Bài tập lớn trang bị điện máy xếp dỡ đề tài tính chọn động cơ và xây dựng hệ thống điều khiển cho cơ cấu nâng hạ hàng

Tính chọn động cơ Trong mỗi hệ thống truyền động điện đều có 1 động cơ gọi là động cơ thực hiện.. Với cơ cấu nâng của cần trục ta chưa biết được giane đồ phụ tải mà chỉ biết các thông số

Bài tập lớn

Trang Bị Điện Máy Xếp Dỡ

®iÒu khiÓn cho c¬ cÊu n©ng h¹ hµng

1

Phần 1: Tính chọn động cơ điện 1.1 Các thông số ban đầu

+ Gđm = 8000KG ;

+ G0 = 200 KG ;

+ DTT = 0,8 m ;

+ i = 100 ÷ 120 => Chọn i = 100 ;

+ TĐ = 0,8 ;

+ H = 12 m ;

+ vđm = 0,2 ÷ 2 m/s => Chọn vđm = 0,4;

+ t01 = 150 s ;

+ t02 = 120 s

1.2 Tính chọn động cơ

Trong mỗi hệ thống truyền động điện đều có 1 động cơ gọi là động cơ thực hiện Vì vậy ta cần tính chọn động cơ

Với cơ cấu nâng của cần trục ta chưa biết được giane đồ phụ tải mà chỉ biết các thông số của hệ thống nên ta tính chọn động cơ theo phương pháp gần đúng

1.2.1 Sơ bộ tính chọn động cơ

+ Mômen định mức được tính theo công thức

TD

i

G G

2

)





, Trong đó:

Mđm – mômen định mức;

Gđm – khối lượng hàng định mức, KG;

G0 - khối lượng của móc câu, KG;

i - tỷ số truyền của bộ truyền;

TĐ - hiệu suất truyền động;

DTT - đường kính của tang, m

Vậy :

8000 200.0,5 51, 25

2.100.0,8

đm

+ Số vòng quay định mức được tính theo công thức:

nđm =

R

v

i dm

30

trong đó:

vđm – tốc độ nâng hàng định mức

Vậy : nđm = 30.100.0, 43,14.0,5 = 764 v/p

+ Tính công suất của động cơ:

51, 25.764

41

9550 9550

đm đm đm

Dựa vào các thông số Pđm, nđm, Mđm vừa tính được ta chọn động cơ dẫn động hệ

thống là loại động cơ YD280S- 8/6/4 Động cơ có các thông số sau: ng c có các thông s sau: ơ có các thông số sau: ố sau:

Model

Số

cực Tốc độ Côngsuất Dòngđiện Hiệusuất công suấtHệ số

Dòng khởi động

Momen khởi độngMomen lớnnhất

Source:http://www.ne-enterprises.com/english/products/detail.asp?proid=17

1.2.2 Nghiệm động cơ theo điều kiện phát nhiệt

 Xây dựng đặc tính cơ của động cơ:

2 th

th th

M M

S S



 , Trong đó: + Mth – mômen tới hạn của động cơ, KG.m ;

+ S - độ trượt, s (-1,1);

+ Sth - độ trượt tới hạn,

Sth = Sđm.( + 2 1



 ) , Trong đó: + Sđm - hệ số trượt định mức,

Sđm =

0

0

n

n

n  dm

, + n0 – tốc độ không tải,

n0 =60p f , + f – tần số của dòng điện, f = 50 Hz;

+ p – số đôi cực;

+ nđm – tốc độ định mức;

+  - hệ số quá tải về mômen,

 =

dm

th

M

M

, + Mđm – mômen định mức của động cơ,

3

Mđm =9550. dm

dm

P

n , + Pđm – công suất định mức của động cơ

 Số đôi cực 2p = 8

+ Mômen định mức trên trục động cơ:

Mđm =9550 dm

dm

P

n = 9550

740

30

= 387,2 N.m = 38,72 KG.m + Hệ số quá tải về mômen:

 =

dm

th

M

M

= 1,8 + Tốc độ quay không tải:

n0 = 60p f =

4

50 60

= 750 v/ph

+ Hệ số trượt định mức:

sđm =

0

0

n

n

n  dm

=

750

740

750 

= 0,013 + Hệ số trượt tới hạn:

04 , 0 ) 1 8 , 1 8 , 1 (

013 , 0 ) 1













 đm  

s

+ Mômen tới hạn trên trục động cơ:

72 , 38 8 , 1 

 đm

Ta có:

2 th

th th

M M

S S



 ,

ni=n0.(1-si) ;

Cho s các giá trị nằm trong khoảng từ (-11) ta sẽ tính được các giá trị mô men Mi và

ni

 Số đôi cực 2p = 6

+ Mômen định mức trên trục động cơ:

Mđm =9550 = 9550 99034 = 328 N.m = 32,8 KG.m

+ Hệ số quá tải về mômen:

 =

dm

th

M

M

= 1,8 + Tốc độ quay không tải:

n0 = 60p f = 603.50 = 1000 v/ph.

