Đồ án trang bị điện đề tài thiết kế hệ thống truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ cầu trục

Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN GVHD: Nguyễn Văn Hà SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện Lời Nói Đi Nói Đầuu Trong thời đại ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật , đã có tác động đáng kể đến quá trình sản xuất của loài người Việc ứng dụng những thành tựu này vào công cuộc sản xuất đã nâng cao năng xuất lao động , giảm giá thành sản xuất, đặc biệt giảm tối thiểu lượng sức lao động cơ bắp của con người đây là những yêu cầu thích đáng, được xem là một chiến trong trong cuộc xây dưng và phát triển đất nước Trên góc độ kỹ thuật, một dây chuyền sản xuất tự động hóa được hình thành do sự phối hợp nhịp nhàng và có hiệu quả của nhiều công đoạn khác nhau Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện những công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất, và do đó truyền động điện đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Những thành tựu trong lý thuyết truyền động đã ra đời và nhanh chóng được ứng dụng vào sản xuất để đáp ứng yêu cầu công nghệ mới với mức độ tự động hóa cao Sau một thời gian học tập và nghiên cứu trong trường bây giờ với sự hướng dẫn của thầy giáo: Nguyễn Văn Hà em sẽ đi sâu vào nghiên cứu: Thiết kế hệ thống truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ cầu trục nhằm đáp ứng những nhu cầu mà xã hội ngày nay đang cần Trong quá trình thiết kế vì kinh nghiệm cũng như kiến thức chưa được tốt thì mong thầy cô và các bạn đồng nghiệp góp ý kiến để em có thể tiếp tục hoàn thiện mình cũng như đồ án mình được hoàn hảo hơn Em xin chân thành cảm ơn! Vinh ngày Tháng Năm 2017 Sinh viên Nguyễn Cảnh Hùng GVHD: Nguyễn Văn Hà 2 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện CHƯƠNG ING I TỔNG QUANNG QUAN VỀ CƠ CẤU CƠNG I CẤU NÂNG U NÂNG CỦA CẦU TA CẦU TRỤCU TRỤCC 1.1 Lý thuyết chung về nâng hạ cầu trục 1.1 Khái niệm chungm chung Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất Trong quá trình sản xuất máy nâng hạ vận chuyển đóng vai trò khá quan trọng Máy nâng, vận chuyển là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất Máy nâng vận chuyển được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, xây dựng, giao thông Trong nhóm máy vận chuyển thì cầu trục là một thiết bị vận chuyển điển hình Trong cầu trục có 3 chuyển động: - Chuyển động của xe cầu theo phương ngang (xe cầu đi dọc theo phân xưởng) - Chuyển động của xe con theo phương ngang (xe con di chuyển trên xe cầu theo chiều ngang phân xưởng) - Cơ cấu nâng hạ được bố trí trên xe con và nó được chuyển động theo phương thẳng đứng (thực hiện nâng hạ tải trọng) 1.1.2 Đặc điểm c điểm chungm chung của cơ cấa cơ cấu nâ cấu nâng_u nâng_hạ cầu tr cầu trụcu trụcc Phụ thuộc vào đặc điểm hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng và phương vận chuyển mà các máy nâng, vận chuyển rất đa dạng Việc phân loại một cách hoàn hảo các máy nâng, vận chuyển rất khó khăn Hệ thống cầu trục thường có ba chuyển động: - Chuyển động nâng của bộ phận nâng tải - Chuyển động ngang của xe trục - Chuyển động dọc của xe cầu Nội dung của đồ án là thiết kế hệ truyền động cho riêng cơ cấu nâng hạ Để có thể đưa ra những phương án hợp lý cho hệ truyền động cơ cấu nâng hạ, trước hết ta đi phân tích khái quát những điểm cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu Về loại phụ tải : Đặc điểm của động cơ truyền động trong cơ cấu cầu trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có số lần tần số đóng điện lớn Yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cần trục nhất là cơ cấu nâng hạ , phải có khả năng đảo chiều quay mô men thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt Theo khảo sát thực tế thì khi không có tải trọng mô men động cơ không vượt quá 15% -:- 20% Mdm , đối với cơ cấu nâng của cần trục ngoặm đạt tới 50%Mdm GVHD: Nguyễn Văn Hà 3 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện Yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các truyền động các cơ cấu của máy nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc, giảm tốc phải êm Bởi vậy, mô men động trong quá trình hạn chế quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn Ở các máy nâng tải trọng , gia tốc cho phép thường được quy định theo khả năng chịu đựng phủ tải động của các cơ cấu Đối với cơ cấu nâng hạ cần trục, may xúa gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0,5m/s2 để không làm giật đứt dây cáp Ngoài ra động cơ truyền động trong cơ cấu này phải có phạm vi điều chỉnh rộng, và có các đường đặc tính cơ thỏa mãn yều cầu công nghệ Đó là các yêu cầu về dừng máy chính xác, nên đòi hỏi các đường đặc tính cơ thấp, có nhiều đường đặc tính trung gian để mở hãm máy êm Phạm vi điều chỉnh : Không lớn, ở các cần trục thông thường D≤ 3:1 Ở các cần trục lắp ráp D = 10: 1 hoặc lớn hơn Độ chính xác điều chỉnh không yêu cầu cao, thường trong khoảng ± 5% Yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ, để giữ chặt trục khi sự cố mất điện Bảo vệ an toàn cho người và tài sản Trong sơ đồ khống chế có công tắc hành trình để giới hạn phạm vi chuyển động Yêu cầu nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cần trục không vượy quá 500v Mạng điện xoay chiều thường dùng là 220V, 380V ; Mạng điện 1 chiều 220V, 440V * Mômen cản trên trục động cơ là: Tổng hợp của hai mômen thành phần - Mômen do ma sát gây ra luôn chống lại chuyển động quay của đông cơ - Mômen do tải trọng sinh ra sẽ chống lại hoặc hỗ trợ chuyển động quay của động cơ tuỳ thuộc vào lúc tải trọng đi lên hay đi xuống * Tính chất của phụ tải là làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại * Chu kỳ làm việc của cơ cấu: - Hạ không tải - Nâng tải - Nâng không tải - Hạ tải 1.1.3.Đặc điểm c tính cơ cấu nâ của cơ cấa phục tảii phụ tải của cơ cấu nâng hạ là loại phụ tải thế, có trị số không đổi, không phụ thuộc vận tốc và chiều quay của động cơ Khi nâng tải momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động, có hướng ngược với chiều quay của động cơ Khi nâng tải mômen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động , có hướng ngược với chiều quay của động cơ Khi hạ tải, mômen thế năng lại là mômen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hướng theo chiều quay của động cơ Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như GVHD: Nguyễn Văn Hà 4 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện w(rad/s) 0 Mc M(Nm) Hình 1.1 Đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ Ta thấy: Khi hạ tải tương ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì Md là momen hãm, Mc là momen gây chuyển động Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai momen đều gây chuyển động Như vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải được điều khiển để làm việc đúng với trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải Phụ tải của cần trục có thể biến đổi từ 0 khi hạ tải hoặc nâng móc câu không tải Khi hạ không tải, trọng lượng của móc câu không đủ để bù lại các lực ma sảttong truyền động nên, nên động cơ phải sinh ra một momen nhỏ theo chiều hạ Khi hạ những tải trọng lớn, không những các lực ma sát được khắc phục mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó Khi đó, muốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phương tiện nhất định 1.2 Tính toán cơ cấu nâng hạ 1.2.1 Sơ cấu nâ đồ động h động học ng học của cc của cơ cấa cơ cấu nâ cấu nâng_u nâng Như đã tìm hiểu ở trên, động cơ truyền động trong cơ cấu nâng làm việc với chế độ ngắn hạn lặp lại, mở máy và hãm máy nhiều Do đó, khi chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động Hình1.2 Sơ đồ cơ cấu GVHD: Nguyễn Văn Hà 5 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện 1.2.2 Biểm chungu thức phụ tc phục tảii tĩnh Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu là do tải trọng quy định Để xác định phụ tải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ ( hình 1.2) a Phụ tải tĩnh khi nâng * Mômen nâng có tải: M n=G+G0 u i η R c t [N m] Trong đó: G : Trọng lượng của tải trọng [N ] Go : Trọng lượng của bộ lấy tải [N ] Rt : Bán kính của tang nâng (trống tời) [m] i : Tỷ số truyền của hộp tốc độ i= 2π Rt.n v với v : vận tốc nâng hạ [m/s ] n : tốc độ quay của động cơ [vg/s] ηc : Hiệu suất của cơ cấu Trong các công thức trên hiệu suất ηc lấy bằng định mức khi tải trọng bằng định mức Ứng với các tải trọng khác định mức, cần xác định ηc theo tải trọng như trên hình 1.2 c Xác định ηc dựa theo hệ số mang tải: K= Pc 0,8 Pcdm ηc ¿ ( ηdm , G¿ ) tra bảng 0,6 G* : tải trọng tương đối G+G0 0,4 G0 G G* = G dm+G0 0,G80  G1dm 0,2 * Mômen nâng không tải: 0 0,2 0,4 0,6 G0 Rt c Mno = u i ηc [ Nm ] b: Phụ tải tĩnh khi hạ * Có 2 chế độ hạ tải: - Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ Khi đó mômen do tải trọng sinh ra không đủ để thắng mômen ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ GVHD: Nguyễn Văn Hà 6 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện - Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn Khi đó mômen do tải trọng gây ra rất lớn Máy điện làm việc ở chế độ hãm để giữ xho tải trọng được hạ với tốc độ ổn định * Mômen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất M t= u i G +G 0 Rt [ Nm ] Khi hạ tải trọng năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền động nên: Trong đó: Mh : Mômen trên trục động cơ khi hạ tải ΔMM : Tổn thất mômen trong cơ cấu truyền động ηh : Hiệu suất của cơ cấu khi hạ Mt > ΔM M : Hạ hãm Mt < ΔM M : Hạ động lực Nêu coi tổn thất trong cơ cấu nâng hạ khi nâng tải và hạ tải như nhau thì: ΔMM = M t η −M c t=M t ( 1η −1) c Do đó: M h=M t−ΔMM =Mt ( 2− 1η )c ( G0+G ) Rt ( 2− 1 ) = u.i ηc Vậy hiệu suất của cơ cấu hạ tải trọng: ηh=2− 1ηc Chế độ làm việc của ĐC phụ thuộc vào hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải - Khi ηc < 0,5, ηh < 0, Mh < 0 → Động cơ làm việc ở chế độ động cơ để hạ tải trọng → hạ động lực - Khi ηc > 0,5, ηh > 0, Mh > 0 → Động cơ làm việc ở chế độ hãm để hạ tải trọng → hạ hãm 1.2.3 Hệm chung số tiếp đ tiếp điện p điệm chungn tươ cấu nâng đố tiếp đi TĐ% Khi tính toán hệ số tiếp điện tương đối chúng ta bỏ qua thời gian hãm và thời gian mở máy Thời gian toàn bộ một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ có thể được tính theo năng suất Q và tải trọng định mức Gđm: T ck= Q [s] 3600 Gdm Trong đó: Q : năng suất bốc giỡ hàng hoá [N /h] Gdm : tải trọng nâng hạ định mức [N ] Thời gian làm việc khi nâng, hạ được xác định từ chiều cao vận tốc nâng hạ GVHD: Nguyễn Văn Hà 7 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện Hệ số tiếp điện tương đối: T lv 100 % TĐ% = T ck Tlv : Thời gian làm việc của 1 chu kỳ xác định theo điều kiện làm việc cụ thể của cơ cấu 1.2.4 Chọc của cn sơ cấu nâ bộng học công suấu nâng_t động học ng cơ cấu nâ * Xây dựng đồ thị phụ tải: * Tính mômen trung bình hoặc mômen đẳng trị: - Mômen trung bình được xác định theo công thức: Mtb = k ∑ Mi.ti T ck - Mômen đẳng trị được xác định theo công thức: √n∑ M 2 t i i i=1 Mđt = T ck Trong đó: Mi: Trị số mômen ứng với khoảng thời gian ti k = 1,2 ¿ 1,3 → Hệ số dự trữ phụ thuộc vào mức độ nhấp nhô của đồ thị phụ tải, tần số mở máy, hãm máy Điều kiện chọn công suất động cơ: Mdm ¿ Mtb , Mdm ¿ Mđt Kiểm nghiệm: * Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác sau khi đã tính đến thời gian khởi động và hãm của động cơ * Tính lại hệ số tiếp điện tương đối thực có tính đến thời gian khởi động và hãm TĐ%th = ∑ tlv+∑ tkd +∑ th 100 % T ck Trong đó: ∑ tlv : Tổng thời gian làm việc, ∑ tkd : Tổng thời gian khởi động ∑ th : Tổng thời gian hãm Và tính phụ tải chính xác theo đại lượng đẳng trị Mđtcx * Tính mômen đẳng trị chính xác của đồ thị phụ tải: Trong đó: √ M tc =M dt TD %tt TD%tc Mtc : Mômen quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn TĐ% : Hệ số tiếp điện tiêu chuẩn: 15%, 25%, 40%, 60% GVHD: Nguyễn Văn Hà 8 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện Động cơ được chọn là đúng nếu thoả mãn yêu cầu: Mtc ¿ MđmĐC Mtc = Mđtcx √ TDth% TDtc % CHƯƠNG ING II TÍNH CHỌN CÔNG N CÔNG SUẤU NÂNG T TRUYỀ CƠ CẤUN ĐỘNG ỨNG NG ỨNG DỤNGNG DỤCNG CHO TRUYỀ CƠ CẤUN ĐỘNG ỨNG NG NÂNG HẠ CẦU TR CẦU TRỤCU TRỤCC 30 TẤU NÂNG N 2.1 Xác định phụ tải tĩnh + Phụ tải khi nâng có tải (G0  G ) RT (25000  2000).0, 7 / 2 9,81 5453, 21(N.M) M = u.i.c 2.10.0,85 n + Phụ tải khi nâng không tải G0.RT 2000.0, 7 / 2.9,81 403, 94 Mn0 = u.i.C0 2.10.0, 85 (N.M) + Phụ tải khi hạ có tải Mh (G  G0 ).R t (2  1 ) (25000  2000).0, 7 / 2 (2  1 ).9,81 3817, 24 u.i c 2.10 0, 85 (N.M) + Phụ tải khi hạ không tải G0.Rt (2  1 ) 2000.0, 7 / 2 (2  1 ).9,81 282, 76 Mh0 = u.i c 2.10 0,85 (N.M) Trong đó:  Th0 : Thời gian hạ không tải: H 10 10 s Th0 = vh0 1  Tn : Thời gian nâng tải: H  10 50 s Tn = vn 0, 2  Th : Thời gian hạ tải: H  10 50 s Th = vh 0, 2  Tn0 : Thời gian nâng không tải: H  10 20[s] Tn0 = vn 0, 5 * Thời gian làm việc là: Tlv = 10 +50 + 50 + 20 =130 [s] GVHD: Nguyễn Văn Hà 9 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng Trường ĐHSPKT Vinh  Đồ Án Trang Bị Điện Ngoài thời gian làm việc còn có thời gian cắt tải lấy tải, thời gian làm việc xe con xe cầu ta chọn thời gian cắt tải, lấy tải mỗi lần là 10s Thời gian xe con, xe cầu di chuyển mỗi lần là 20s => tnghi = 10+10+20+20 = 60(s) => tck = tlv + tnghi = 130 + 60 =190(s) Ta có hệ số tiếp điện là: tlv 130 100% 68, 4% TĐ%= tck 190 Đồ thị phụ tải: M(N.M) Mn Mh Mn0 Mh0 txc tn t(s Hình 2.1: Đồ thị phụ tải ) Mômen đẳng trị :  Mi 2.ti  5453, 212.50  403,942.20  3817, 242.50  282, 762.10  tck 190 Mdt = =3417,83(N.M) Tốc độ của động cơ 2.π Rt.n i u v 10.2.0, 2 60 Theo công thức : i = u v => n= 2 π Rt = 2..0,35 =109,14 (v/p) n Mà ta lại có: Pdt=Mdt ω = Mdt 9 ,55 =39,06(KW) Vì nâng tải là chế độ làm việc nặng nề nhất chọn là chế độ định mức của động cơ có momen và công xuất lớn nên khi chọn động cơ ta nên chọn động cơ ta chú ý GVHD: Nguyễn Văn Hà 10 SVTH: Nguyễn Cảnh Hùng