 tc =40%(do nhà sx chếtạo) 1.1.4 Tính tốn cơng suất động : P đc =P n  pt tc  20,8 46,7 = 36,7(kw) 15 Vận tốc tang : Vậy 𝑛𝑡 = 1.1.5 𝑛 𝑑𝑐 𝑖 = 1500 78,5 ta có = ndc nt = 19 (v/p) Tính tốn chọn phanh cho cấu nâng hạ Trong trình hoạt động, xảy cố bất thường tuột cáp,vật mang di chuyển bị va chạm với chướng ngại vật nhà xưởng phải có thiếtbị hãm chuyển động hệ thống lại,tránh hư hỏng cho phận khác tránh gây tai nạn sản xuất Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức 𝑀𝑐ℎ = 𝑀𝑐ℎ = (𝐺đ𝑚 + 𝐺𝑜 )𝑅𝑡 − , [𝑁𝑚] 𝑖 𝑢 𝜂 50000 + 12500 0.15 2− = 106,157[𝑁𝑚] ∗ 78,5 0,9 Gđm : tải trọng định mức Go : trọng lượng cấu bốc hàng Rt : bán kính tang trống i : tỉ số truyền u : số mạch nhánh ròng rọc 𝜂 : hiệu suất cấu Momen cấu phanh 𝑀𝑝ℎ = 𝑘 𝑀𝑐ℎ Với k=1.5 động làm việc chế độ nhẹ 𝑀𝑝ℎ = ∗ 106,157 = 212,3[𝑁𝑚] Dựa vào số liệu tính tốn ta chọn động theo yêu cầu sau:  Động cực,tốc độ rotor :1500 (v/p)  Động có cơng suất :36,7 (kw)  Tỉ số truyền động :78,5  Tốc độ đầu động : 19 (v/p)  Momen phanh :212,3 Nm 1.2 CHỌN ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ:  Các điều kiện chọn động cơ: - Độ chịu nhiệt lớp cách điện cao (F H) - Mơmen qn tính bé để giảm thiểu tổn hao lượng chế độ độ - Từ thông lớn để nâng cao khả tải động Nhóm 13 Page Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức - Có khả chụi tải cao (Mmax/Mđm= 2,15 ÷ đơng khơng đồng 2,3 ÷ 3,5 động điện chiều) - Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% 15%, 25%, 40% 60% Dựa vào yêu cầu ta chọn động hãng Siemens có gắn liền hộp số phanh hãm có mã hiệu FD.188B-LG225S4E loại 2KJ1410-ME13-C1 Cơng suất Tốc độ định mức Tỉ số truyền Tốc độ đầu Điện áp định mức Dòng điện định mức Hệ số cơng suất Nhóm 13 37 Kw 1470 vịng / phút 74,58 19,7 vòng / phút 400 V 66 A 0,87 Page 10 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Chọn CB(circuit-breaker) mã hiệu: 3RV1031-4FA10 Bảo vệ biến tần,đóng ngắt nhanh có cố ngắn mạch,quá tải sụt áp mạch điện Thông số :  CB chỉnh dòng Siemens 3RV1031-4FA10  Size S2, Class 10  Bảo vệ tải động pha 400VAC, 18.5 kW  Dòng điện định mức: In = 40 A  Dải dòng điện điều chỉnh: 28 40 A  Dòng cắt ngắn mạch tức thời: Im = 520 A  Dòng cắt ngắn mạch tới hạn: Icu = 50 kA  Tiếp điểm phụ:  Độ bền tiếp điểm: o Cơ: 50,000 lần o Điện: 25,000 lần  Chọn Cầu chì (fuses) mã hiệu: 3NA3812 Cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch nhanh cho hệ thống Nhóm 13 Page 31 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Chọn contactor cho biến tần Contactor dùng để đóng cắt mạch cho hệ thống.