+ Hệ số trượt định mức:

sđm =

0

0

n

n

n  dm

= 1000 1000990 = 0,01 + Hệ số trượt tới hạn:

03 , 0 ) 1 8 , 1 8 , 1 (

01 , 0 ) 1













 đm  

s

+ Mômen tới hạn trên trục động cơ:

8 , 32 8 , 1 

 đm

Ta có:

2 th

th th

M M

S S



 ,

ni=n0.(1-si) ;

Cho s các giá trị nằm trong khoảng từ (-11) ta sẽ tính được các giá trị mô men

Mi và ni

 Số đôi cực 2p = 4

+ Mômen định mức trên trục động cơ:

Mđm =9550 = 9550 148042 = 271 N.m = 27,1 KG.m

+ Hệ số quá tải về mômen:

 =

dm

th

M

M

= 1,8 + Tốc độ quay không tải:

n0 =

p

f

60

=

2

50 60

= 1500 v/ph

+ Hệ số trượt định mức:

sđm =

0

0

n

n

n  dm

= 1500 15001480 = 0,013 + Hệ số trượt tới hạn:

04 , 0 ) 1 8 , 1 8 , 1 (

013 , 0 ) 1













 đm  

s

+ Mômen tới hạn trên trục động cơ:

1 , 27 8 , 1 

 đm

Ta có:

2 th

th th

M M

S S



 ,

ni=n0.(1-si) ;

5

Cho s các giá trị nằm trong khoảng từ (-11) ta sẽ tính được các giá trị mô men

Mi và ni

1.3 Xây dựng giản đồ phụ tải:

a Tính mômen ở chế độ xác lập:

+ Mômen khi nâng hàng ổn định.

M1 = TT

td

i

G G

2

)





, Trong đó: + Gx – trọng lượng của hàng, Gx = Gđm = 8000KG;

+ G0 – trọng lượng của móc câu, G0 = 200KG;

DTT - đường kính của tang quấn cáp, DTT = 1 m;

i – tỷ số truyền của bộ truyền, i = 100;

tđ - hiệu suất của bộ truyền, tđ = 0,8

Vậy :

M1 = (8000 200).1

2.100.0,8



= 51,25 KG.m

+ Mômen khi hạ hàng ổn định.

M2 = x D TT td

i

G G

 2

) (  0

,

Trong đó: td- hiệu suất truyền ngược, td= (2 1 )

td



0,8

Vậy: M2 = (8000 200).1.0,75

2.100



= 30,75 KG.m

+ Tính mômen khi nâng móc câu.

M3 =

0

0

2



i

D

G TT

, Trong đó: 0 - hiệu suất của cơ cấu khi nâng móc,

z

z

K







1 1

1

0







,

- hệ số tổn hao cơ khí không đổi, =0,05;

Kz - hệ số tải,

0, 025 8000

o z dm

G K G

0,3125

o

z

K K











Vậy:

M3 = 2.100.0,3125200.1 = 3,2 KG.m

+ Mômen khi hạ móc câu ổn định.

G

Trong đó:  ck 0,8: hiệu suất cơ khí

b Tính mômen ở chế độ quá độ:

+ Mômen khởi động khi nâng hàng.

Mkđn = M1 + Mđm = kđ.Mđm , Trong đó:

+ M - mômen tải của hệ thống ứng với M1;

+ Mđm - mômen xuất hiện để động cơ có thể gia tốc được trong quá trình khởi động;

+ kđ - hệ số quá tải theo mômen ở chế độ khởi động,

kđ =

dm

kd

M

M

, Trong đó:

+ Mkđ, Mđm - tra bảng khi chọn động cơ

Trong trường hợp này ta cần tính chính xác nên ta tính Mđn

Mđn =

2 1 1

375.

ht p kd

GD n

Trong đó:

+ GD2

ht = (1,1 ÷ 1,2).(GD2

đc + GD2

kn) + GD2

h , + GD2

đc - tra bảng khi chọn động cơ, GD2

đc = 7,0 KG.m2; + GD2

kn – mômen của khớp nối, + GD2

kn = (0,2 ÷ 0,3) GD2

đc = 0,25.7 = 1,75 KG.m2; + GD2

h - mômen đà của hàng,

GD2 = 4. ( )2

i

R

td

x

2

4.8000 0,5

0,8 100

 

