thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục, chương 1 ppt

Ch-ơng 1: Mô tả công nghệ và yêu cầu hệ truyền động 1.1. Mô tả công nghệ Cầu trục là một loại máy nâng - vận chuyển đ-ợc sử dụng phổ biến trong nhiều ngành kinh tế khác nhau nh- trong nhà máy cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công tr-ờng xây dựng, hầm mỏ, hải cảng Thông th-ờng cầu trục đ-ợc điều khiển nhờ ng-ời lái ngồi điều khiển trong cabin, theo yêu cầu của nơi sản xuất, bộ điều khiển có thể đặt ngoài cầu trục, từ một tủ điều khiển đặt ở nền phân x-ởng. Phân loại cầu trục : + Theo đặc điểm cấu tạo : Cầu trục kiểu cầu (cầu trục) Cầu trục hình cổng Cầu trục cáp. + Theo trọng tải : Loại nhẹ < 5 ữ 10 tấn Loại trung bình 10 ữ 15 tấn Loại nặng > 15 tấn + Theo chế độ làm việc : Loại nhẹ : hệ số tiếp điện TĐ% = 10 ữ 15 %, số lần đóng máy trong một giờ là 60. Loại trung bình : TĐ% =15 ữ 25%, số lần đóng máy trong một giờ là 120. 3 2 1 Loại nặng : TĐ% = 25 ữ 40%, số lần đóng máy trong một giờ là 240. Loại rất nặng : TĐ% = 40 ữ 60%,số lần đóng máy trong một giờ > 240. + Theo chức năng : Cầu trục vận chuyển : sử dụng rộng rãi, yêu cầu chính xác không cao. Cầu trục lắp ráp : phần lớn dùng trong các nhà máy, xí nghiệp nhất là trong các nhà máy cơ khí. Nó dùng để lắp ghép các chi tiết máy móc, yêu cầu có độ chính xác cao. 1.1.1 Cấu tạo cơ bản của cầu trục Cầu trục hai dầm hiện nay đ-ợc sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp, dùng để cẩu các cấu kiện sắt thép, các phôi sản phẩm, lắp ráp các thiết bị máy móc Tuỳ theo tải trọng, theo chế độ làm việc hoặc theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển, cầu trục hai dầm cũng đ-ợc chia thành nhiều loại. Nh-ng dù có cấu tạo đơn giản hay phức tạp thì cấu tạo cơ bản của cầu trục gồm ba phần : xe cầu, xe con và cơ cấu nâng hạ. 1 - Xe cầu: Xe cầu có hai dầm chính hoặc khung dàn chính đ-ợc chế tạo băng kép có độ cứng không gian đặt cách nhau một khoảng t-ơng ứng với khoảng cách bánh xe của xe con. Hai đầu cầu đ-ợc liên kết cơ khí với hai dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục đ-ợc thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữ nhật, tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt phân x-ởng. Tải trọng sẽ do trọng l-ợng bản thân cầu, trọng l-ợng xe con cùng vật nâng sẽ truyền qua bánh xe qua đ-ờng ray. Trên mặt bằng kết cấu khung có lắp đặt cơ cấu di chuyển xe cầu. 2 - Xe con: Xe con đ-ợc thiết kế lắp đặt trên xe cầu, di chuyển dọc cầu, tạo điều kiện cho cầu trục phục vụ đ-ợc suốt khẩu độ gian nhà phân x-ởng. 3 - Cơ cấu nâng hạ: Cơ cấu nâng hạ th-ờng có tang cắt thành rãnh xoắn hai chiều để cuộn cáp nâng và hạ. Cuối hai đầu dây cáp mắc palăng kép để đảm bảo nâng hạ tải trọng theo ph-ơng thẳng đứng, đồng thời tăng số l-ợng cáp có khả năng chịu lực tốt. Toàn bộ cơ cấu tang, hộp truyền bánh răng và động cơ xe con đ-ợc đặt trên xe con di chuyển ngang nhà phân x-ởng. Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm, gồm ba loại : phanh guốc, phanh đĩa và phanh đai. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào l-ới điện thì đồng thời động cơ phanh cũng có điện, mở má phanh giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi động cơ ngừng làm việc, động cơ phanh mất điện, ép chặt má phanh vào trục động cơ để hãm. Cầu trục loại nặng th-ờng dùng hai phanh để đảm bảo an toàn. 1.1.2. Các chuyển động của cầu trục + Chuyển động của xe cầu : chuyển động này giúp cho toàn bộ cầu trục tiến hay lùi theo ph-ơng ngang, dọc theo đ-ờng ray. + Chuyển động của xe con : chuyển động theo ph-ơng vuông góc với chuyển động của xe cầu trên mặt phẳng ngang. + Chuyển động của cơ cấu nâng hạ : nâng hạ tải trọng theo ph-ơng đứng. 1.1.3. Đặc điểm công nghệ của cầu trục Cầu trục làm việc trong môi tr-ờng rất nặng nề, đặc biệt là ở ngoài hải cảng, trong các nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ truyền động và trang bị điện cầu trục phải làm việc tin cậy trong điều kiện nghiệt ngã của môi tr-ờng. Các động cơ truyền động cầu trục th-ờng mô men thay đổi theo tải trọng, nhất là cơ cấu nâng hạ, mô men thay đổi rõ rệt. Hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra rất êm. Bởi vậy mô men động trong quá trình