Để chọn contactor cho biến tần ta chọn contactor có dịng điện dịng vào định mức biến tần 22A Ta chọn contactor hãng Siemens mã hiệu 3TF43 22-0XN2  Chọn cáp điện cho cấu chạy ngang Dựa vào yêu catalog hướng dẫn chọn cáp,ta chọn loại cáp có tiết diện dây khoảng từ 4mm đến 10mm Ta chọn cáp điện Cadivi lõi catalog Thông số lắp đặt : - Nhiệt độ không khí 300C Nhiệt độ ruột dẫn tối đa cáp tải dòng điện định mức 700C Dòng điện định mức độ sụt áp cáp ruột đồng CVV , cách điện PVC, vỏ PVC không giáp bảo vệ, lắp khơng Nhóm 13 Page 32 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Chọn cơng tắc hành trình Ta chọn cơng tắc hành trình Siemens (catalog cơng tắc hành trình trang 8) Nhóm 13 Page 33 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN :  Chọn MCB pha Chọn MCB pha ta chọn loại 5SX21067CC Siemen Nhóm 13 Page 34 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức Bảo vệ, đóng cắt mạch điều khiển : có dòng định mức 6A, điện áp 220V Dùng để bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển  Chọn cầu chì pha - Chọn cầu chì: 5SB 231 Siemen có dịng điện định mức 6A điện áp 220V Hình ảnh Thơng số kĩ thuật Nhóm 13 Page 35 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Chọn relay: Chọn relay MCRA031AT có điện áp định mức 220 V,dòng điện định mức 6A (Catalog relay trang 1) Nhóm 13 Page 36 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Chọn nút nhấn Hãng sản xuất: IDEC Giá: 10.02 $ Hình ảnh: Catalogue: Nhóm 13 Page 37 Đồ án cẩu giàn Nhóm 13 GVHD:Lê Quang Đức Page 38 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Chọn đèn báo :  Bộ nguồn dc cấp cho phanh động nâng hạ: Nhóm 13 Page 39 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Chọn tủ điện hãng TADICO: Nhóm 13 Page 40 Đồ án cẩu giàn IV GVHD:Lê Quang Đức THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC Mạch động lưc thiết kế đấu nối theo yêu cầu sau  Sơ đồ hoạt động phanh Nhóm 13 Page 41 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Sơ đồ đấu nối biến tần Nhóm 13 Page 42 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức Bản vẽ mạch động lực (file Auto CAD đính kèm)  THUYẾT MINH MẠCH ĐỘNG LỰC Mạch động lực cấp nguồn từ điện áp lưới,qua cầu chì pha CB bảo vệ.Sau đấu nối vào line choke ,rồi đến lọc LC ,đến biến tần Khi xảy cố ,ngắn mạch,quá tải mạch động lực,các CB bảo vệ tác động, làm ngắt nguồn khỏi biến tần.Ngồi cịn có thiết bị bảo vệ khác cầu chì,contactor.Các thiết bị bảo vệ tác động xảy cố V THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN : Bản vẽ mạch điều khiển (file Auto CAD đính kèm)  Nguyên lí hoạt động mạch điều khiển Mạch cấp nguồn 220vAC  Khi ta bấm nút start mạch điện cấp nguồn cho Contactor KM1, KM2, K0 tiếp điểm K0 bên mạch điều khiển đóng lại trì nguồn cho mạch,các contactor có điện làm tác động đến tiếp điểm bên mạch động lực đóng lại,cấp nguồn cho hệ thống sẵn sàng hoạt động.Đèn D1 sáng báo nguồn hệ thống sẵn sàng  Khi ta bấm nút nâng ,relay K1 có điện ,các tiếp điểm thường mở K1 đóng lại trì nguồn cho relay ,đồng thời tiếp điểm thường đóng K1 mở ra,bên mạch động lực tiếp điểm K1 đóng lại đưa nguồn vào xử lí biến tần với tần số 50Hz.biến tần điều khiển động nâng tải Đèn D2 sáng báo chế độ nâng tải,khi tải nâng đến giới hạn nâng hạn chế nâng tải gắn tang LW1,bộ hạn chế mở ngắt nguồn relay,làm cho K1 mở  Khi ta bấm nút hạ,relay K2 có điện ,các tiếp điểm thường mở K2 đóng lại trì nguồn cho relay.