 

  = 1 KG.m2 + GD2

ht = 1,15.(7 + 1,75) + 1 = 11,6 KG.m2 + np1 - tốc độ nâng khi khởi động được xác định nhờ đồ thị đặc tính cơ của

động cơ nó là giao điểm của đường đặc tính 2p=8 (ở góc phần tư thứ I) với tải M1, từ đường đặc tính ta tìm được np = 696 v/ph

7

+ tkđ1 - thời gian khởi độngkhi nâng hàng ,

tkđn =

a

v p

,

a – gia tốc an toàn, a = (0,2 – 0,35)m/s2 => chọn a = 0,3 m/s2

vp1 – vận tốc khi khởi động,

vp1 =

i

R

n dm TT

60

2 

= 696.2.3,14.0,5

60.100 0,36 m/s

 tkđ1 = 0,360,3 = 1,2 s

Mđm = 11, 6.696375.1, 2 = 17,94 KG.m

Vậy:

Mkđn = 51,25 + 17,94 = 69 KG.m

+ Mômen khởi động khi hạ hàng.

Mkđh = M2 + Mđh ,

trong đó:

M2 - mômen khi hạ hàng ổn định;

Mđh – mômen động khi hạ hàng,

Mđh =

kdh

p ht

t

n GD

375

2

,

GD2

ht – mômen đà của hệ thống,

GD2

ht = (1,2 ÷ 1,5)(GD2

dc + GD2

kn )+ GD2

h ,

GD2

h = TT td

x

i

R

G ( ) 

= 4.8200

2

2

 



GD2

ht = 1,2.( 7 + 1,75) + 0,615 = 11,12 KG.m2

np2 - tốc độ hạ hàng khi khởi động, là giao điểm của đường đặc tính

cơ 2p = 8(ở góc phần tư thứ IV) với tải M2  np=750 v/ph;

tkđ2 - thời gian khởi động khi hạ hàng ,

tkđ2 =

a

v p2

,

a – gia tốc an toàn, a = (0,2 – 0,35)m/s2 => chọn a = 0,3 m/s2

vp2 – vận tốc khi khởi động,

vp2 =

i

R

n dm TT

60

2 

= 750.2.3,14.0,5

60.100 = 0,39 m/s

 tkđ2 = 0,39

0,3 = 1,3 s

Mđh =11,12.750375.1,3 = 17 KG.m.

Vậy:

Mkđh = M2 + Mđh = 30,75 + 17 = 47,75 KG.m

+ Mômen khởi động khi nâng móc không.

Mkđnm = M3 + Mđnm ,

Trong đó:

M3 – mômen khi nâng móc câu, M3 = 3,2 KG.m;

Mđnm – mômen động khi nâng móc câu,

Mđnm =

3 3 2

375

kd

p ht

t

n GD

, Trong đó:

GD2

ht – mômen đà của hệ thống,

GD2

ht = 1,2.( 7 + 1,75 ) = 10,5 KG.m2

np3 - tốc độ khởi động khi nâng móc không, là giao điểm của đường đặc tính cơ 2p = 8 ( ở góc phần tư thứ I) và tải M3  np3 = 749 v/ph;

tkđ3 - thời gian khởi độngkhi hạ hàng ,

tkđ3 =

a

v p3

,

a – gia tốc an toàn, a = (0,2 – 0,35)m/s2; => chọn a = 0,3m/s2

vp3 – vận tốc khi khởi động,

vp3 =

i

R

n dm TT

60

2 

= 749.2.3,14.0,5

60.100 = 0,39 m/s

 tkđ3 = 0,390,3 = 1,3 s

Mđnm =10,5.749

375.1,3 = 16 KG.m

Vậy:

Mkđnm = M3 + Mđnm = 3,2 + 16 = 19,2 KG.m

+ Mômen khởi động khi hạ móc câu.

