ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN: Điều Khiển Tốc Độ Cầu Trục

Nội dung đề tài gồm có: Phần thuyết minh, phần bản vẽ kỹ thuật cần thiết Đồ án cũng là cơ sở kiến thức quan trọng để sau này em có thể áp dụng những kiến thức đã học để áp dụng và thực tế công việc của một kỹ sư ngành điện tự động. Trong quá trình làm đồ án, do điều kiện khách quan cũng như lượng kiến thức của bản thân còn hạn chế nên chắc chắn còn những thiếu sót, em rất mong nhận được sử chỉ bảo của các thầy cô giáo, bạn bè để học hỏi thêm kinh nghiệm và điều kiện phát huy sau này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá.

Đề tài: Điều Khiển Tốc Độ Cầu Trục

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Vạn Quốc

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Nhật Tân - 1811050

: Phan Chí Công - 1811050

: Triệu Minh Khôi Nguyên - 1811050058 Lớp : 18DTDA1

Trong giai đoạn phát triển hiện nay đồng thời với sự tiến bộ không ngừng của khoa học _kỷ thuật, tự động hóa Cùng với sự phát triển đó thì ngành cơ khí đóng vai trò nòng cốt trong chủ trương phát triển kinh tế _ xã hội của nước ta để phấn đấu đến năm 2020 nước ta chính thức trở thành nước công nghiệp

Ngành công nghiệp phát triển ngày càng mạnh kéo nhu cầu về máy móc hiện đại hơn Ngoài ra, đối với công cuộc hiện đại hoá thì vấn đề về vận chuyển rất quang trong trong quá trình sản xuất Trong tất cả các ngành công nghiệp đặc biệt

là trong ngành xây dựng và cơ khí việc nâng chuyển vật liệu, máy móc và hàng hóa là đặc biệt quang trọng Vì thế nhu cầu về các máy nâng chuyển ngày càng nhiểu ,trong đó có cầu trục.Cầu trục là một loại máy nâng chuyển không thể thiếu trong các ngành sản xuất công nghiệp nặng và xây dựng

…

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẦU TRỤC

1.1 Các loại cần trục hiện nay:

1.1.1 Phân loại theo trọng tải nâng chuyển hàng hoá.

-Cầu trục có tải trọng nhỏ : Tải trọng nâng chuyển từ 1 -> 5 tấn

-Cầu trục co tải trọng trung bình: Tải trọng nâng chuyển từ 10 -> 30 tấn

-Cầu trục co tải trọng lớn: Tải trọng nâng chuyển từ 30-> 60 tấn

-Cầu trục co tải trọng rất lớn: Tải trọng nâng chuyển từ 80-> 120 tấn

1.1.2 Phân loại theo đặc điểm công tác.

−Cầu trục trang bị cho kho bãi nhà xưởng: Là cầu trục chạy trên ray trang bị chokho hàng, các phân xưởng cơ khí Cầu trục loại này có cơ cấu điều khiểnchuyển động chính là cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu

di chuyển giàn, các cầu trục này thường được thiết kế điều khiển tại chỗ và

từ xa

−Cầu trục khung giầm chạy trên đường ray Cầu trục khung giầm thép dạng hộpchạy trên đường ray được trang bị cho cảng biển, các nhà máy đóng tàubiển Loại này thường được thiết kế có tải trọng nâng lớn làm việc trongphạm vi quy định Gồm 3 cơ cấu điều khiển chuyển động: cơ cấu nâng hạhàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn

+ Cầu trục giàn chạy trên đường ray bốc xếp container Các cơ cấu điềukhiển chuyển động chính của loại này là: cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di

chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn và co cấu nâng hạ giàn Đặc điểmcông tác nổi bật của loại này là: có tầm với và tải trọng nâng lớn, năngsuất bốc xếp cao được trang bị cho các cầu cảng.