quá độ phải đ-ợc hạn chế theo kĩ thuật an toàn. Năng suất của cầu trục quyết định bởi hai yếu tố : tải trọng của các thiết bị và số chu kì bốc ,xúc trong một giờ. Số l-ợng hàng hoá bốc, xúc trong mỗi một chu kì không nh- nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt ( 60 70 )% công suất định mức của động cơ. Do làm việc trong điều kiện nặng nề, th-ờng xuyên làm việc quá tải nên cầu trục đ-ợc chế tạo có độ bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn. Nguyên lí làm việc cầu trục hai dầm : Biến các chuyển động quay tròn của các động cơ điện dẫn động qua hộp giảm tốc thành các chuyển động tịnh tiến, vào ra, lên xuống. 1.2. Yêu cầu truyền động điện Các động cơ truyền động đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có số lần đóng điện lớn. Đa số các cầu trục đều làm việc trong điều kiện môi tr-ờng nặng nề nh- trong các nhà máy cơ khí, hoá chất, luyện kim ,chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy và đảo chiều. Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo đ-ợc các yêu cầu về công nghệ và năng suất, đảm bảo an toàn cho ng-ời và thiết bị, đơn giản trong các thao tác. Cụ thể là :Đặc tính tải - Phụ tải của cơ cấu nâng hạ là phụ tải thế năng. Động cơ cho truyền động nâng hạ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Trên hình vẽ là giản đồ phụ tải của cơ cấu nâng hạ với thời gian mở máy và thời gian phanh coi nh- bằng 0. Trong đó: t 1 : Thời gian hạ không tải t 2 : thời gian nâng tải t 01 : thời gian nghỉ t 3 : thời gian hạ tải t 4 : thời gian nâng không tải t 02 : thời gian nghỉ Qua giản đồ phụ tải ta thấy đây là phụ tải ngắn hạn lặp lại biến đổi. Động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với yêu cầu có đảo chiều. b. Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động - Đối với truyền động nâng hạ tải gia tốc khởi động nhỏ nhất là t kd 5V (s) với v - tốc độ nâng tải (m/s) - Thời gian hãm cũng đ-ợc tính t-ơng tự nh- trên c. Yêu cầu về hàm và dừng khẩn cấp t1 t2 t01 t3 t4 t02 M w 0 M(t) w(t) t - Sử dụng phanh hãm để hạn chế tốc độ khi chuẩn bị dừng và khi mất điện phanh hãm phải dừng truyền động ở hiện trạng tránh rơi tự do. - Dừng chính xác tại nơi lấy và trả tải. d. Độ chính xác. - Dải điều chỉnh tốc độ 1 30 05,0 5,1 D min max e. Những yêu cầu khác. + Các động cơ truyền động phải có khả năng đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ đủ rộng và có các đ-ờng đặc tính thoả mãn yêu cầu công nghệ. VD: các cầu trục lắp ráp phải thoả mãn yêu cầu về dừng máy chính xác nên đòi hỏi có đ-ờng đặc tính cơ cứng, có đ-ờng đặc tính cơ thấp, có nhiều đ-ờng đặc tính trung gian để mở máy và hãm êm. Việc điều chỉnh tốc độ các cơ cấu đều đ-ợc thực hiện bằng ph-ơng pháp điện trong phạm vi t-ơng đối rộng (ở các cầu trục thông th-ờng D 3 : 1; ở các cầu trục lắp ráp D 10 : 1 hoặc lớn hơn ). + Bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục truyền động khi động cơ mất điện. ở cầu trục di chuyển kim loại nóng chảy, để cho an toàn ng-ời ta dùng hai phanh hãm trên trục động cơ. Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của cầu trục. Phanh dùng trong cầu trục th-ờng có 3 loại: Phanh guốc, phanh dĩa và phanh đai. Nguyên lý hoạt động cơ bản giống nhau mô tả cơ cấu phanh đai gồm 1.Má phanh, Gph 3 2 1 Nc 2.Cuộn dây nam châm phanh ( hoặc dùng động cơ bơm thuỷ lực tạo lực đóng mở) ; 3.Đối trọng phanh. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào l-ới điện thì đồng thời động cơ phanh cũng có điện bơm thuỷ lực mở má phanh giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi động cơ ngừng làm việc thì động cơ phanh mất điện ép chặt má phanh vào trục động cơ để hãm. Đối với cơ cấu nâng hạ cầu trục loại nặng th-ờng ng-ời ta dùng 2 phanh để đảm bảo an toàn. + Công suất động cơ cần phải đủ để đảm bảo thời gian khởi động trong quy định + Việc tăng công suất động cơ lên quá lớn cũng không cho phép do: + Khi P có khả năng làm tăng gia tốc cầu trục (cơ cấu nâng hạ) có thể dẫn tới đứt dây treo hay tải bị dật mạnh. + Tăng vốn đầu t- ban đầu. + Phải thiết kế để cơ cấu làm việc an toàn ở chế độ nặng nề nhất. + Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo làm việc an toàn ở điện áp bằng 85% điện áp định mức. - Điện áp