Mkđhm = M4 + Mđhm ,

Trong đó: M4 – mômen khi hạ móc câu, M4 = 0,75 KG.m;

Mđnm – mômen động khi hạ móc câu,

Mđhm =

4 4 2

375

kd

p ht

t

n GD

,

9

Trong đó: GD2

ht – mômen đà của hệ thống,

GD2

ht = 1,2.( 7 + 1,75 ) = 10,5 KG.m2

np4 - tốc độ khởi động khi nâng móc không, là giao điểm của đường đặc tính cơ 2p = 8 ( ở góc phần tư thứ III ) và tải M4 np4 = 750 v/ph;

tkđ4 - thời gian khởi động khi hạ hàng ,

tkđ4 =

a

v p4

,

a – gia tốc an toàn, a = (0,2 – 0,35)m/s2; => chọn a = 0,3 m/s2

vp4 – vận tốc khi khởi động,

vp4 =

i

R

n dm TT

60

2 

= 750.2.3,14.0,5

60.100 = 0,3925 m/s

 tkđ4 = 0,3925

0,3 = 1,3 s

Mđhm =10,5.750375.1,3 = 16,5 KG.m

Vậy:

Mkđhm = M4 + Mđhm =0,75 + 16,5 = 17,25 KG.m

c Tính các thời gian quá độ:

+ Thời gian khởi động nâng hàng: tkđ1 = 1,2 s;

- Thời gian hãm động cơ cấu nâng khi hạ hàng: th1 = 0,5.tkđ1 = 0,5.1,2 = 0,6 s; + Thời gian khởi động hạ hàng: tkđ2 = 1,3 s;

- Thời gian hãm tái sinh:

th2 =

) (

375

2 2

2

kd

k

M M

n GD

 = 375.(30,75 47,5)7.750

+ Thời gian khởi động nâng móc: tkđ3 = 1,3 s;

+ Thời gian khởi động hạ móc: tkđ4 = 1,3 s;

d Tính các thời gian công tác ổn định:

+ Thời gian nâng hàng ổn định:

1 1 1

2

od p

H t

v



 

trong đó:

H- chiều cao nâng hàng, H = 12m;

vp- vận tốc nâng hàng ổn định,

2 .

60.

TT

R

i



np - được xác định qua giao điểm của đường đặc tính cơ 2p=6 (ở góc phần tư thứ I) với đặc tính tải M1, np =954,9 v/ph;

 2

60.

TT

R

i



 = 2.3,14.0,5.954,9

60.100 = 0,5 m/s

tkđ1,th1- thời gian khởi động và hãm động cơ khi nâng hàng

od

p

H t

v



  =0,512  1, 2 0, 62 = 23,1 s

+ Thời gian hạ hàng ổn định.

tođ2 = kd22 h2

p

H v



trong đó:

H- chiều sâu hạ hàng, H = 12 m;

vp- vận tốc hạ hàng ổn định,

2 .

60.

TT

R

i





np - được xác định qua giao điểm của đường đặc tính cơ 2p = 6(ở góc phần tư thứ IV) với đặc tính tải M2, n p = 988 v/ph

2 .

60.

TT

R

i



 = 2.3,14.0,5.988

60.100 = 0,52 m/s

tkđ2,th2, thdn - thời gian khởi động và hãm động cơ khi hạ hàng

tođ2 = kd22 h2

p

H v



 = 12 1,3 0,6

0,52 2



+ Thời gian nâng móc ổn định:

3 3 3

2

od p

H t

v



 

Trong đó:

H- chiều sâu hạ hàng, H = 12 m;

vp- vận tốc hạ hàng ổn định,

2 .

60.

TT

R

i





np - được xác định qua giao điểm của đường đặc tính cơ 2p = 4 (ở góc phần tư thứ I) với đặc tính tải M3 , np =1500 v/ph;

2 .

60.

TT

R

i



 =2.3,14.0,5.1500

60.100 = 0,785 m/s

tkđ3,th3 - thời gian khởi động và hãm động cơ khi hạ hàng

3 32 3

od p

H t

v



  = 0,78512  1,3 0,0852 = 14,24 s

+ Thời gian hạ móc ổn định:

4 42 4

od p

H t

v



Trong đó: H- chiều sâu hạ hàng, H = 12m;

11

vp- vận tốc hạ hàng ổn định,

2 .

60.

TT

R

i





np - được xác định qua giao điểm của đường đặc tính cơ 2p = 4 (ở góc phần tư thứ III) với đặc tính tải M4, np = 1500 v/ph;

2 .

60.