1.2 Cấu tạo cầu trục (cầu trục dầm đơn):

 Cầu trục gồm có gầm cầu di chuyển trên đường ray lắp đặt dọc theo chiều dàicủa phân xưởng cơ cấu nâng hạ hàng lắp trên xe con di chuyển dọc theo gầmcầu theo chiều ngang của nhà xưởng Cơ cấu bốc hàng của cầu trục có thểdùng móc (đối với những cầu trục có công suất lớn có 2 móc hàng, cẩu móchàng chính có tải trọng lớn và có cẩu móc phụ có tải trọng nhỏ) hoặc dùng gầungoạm

 Trong mỗi cầu trục có 3 chuyển động chính là di chuyển xe cầu, di chuyển xecon (xe trục) và nâng hạ hàng (hình 1.1)

 Dầm biên cầu trục

−Dầm biên là kết cấu thép hiểu hình hộp chữ nhật có chiều dày từ 6 đến 10mm Haiđầu dầm được lắp cụm động lực di chuyển và giảm chấn cao su để giảm va chạmkhi cầu trục di chuyển chạm vào mốc dừng cuối đường chạy

−Tùy sức nâng và khẩu độ của cầu trục sẽ dùng các loại bánh xe có kích thước khácnhư D200, D250, D300, D350, D400, D500 hoặc dùng bánh xe trục gối…

−Dầm biên được liên kết với dầm chính bằng bu lông, mặt bích hoặc mối hàn góc.

 Phần nâng hạ: Palang hoặc xe con mang hàng

−Tùy nhu cầu sử dụng và thiết kế cầu trục sẽ dùng Palang hoặc xe con Palangthường dùng cho cầu trục dầm đơn, xe con dùng cho cầu trục dầm đôi Tùy nhucầu sử dụng cầu trục có thể dùng Palang cáp điện hoặc Palang xích điện

 Điều khiển cầu trục Cabin điều khiển

−Cầu trục có thể được điều khiển trên mặt đất bằng tay điều khiển nối với cầu trục,điều khiển từ xa hoặc cabin

 Cơ cấu di chuyển

−Cầu trục di chuyển trên đường chạy nhờ 4 cụm bánh xe, 2 chủ động, 2 bị động.Mỗi dầm biên được lắp 1 cụm bánh xe chủ động và 1 cụm bánh xe bị động có gắnđộng cơ di chuyển từ 0,4Kw đến 5,5Kw

 Hệ thống điện cầu trục

−Điện cho Palang hoặc xe con Điện cho Palang được thiết kế dạng sau đo Dâyđiện chạy từ tủ điện đến Palang được kẹp bởi ròng rọc có bánh xe lăn chạy trênmáng C, không nên dùng cáp theo treo

−Dẫn điện cho cầu trục

−Dẫn điện thanh quẹt an toàn 3 pha lấy điện trên ray điện cầu trục có thể sử dụngray điện 3P, 4P hoặc 6P từ 50A, 75A, 100A, 150A

1.3 Ứng dụng:

 Cầu trục được ứng dụng rất rộng rãi trong quá trình lắp máy Khi lắp máy chomột dây truyền công nghệ lớn, như dây truyền sản xuất xi măng các chi tiếtmáy với kích thước khổng lồ, trọng tải lớn, vị trí lắp đặt trên cao Nhờ có cầutrục mà việc di chuyển chi tiêt máy và lắp đặt trở nên nhẹ nhàng hơn

Hình 1.2 Ứng dụng cầu trục trong các dây chuyền sản suất

 Tại các cảng biển công việc di chuyển hàng hoá co kích thước và khối lượnglớn nhờ có cầu trục trở nên dễ dàng hơn.

Hình 1.3 Ứng dụng cầu trục tại các cảng biển vận tải hàng hoá, container

 Ngoài công dụng trên cầu trục còn được sử dụng trong những môi trường khắcnghiệt như trong các nhà máy luyện kim, cầu trục di chuyển các thùng kim loạinóng chảy đổ vào khuôn Cầu trục con được sử dụng rộng rãi trong việc dichuyển hàng hoá từ vị trí này đến vị trí khác

Hình 1.4 Cầu trục dùng trong luyện kim

KC1 KC3 KC5 KC7

KC2 KC4 KC6 KC8 KC10

KC9 KC11 KC12

M Đg

KT KN

Đg KB

Đg Đg Đg

5 4 3 2 1Hạ lùi Nâng tiến5 4 3 2 1

2.1 Sơ đồ khống chế cầu trục điển hình:

 Điều khiển cầu trục bằng bộ khống chế động lực

 Các bộ phận khống chế động lực dùng để điều khiển các động cơ chuyển động các

cơ cấu của cầu trục có công suất nhỏ và trung bình với chế độ làm việc nhẹ nhàng

Bộ khống chế động lực có cấu tạo đơn giản đẽ dàng trong công nghệ chế tạo, giáthành không cao, điều khiển các cơ cấu cầu trục một cách linh hoạt dứt khoát.Trên hình 2.1 biểu diễn sơ đồ điều khiển động cơ không đồng bộ roto dây quấnbằng bộ khống chế động lực H51

G + G0 F

Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển cầu trục bằng bộ khống chế

2.2 Tự động hóa cho cầu trục:

 Khi cầu trục mới ra đời người ta tự động hóa cho cầu trục bằng hệ thống tiếp điểmnhư điều khiển cầu trục bằng vô lăng, bằng nút bấm, cấp nguồn cho cầu trục dùngcông tắc tơ,cầu dao

 Vì đặc điểm làm việc của cầu trục là ngắn hạn lặp lại quá trình đóng mở máy diễn

ra liên tục nên các tiếp điểm thường xuyên phải làm việc dẫn đến tiếp điểm bị màimòn dẫn đến khả năng dẫn điện không tốt làm cho khả năng làm việc của cầu trụcgiảm Vì vậy hệ thống tự động hóa cho cầu trục sử dụng vi điều khiển (không tiếpđiểm) đã ra đời thay thế và khắc phục những nhược điểm của hệ có tiếp điểm Mặc

dù đã khắc phục được những nhược điểm của hệ có tiếp điểm nhưng vi điều khiểncũng có những nhược điểm : Vi mạch phức tạp, muốn thay đổi công nghệ rất khókhăn (phải thiết kế lại bộ vi điều khiển)

2.3 Tính chọn công suất của động cơ truyền động các cơ cấu

chính của cầu trục:

2.3.1 Cơ cấu di chuyển xe cầu và xe con:

− Đối với cơ cấu di chuyển, lực cản tĩnh phụ thuộc vào khối lượng hàng (G) và khốilượng của cơ cấu Trạng thái đường đi của cơ cấu di chuyển trên nó, cấu tạo và chế

độ bôi trơn cho cơ cấu (cổ trục, khớp nối, bản lề…) Đối với cầu trục lắp đặt ngoàitrời còn chịu tác động phụ của gió Hình vẽ dưới đây biểu diẽn lực tác dụng lên cơcấu tác dụng lên đường ray

Hình 2.2 Sơ đồ lực của cơ cấu di chuyển

+Trong trường hợp này lực cản chuyển động được tính theo biểu thức sau:

F= (G+G R0+G x )g

b ( β r ct +f )k ms ( N )

Trong đó: G: là khối lượng hàng hoá, kg

G0: là khối lượng của cơ cấu bốc hàng, kg

Gx: là khối lượng của xe, kg

kms Hệ số có tính đến ma sát giữa mép bánh xe và đường ray,

+Momen động cơ sinh ra thắng lực cản chuyển động đó bằng:

M= F R b

Trong đó: F: được tính theo biểu thức (2.1)

i: tỷ số truyền từ động cơ đến bánh xe

η: Hiệu suất cơ cấu

+Công suất động cơ khi truyền có tải trong chế độ xác lập bằng:

P= F.v η 103 (kW )

(2.3)Trong đó: v: là tốc độ di chuyển, m/s

+Công suất của động cơ khi di chuyển không tải bằng:

P= F0η .v.10 3 (kW )

(2.4)Trong đó F0 được tính theo biểu thức (2.1) khi cho G = 0

2.3.2 Cơ cấu nâng hạ:

Hình 2.3 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ hàng với cơ cấu bốc hàng dùng móc.

 Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ đóng vai trò quan trọng trong các máy nângvận chuyển nói chung và trong mô hình cầu trục nói riêng Trên hình 2 mô tả sơ

đồ động học của cơ cấu nâng hạ hàng với cơ cấu bốc hàng dùng móc

− Lực đặt trên cáp nâng được tính theo biểu thức sau:

F= (G+G m η0)g

(2.5)Trong đó: m: là bội số của ròng rọc

− Khi nâng không tải (G=0), lực đặt trên cáp nâng bằng:

− Momen đặt trên trục động cơ bằng:

M t=M t

i η ( N m) (2.8)

Trong đó i và η: là tỷ số truyền và hiệu suất của cơ cấu truyền lực

η= ηbv ηbr

Trong đó: ηbv: Hiệu suất của bánh vít

ηbr: Hiệu suất của cáp bánh răng

− Công suất của động cơ truyền động phụ thuộc vào tốc độ nâng:

P= F.v m

η c .103 (kW ) (2.9)

Trong đó: v: tốc độ nâng hàng.

ηc: Hiệu suất của toàn bộ cơ cấu truyền lực

ηc= ηbv ηbr.ηt (2.10)

2.4 Tính toán và chọn cơ cấu phanh hãm:

 Phanh hãm là một bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của cầu trục Phanhhãm dùng trong cầu trục thường có 3 loại phanh guốc, phanh đĩa và phanh đai.Nguyên lý hoạt động cơ bản 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 nam châm phanhãm cũng có điện Khi cắt điện cuộn dây nam châm cũng mất điện, lực căng của lò

xo sẽ ép trặt vào má phanh vào trục động cơ để hãm

 Phanh hãm điện từ thường được 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 yêucầu lực hút nhỏ nhưng kết cấu cơ khí cồng kềnh và phức tạp Thực tế dùng phanhhãm hành trình ngắn

2.4.1 Tính toán và lựa chọn phanh cho cơ cấu nâng hạ:

− Lực tác dụng lên trục động cơ khi phanh phụ thuộc vào trị số momen của cơ cấuphanh và chế độ làm việc của cơ cấu nâng hạ

+Momen cản tĩnh khi hạ tải với tải định mức:

M ch=(G dm u.i +G0)R t(2− 1η ) (Nm)

(2.11)Trong đó: Gđm -Là tải trọng định mức, N

G0 -Là trọng lượng của cơ cấu bốc hàng, N

− Tuỳ chế độ làm việc cần thêm hệ số dự trữ k Hệ số dự trữ này phụ thuộc vào chế

độ làm việc như trong bảng sau

Nhẹ nhàng (Nh)Trung bình (Tb)Nặng nề (Ng)Rất nặng nề (RNg)

1,51,752,02,5

Từ đó momen của cơ cấu phanh:

Mph=k.Mch (2.12)

2.4.2 Tính toán và lựa chọn phanh cho cơ cấu di chuyển xe cấu và xe con:

− Trong tính toán và chọn loại phanhcho cơ cấu này, cần chú ý là momen do phanhhãm tại ra không được lớn hơn trị số mômen mà bánh xe có thể trượt trên đườngray

− Trị số gia tốc lớn nhất cho phép khi phanh lúc cơ cấu di chuyển thuận theo chiềugió:

f – Hệ số ma sát lăn, (8¿10).10-4 m.

Fg - Lực cản gió trên 1m2 , N/m2

S – Diện tích cản gió của cơ cấu m2

G – Trọng lượng của cơ cấu khi không mang tải, N

− Với trị số a, tốc độ di chuyển v xác định, có thể tính được thời gian phanh tph, vàmomen phanh Mph:

ωđc – tốc độ quay của động cơ, (rad/s)

J - Momen quán tính của toàn hệ tác dụng lên bánh xe, kgm2

i - Tỷ số truyền của hộp giảm tốc

2.5 Tính chọn nam châm điện của cơ cấu phanh:

− Lực cần thiết đặt lên má phanh (lực hướng tâm) bằng:

F= 1

μ F h

(2.15)Trong đó: μ- Hệ số ma sát

− Lực hút nam châm Fnc, hành trình của phần ứng yêu cầu hư, được xác định theobiểu thức sau:

k - hệ số dự trữ (0,75 – 0,85)

η- hiệu suất Nam châm hãm phải có tích số (Fnc.hư) > (Fnc.hư)yc

2.6 Tính chọn nam châm điện lấy tải của cầu trục từ:

 Cầu trục từ khác với cầu trục thông thường ở cơ cấu lấy tải: tahy cho móc hoặcgầu là một nam châm điện Hình dạng kích thước của nam châm điện được chế tạothành các loại hình như sau:

a) Nam châm lấy tải hình tròn, dùng để vận chuyển các chi tiết bằng gang, sắt có

kích thước không lớn, hình dạng khác nhau (sắt thép vụn, phoi, đinh…)

b) Nam châm tròn lõm mặt cầu, dùng để vận chuyển các vật thể hình cầu lớn c) Bàn tải hình chữ nhật, dùng để vận chuyển các vật dài như: thép tấm, đường