Đồng thời tiếp điểm thường đóng K2 mở ra,bên Nhóm 13 Page 43 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức mạch động lực tiếp điểm K2 đóng lại đưa nguồn vào xử lí biến tần với tần số 50Hz biến tần điều khiển động hạ tải.đèn D3 sáng báo chế độ hạ tải, tải hạ đến giới hạn hạ hạn chế hạ tải gắn tang LW2,bộ hạn chế mở ngắt nguồn relay,làm cho K2 mở  Trường hợp động nâng hạ hàng mà ta muốn động dừng lại.khi ta bấm nút dừng,các relay điện ,các tiếp điểm trả vị trí ban đầu  Khi ta bấm nút phải ,relay K3 có điện ,tiếp điểm K3 đóng lại trì nguồn cho relay,đồng thời tiếp điểm thường đóng K3 mở ra,bên mạch động lực tiếp điểm K3 đóng lại đưa nguồn vào xử lí biến tần với tần số 50Hz.biến tần điều khiển động đưa xe chạy ngang sang bên phải ,đèn D4 sáng báo chế độ chạy sang phải,khi xe chạy đến cuối đường ray tác động đến cơng tắc hành trình LWP,cơng tắc hành trình tác động làm tiếp điểm mở ra,ngắt nguồn relay,tiếp điểm K3 mở  Khi ta bấm nút trái ,relay K4 có điện ,tiếp điểm K4 đóng lại trì nguồn cho relay,đồng thời tiếp điểm thường đóng K4 mở ra,bên mạch động lực tiếp điểm K4 đóng lại đưa nguồn vào xử lí biến tần với tần số 50Hz.biến tần điều khiển động đưa xe chạy ngang sang bên trái đèn D5 sáng báo chế độ chạy sang trái ,khi xe chạy đến cuối đường ray tác động đến công tắc hành trình LWT,cơng tắc hành trình tác động làm tiếp điểm mở ra,ngắt nguồn relay,tiếp điểm K4 mở  Khi có cố biến tần đưa thơng tin cảnh báo,khi tiếp điểm COM1NO1 bên biến tần xử lí đóng lại,relay R1 hoạt đóng tiếp điểm thường đóng R1 mở ,ngắt nguồn toàn hoạt động hệ thống Đồng thời tiếp điểm thường mở COM-NO đóng lại cấp nguồn cho đèn báo cố Đ6 Nhóm 13 Page 44 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Mạch thiết kế bảo vệ 0,khi hệ thống hoạt động mà đột ngột điện,khi có điện lại hệ thống phải khởi động lại từ đầu không tự động chạy tiếp  Chế độ bảo vệ mạch điều khiển :Khi xảy tượng tải ,quá dịng,ngắn mạch điều khiển cầu chì pha CB pha tác động ,bảo vệ mạch  Khi biến tần hoạt động xử lí đóng phanh hãm khí thơng qua contactor RD1  Biến tần có đầu số.1 đầu số điều khiển chế độ báo lỗi.1 đầu số điều khiển phanh hãm khí Nhóm 13 Page 45 ... 66 A 0,87 Page 10 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Thơng số kích thước động Nhóm 13 Page 11 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Thơng số phanh động Nhóm 13 Page 12 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang... 0,84 Page 15 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Thơng số kích thước động (trang 3/122) Nhóm 13 Page 16 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Thông số phanh động Nhóm 13 Page 17 Đồ án cẩu giàn III GVHD:Lê... Nhóm 13 Page 37 Đồ án cẩu giàn Nhóm 13 GVHD:Lê Quang Đức Page 38 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê Quang Đức  Chọn đèn báo :  Bộ nguồn dc cấp cho phanh động nâng hạ: Nhóm 13 Page 39 Đồ án cẩu giàn GVHD:Lê