cung cấp cho cầu trục không v-ợt quá 500 V. - Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220 V, 380V. - Mạng điện một chiều là 220V, 440V. - Điện áp chiếu sáng của cầu trục không đ-ợc v-ợt quá 220V . - Điện áp chiếu sáng khi sửa chữa phải nhỏ hơn 36V, không dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạch điện chiếu sáng, sửa chữa. + Các mạch điện và các động cơ phải đ-ợc bảo vệ ngắn mạch và quá tải trên 200% bằng các rơle dòng điện cực đại, không dùng bảo vệ nhiệt vì các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Trong mạch khống chế phải bố trí các thiết bị bảo vệ để loại trừ hiện t-ợng động cơ tự khởi động khi điện áp l-ới phục hồi (sau khi mất điện). + Đối với cầu trục cỡ lớn, phải dùng các thiết bị khắc phục hiện t-ợng vênh giàn cầu. Trong hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục ,các động cơ có sơ đồ điều riêng biệt. Chính vì thế việc tổng hợp bộ điều chỉnh cho từng loại cơ cấu truyền động là độc lập nhau . Động cơ truyền động cầu trục, nhất là đối với cơ cấu nâng hạ ,mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt .Khi không có tải trọng ( không tải ) mômen của động cơ không v-ợt quá (15 20)% M đm . Đối với động cơ di chuyển xe con mômen của động cơ bằng (35 50)% M đm ,và bằng (50 55 )% M đm đối với động cơ di chuyển xe cầu. Quan hệ giữa mô men và tải trọng mô tả trên hình M/M đm 1 2 3 0,2 0,4 0,6 0,8 Trong hệ truyền động các cơ cấu cấu máy nâng - vận chuyển nói chung và cầu trục nói riêng ,yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm. Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải đ-ợc hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn. Những năm gần đây ,do sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn, kĩ thuật biến đổi điện năng công suất lớn ,các hệ truyền động điện cho cầu trục đã dùng nhiều bộ biến đổi Thyristor thay cho các hệ cổ điển dùng máy điện khuếch đại cũng nh- khuếch đại từ. Hệ truyền động các cơ cấu cầu trục dùng bộ biến đổi Thyristor - DC Motor (T-Đ) đối với cơ cấu di chuyển, do có ảnh h-ởng của mômen phản kháng cho nên sơ đồ khống chế đảo chiều đơn giản dùng các Contactor đảo chiều trong mạch phần ứng của động cơ. Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đ-ợc xác định từ yêu cầu của quá trình công nghệ ,chức năng của cầu trục trong dây chuyền sản xuất . Cấu tạo và kết cấu của cầu trục rất đa dạng. Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và hệ thống truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể. Ví dụ nh- cầu trục trong G/G đm 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 phân x-ởng luyện thép lò Mactanh ,trong các phân x-ởng nhiệt luyện phải đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật trong chế độ quá độ. Cầu trục trong các phân x-ởng lắp ráp phải đảm bảo quá trình mở máy êm ,dải điều chỉnh tốc độ rộng ,dừng chính xác đúng nơi lấy hàng và hạ hàng v.v Từ những đặc điểm trên đây có thể đ-a ra những yêu cầu cơ bản đồi với hệ truyền động cho các cơ cấu của cầu trục nh- sau: Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản. Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo và thay thế dễ dàng. Sơ đồ bảo vệ phải có mạch bảo vệ điện áp " không " ,bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Quá trình mở máy diễn ra theo một quy luật định sẵn. Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến ,lùi cho xe cầu ,xe con và hạn chế hành trình lên xuống của cơ cấu nâng - hạ. Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp . Tự động cắt nguồn cấp khi có ng-ời làm việc trên xe cầu. Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ phải riêng biệt . . bằng kết cấu khung có lắp đặt cơ cấu di chuyển xe cầu. 2 - Xe con: Xe con đ-ợc thiết kế lắp đặt trên xe cầu, di chuyển dọc cầu, tạo điều kiện cho cầu trục phục vụ đ-ợc suốt khẩu độ gian nhà phân. toàn. 1. 1.2. Các chuyển động của cầu trục + Chuyển động của xe cầu : chuyển động này giúp cho toàn bộ cầu trục tiến hay lùi theo ph-ơng ngang, dọc theo đ-ờng ray. + Chuyển động của xe con :. cầu trục hai dầm cũng đ-ợc chia thành nhiều loại. Nh-ng dù có cấu tạo đơn giản hay phức tạp thì cấu tạo cơ bản của cầu trục gồm ba phần : xe cầu, xe con và cơ cấu nâng hạ. 1 - Xe cầu: Xe cầu