ray, ống thép dài…

d) Xà nam châm, dùng để vận chuyển các vật liệu siêu trường, siêu trọng Khi

thiết kế cầu trục từ, cần chú ý hàng đầu là vấn đề cung cấp điện (hộ tiêu thụloại 1) để loại trừ sự cố và những trường hợp không may do tải trọng rơi tự

do Chế độ làm việc của nam châm lấy tải là chế độ ngắn hạn lặp lại, có hệ

số tiếp điện tương đối bằng 50%, chu kỳ làm việc không lơn hơn 10 phút.Nếu cường độ làm việc của nam châm nặng nề và hệ số tiếp điện lớn hơn50% thì cần giảm điện áp đặt lên cực nam châm

2.7 Tính chọn đường dây tiếp điện cho cầu trục:

 Các cơ cấu của cầu trục là những thiết bị không cố định, cho nên việc cấp điện đếncác động cơ truyền động, đến các thiết bị điều khiển dùng một hệ thống tiếp điện

đặc biệt gọi là đường trolay Có thể dùng hai hệ tiếp điện: hệ tiếp điện cứng và hệtiếp điện bằng dây mềm Đường tiếp điện bằng dây mềm chỉ được phép dùng khidường di chuyển của cơ cấu không quá lớn Đường tiếp điện cứng thường dùngthép góc (50 x 50 x 5) và (75 x 75 x 10) mm Hình 2.4

b

a

Hình 2.4 Kết cấu của hệ thống tiếp điện cứng

a) Kết cấu của đường tiếp điện

b) Kết cấu của bộ lấy điện

 Thép góc 1 được gá trên giá đỡ đường tiếp điện nằm dưới cầu trục và cách điệnbằng sứ đỡ 2

 Bộ lấy điện bao gồm thép góc 1 gá lên đầu nối cáp bằng gang 3 Cáp mềm 4 sẽ cấpđiện đến các động cơ và thiết bị điều khiển bằng cầu trục

 Các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục có hệ tiếp điện khác nhau, nênquá trình tính chọn đường tiếp điện nên thực hiện theo các bước sau:

Idmi

−Tính hệ số tiếp điện trung bình.

Theo trị số của Imax30 ta có thể chọn được tiết diện của đường dây tiếp điện

− Kiểm tra độ sụt áp trên đường dây tiếp điện cho dây dẫn bằng đòng và nhôm theocông thức:

+ Đối với dòng điện một chiều:

ΔU %=

2 ImaxLcosϕ

σ SU dm 100% (2.22)+ Đối với dòng điện xoay chiều:

ΔU %=

√3.ImaxLcos ϕ

σ SU dm 100% (2.23)

Trong đó: Imax – dòng điện cực đại (A)

L – chiều dài đường tiếp điện (m)

σ - suất điện dẫn của vật liệu làm đường tiếp điện (đồng σ =57,nhôm σ = 35 [ m

Ω.mm 2])

S – tiết diện đường tiếp điện (mm2)

U - điện áp định mức của lưới (V)

−Đối với đường tiếp điện làm bằng sắt, độ sụt áp cần tính đến cả hai thành phần:thuần trở và điện kháng.

ΔU %=√3.(Rcos ϕ+ X sin ϕ) Imax

−Bảo vệ ngắn mạnh và quá tảI (I >2,25Iđm)

−Bảo vệ điện áp thấpkhi điện áp lưới tháp hơn 0.85Uđm

−Bảo vệ điện áp “không” nghĩa là không cho phép động cơ tự mở máykhi có điện

áp trở lại sau thời gian mất điện (chỉ được phép mở máy khi các bộ khống chếnằm ở vị trí “0”)

−Cắt điện cấp cho cầu trục khi có người làm việc trên giầm cầu bằng công tắc hànhtrình liên động với cửa cabin điều khiển

−Ta có thể dùng bảng bảo vệ một chiều hoặc xoay chiều

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH HOẠT ĐỘNG 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

HÀNG

ĐẾN VỊ

TRÍ NÂNG

CẦU TRỤCVÀO VỊ TRÍNÂNG HẠ

MÓCNÂNG HẠHÀNG

VẬN CHUYỂNHÀNG ĐẾN VỊTRÍ

KẾT THÚCQUÁ TRÌNH