TT

R

i



 =2.3,14.0,5.1500

60.100 = 0,785 m/s

tkđ4,th4 - thời gian khởi động và hãm động cơ khi hạ móc

2

od p

H t

v



  =0,78512  1,3 0,0852 =14,24 s

Vậy thời gian không làm việc là :

t0 = t01 + t02 + t03 + t04 = 150 + 120 + 40 + 40 = 350 s

e) Dựng giản đồ phụ tải:

1.4 Nghiệm động cơ theo điều kiện phát nhiệt

+ Mômen ngắn hạn lặp lại được tính theo công thức:

)

) (

.(

1

4

2 4 4

2 4 3

2 3 3

2 3

2 2

2 2 2

2 2 1

1 0

2 1 1

2 1

od kd

kd od

kd kd

od h kd

kd h

d kd

kd ct

t M t

M t

M t

M

t t M t

M t

t M t

M t





















Trong đó:

t ct - tổng thời gian công tác,

t ct t odt qd ,

t od - tổng thời gian công tác,

t od = tod1 + tod2 + tod3 + tod4 = 23,1 + 22,12 + 14,24 + 14,24 = 73,7 s

t qd - tổng thời gian quá độ,

t qd = tkđ1 + th1 + tkđ2 + th2 + tkđ3 + tkđ4

= 1,2 + 0,17 + 1,3 + 0,6 + 1,3 + 1,3

= 4,57 s

Vậy:

t ct = 73,7 + 4,57 = 78,27 s

 Mngl =

69 1, 2 51, 25 (23,1 0,17) 47, 75 1,3 30, 75 (0, 6 22,12) 1

73,7 19, 2 1,3 3, 2 (14, 24) 17, 25 1,3 0, 75 14, 24

 Mngl = 35,4 KG.m

* Tính mômen quy đổi ( tính cho trường hợp 2p = 8).

+ B% = 40%

+ Tính mô men quy đổi:

m

tt ngl

qd

B

B M

M

%

%







+ Thời gian ngắn mạch tương đối thực tế:

493, 415

ct ck

t



Vậy:

Mqđ = 35, 4 14,94 21, 63

+ Mômen định mức được tính theo công thức;

dm

P

Vậy :

Mqđ < Mđm  Động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện phát nhiệt

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO CƠ CẤU NÂNG

13

2.1 Giải thích các ký hiệu:

- ACB1, ACB2: Các cầu dao tự động có chức năng bảo vệ ngắn mạch

- CC1, CC2, CC3, CC4: Các cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho hệ điều khiển

- CC5, CC6: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho hệ thống phanh

- CH: Phanh điện từ một chiều, nguồn cấp cho phanh được lấy từ cầu chỉnh lưu

- ĐC: Động cơ thực hiện

- QG: Quạt gió làm mát

- BA1, BA2: Các biến áp hạ áp cấp nguồn cho hệ thống phanh và hệ thống điều khiển

- Rp: Điện trở phóng điện cho cuộn phanh

- Rh: Điện trở hạn chế cho cuộn phanh

- pt1,pt2,pt3.pt4: Các rơle nhiệt bảo vệ quá tải ở các cấp tốc độ 1, 2, 3 và cho quạt gió

- 1b1 : Nút dừng khẩn cấp, được đặt ở tay điều khiển chính

- b12: Công tắc hành trình

- K : Tay điều khiển

- C1, C2 : Công tắc tơ nâng và hạ

- C3, C4, C5: Công tắc tơ khống chế tốc độ 1, 2 và3

- C6: công tắc tơ khống chế mạch phanh

- C7: công tắc tơ khống chế quạt gió

- d1 : Rơle trung gian thực hiện bảo vệ không

- d2, d3: các rơ le trung gian thực hiện chức năng đảo chiều quay

- d5: rơ le thời gian có chức năng chuyển từ tốc độ “3”về tốc độ “0”

- d6, d7 : Các rơ le thời gian có chức năng chuyển dần từng tốc độ một, hai, ba khi đưa nhanh tay điều khiển từ tốc độ “0” sang tốc độ “3”

- Tmax, Tmin: các tiếp điểm của thiết bị bảo vệ sức căng tối đa và sức căng tối thiểu trên dây cáp khi nâng hạ hàng

- Mc: tiếp điểm của thiết bị bảo vệ móc chạm đỉnh cần khi nâng hàng

- CL: Chỉnh lưu

2.2 Nguyên lý hoạt động:

- Đóng cầu dao tự động để cấp nguồn cho hệ thống

+ Mở cửa gió làm mát b12=1, C7 =1 làm cho các tiếp điểm C71=1(ở mạch động lực) Như vậy QG=1, tiếp điểm C72=1: động cơ sẵn sàng làm việc ở tốc độ 2 hoặc 3

+ Khi tay điều khiển ở vị trí “0”: K1=1 => d1=1: cuộn hút của rơle d1 được cấp nguồn qua vị trí “0” của tay điều khiển, công tắc tơ C3=1, rơ le thời gian d5=1 Như vậy khi tay điều khiển ở vị trí “0” thì động cơ sẵn sàng làm việc

* Tay điều khiển ở vị trí nâng hàng: