TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC 1.1. Khái quát chung 1.1.1. Khái niệm Cầu trục là tên gọi chung của các máy trục chuyển động trên hai đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật phẩm trong khoảng không ( khẩu độ ) giữa hai đường ray đó. Các cơ cấu của đảm bảo 3 chuyển động: - Nâng hạ vật. - Di chuyển xe con. - Di chuyển xe cầu. 1.1.2. Đặc điểm cấu tạo của cầu trục Dầm cầu được gọi là dầm chính, thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm. Trên dầm có xe con và cơ cấu di chuyển qua lại dọc theo dầm chính. Hai đầu dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với hai dầm đầu. Trên mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe: cụm bánh xe chủ động và cụm bánh xe bị động. Dẫn động của cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện. Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao. Cầu trục thường được chế tạo với các thông số: - Tải trọng nâng: Q = 1 ÷ 500 tấn - Chiều cao nâng: H max = 16 m - Vận tốc nâng: V n = 2 ÷ 40 m/phút - Vận tốc di chuyển xe con: V xmax = 60 m/phút - Vận tốc di chuyển cầu trục: V cmax = 60 m/phút Cầu trục có Q > 10 tấn thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng, gồm một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ, được lắp trên xe con. 1 1.1.3. Phân loại + Theo hình dạng bộ phận nâng hạ và mục đích sử dụng: - Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn. - Cầu trục dùng gầu ngoạm. - Cầu trục dùng nam châm điện. + Theo tải trọng: - Loại nhẹ: dưới 10 tấn. - Loại trung bình: từ 10 tới 15 tấn - Loại nặng: trên 15 tấn. + Theo chế độ làm việc: - Loại nhẹ: TĐ%= 10÷15%, số lần đóng cắt trong một giờ là 60. - Loại trung bình: TĐ%= 15÷25% , số lần đóng cắt trong một giờ là 120. - Loại nặng: TĐ%= 40÷60%, số lần đóng cắt trong một giờ là trên 240. + Theo chức năng: - Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ chính xác không cao. - Cầu trục lắp ráp: sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, yêu cầu độ chính xác cao. 1.1.4. Cấu tạo Hình 1.1. Cấu tạo cầu trục. 2 Cấu tạo cầu trục được thể hiện trên hình 1.1, gồm 3 bộ phận chính: + Xe cầu Là một khung sắt hình chữ nhật,được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm một dầm chính chế tạo bằng thép, đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách của bánh xe con, bao quanh là một dàn khung. Hai dầm cầu được liên kết cơ khí với hai dầm ngang tạo thành một khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung để cầu trục có thể chạy dọc suốt nhà xưởng một cách dễ dàng. + Xe con Là bộ phận chuyển động trên đường ray trên xe cầu, trên đó có đặt cơ cấu nâng hạ và cơ cấu di chuyển cho xe con. Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một hoặc hai, ba cơ cấu nâng hạ, gồm một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ. Xe con di chuyển trên xe cầu và xe cầu di chuyển dọc theo phân xưởng hoặc nhà máy sẽ đáp ứng việc vận chuyển hàng hóa đến mọi nơi trong phân xưởng. + Cơ cấu nâng - hạ Có hai loại chính: - Loại dùng cho cầu trục một dầm là palăng điện hoặc palăng tay. Palăng điện hay palăng tay đều có khả năng di chuyển dọc theo dầm chính để nâng hạ vật. Các loại palăng này được chế tạo theo tải trọng và tốc độ nâng yêu cầu. - Đối với các loại dầm thông thường, các cơ cấu nâng hạ được chế tạo và đặt trên xe con để có thể di chuyển dọc theo dầm chính. Trên xe con có từ một đến ba cơ cấu nâng hạ. Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm (hình 1.2). Phanh dùng trong dùng trong cầu trục có ba loại: phanh guốc, phanh đĩa và phanh đai. Nguyên lí hoạt động của các loại phanh này cơ bản giống nhau. Cơ cấu phanh hãm gồm có: - Má phanh. - Cuộn dây nam châm phanh. - Đối trọng phanh. 3 Hình 1.2. Cấu tạo cơ cấu phanh hãm. 1.2. Đặc điểm công nghệ Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề như ngoài hải cảng, các nhà máy, xí nghiệp luyện kim. Làm việc ở chế độ đóng cắt rất cao. Ngoài ra, tùy theo quá trình công nghệ mà ta có một số yêu cầu như: - Cầu trục vận chuyển được sử dụng rộng rãi, yêu cầu về độ chính xác không cao. - Cầu trục lắp ráp thường được sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, dùng để lắp ghép các chi tiết cơ khí nên yêu cầu độ chính xác cao. - Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác. Từ những đặc điểm trên có thể đưa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống và trang bị điện của cơ cấu: - Các phần tử cấu thành của hệ thống phải đơn giản, dễ thay thế, sửa chữa, độ tin cậy cao. - Trong mạch điều khiển 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. - Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ rieng biệt, độc lập. 4 - Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến lùi cho xe cầu, xe con, hạn chế hành trình lên của cơ cấu nâng hạ. - Đảm bảo hạ hang ở tốc độ thấp. - Tự động cắt nguồn khi có người làm việc trên xe cầu. 1.3. Yêu cầu truyền động 1.3.1. Đặc tính phụ tải Khảo sát cơ cấu nâng hạ người ta nhận thấy rằng momen cản của cơ cấu luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ thay đổi thế nào. Nói cách khác, momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng, có đặc tính M c = constant và không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải gây ra. Khi nâng tải, momen có tác dụng cản trở chuyển động, tức là hướng ngược chiều quay. Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, tức là nó hướng theo chiều quay của động cơ. Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau: Hình 1.3. Đặc tính cơ của cơ cấu nâng – hạ. Từ đặc tính của cơ cấu nâng hạ ta có nhận xét: 5 - Khi hạ tải ứng với trạng thái phát của động cơ thì M đ là momen hãm, M c 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 hay hạ thì động cơ phải được điều khiển để đảm bảo làm việc đúng với trạng thái làm việc của nó, phù hợp với đặc tính tải. phụ tải của cầu trục có thể biến đổi từ 0 tới những giá trị rất lớn. 1.3.2. Chế độ làm việc của động cơ truyền động +Ở góc phần tư thứ nhất: Máy điện làm việc chế độ động cơ ( đường 1) M = M c + M đm Với: M - momen do động cơ sinh ra M c - momen cản do tải trọng gây ra M đms - momen cản do ma sát gây ra Đối với động cơ nâng hạ làm việc ở chế độ nâng hàng, còn đối với động cơ di chuyển làm việc ở chế độ chạy tiến. +Ở góc phần tư thứ II: Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu di chuyển, đường 1 thực hiện hãm tái sinh khi có ngoại lực tác dụng cùng chiều với chuyển động của cơ cấu. Còn đối với cơ cấu nâng hạ thực hiện hãm động năng ( đường 3 ). +Ở góc phần tư thứ III: Máy điện làm việc ở chế độ động cơ. Đối với cơ cấu di chuyển tương ứng với chạy lùi. Còn đối với cơ cấu nâng hạ: M c < M m M = M ms - M c Chế độ này được gọi là chế độ hạ động lực. +Ở góc phần tư thứ IV: Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu nâng hạ: M c > M ms M = M c – M ms 6 Hàng sẽ được hạ do tải trọng của nó. Còn động cơ đóng điện ở nâng đề hãm tốc độ hạ hàng. Lúc này động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược ( đường 2 ). Khi thực hiện hạ động lực, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh ( máy phát ) với tốc độ hạ lớn hơn tốc độ đồng bộ ( đường 4 ). Hình 1.4. Trạng thái làm việc của động cơ truyền động cầu trục. 7 1.3.3. Yêu cầu truyền động +Chế độ làm việc: Động cơ truyền động của cơ cấu nâng hạ nói chung có chế độ làm việc là ngắn hạn lặp lại, có tần số đóng cắt lớn. +Vấn đề đảo chiều: Động cơ cầu trục phải có khả năng đảo chiều quay, có momen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Theo khảo sát từ thực tế thì khi không có tải trọng, momen động cơ không vượt quá ( 15÷20% )M đm . Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục gầu ngoạm tới 50%M đm. +Yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ thống truyền động của cơ cấu nâng hạ nói chung và cầu trục nói riêng, yêu cầu về quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm. Bởi vậy, momen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn. Ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thường được quy định theo khả năng chiu đựng phụ tải của từng động cơ. Đối với cơ cấu nâng hạ cầu trục thì gia tốc phải nhỏ hơn 0,5m/s 2 để không làm đứt cáp. Thời gian khởi động nhỏ nhất là 2s. Sử dụng phanh hãm khi chuẩn bị dừng và khi mất điện phanh hãm phải dừng hệ truyền động ở hiện trạng, tránh rơi tự do. Phải dừng chính xác tại nơi lấy tải và hạ tải hay dừng chính xác ở tốc độ thấp. +Phạm vi điều chỉnh: Trong cơ cấu nâng hạ cầu trục thì phạm vi điều chỉnh không cao. Ở các cầu trục thông thường thì D < 3, ở các cầu trục lắp ráp thì D > 10. Độ chính xác điều chỉnh cũng yêu cầu không cao, khoảng 5%. +Yêu cầu đối với truyền động trong trạng thái bất bình thường, như hãm khẩn cấp, đảo chiều quay tức thời hay hãm đột ngột. Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục, khi mất điện hay xảy ra sự cố đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị. Để đảm bảo điều này, trong sơ đồ điều khiển phải có các công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu. Khi hãm khẩn cấp hay hãm đột ngột thì phải dừng chính xác. 8 +Yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cơ cấu cầu trục không vượt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay dùng là 380/220V, mạng một chiều hay dùng là 220V, 44V. Điện áp chiếu sang không vượt quá 220V. Đa số làm việc trong môi trường nặng nề, đặc biệt trong các hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim, phân xưởng sửa chữa …. nên các khí cụ trong hệ thống truyền động và trang bị điện cơ cấu yêu cầu phải làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn, năng suất trong mọi điều kiện khắc nghiệt, đơn giản trong thao tác. 9 Chương 2: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 2.1.Tính toán phụ tải chính Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu do tải trọng quyết định. Để xác định phụ tải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ. Hình 2.1. Sơ đồ động học của cơ cấu nâng – hạ. 10 [...]... truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền động nên: Mh =Mt +∆M = Mt.ηh [2 – 5] Trong đó: Mh : momen trên trục động cơ khi hạ tải ∆M : tổn thất momen trong cơ cấu truyền động ηh : hiệu suất cơ cấu khi hạ tải Nếu Mt > ∆M : hạ hãm Mt < ∆M : hạ động lực Coi tổn thất trong cơ cấu nâng hạ khi nâng tải và hạ tải là như nhau thì: ∆M = Mt 1 - Mt = Mt.( η - 1) ηc c [2 – 6] Do đó: 1 2 Mh =Mt – Mt ( η - 1) = Mt.(... động cơ cần thiết để nâng vật: Pn = (G0 + Gđm )vn 1000.ηc + Khi nâng không tải: Mno = G0 .Rt u.i.ηc [2 – 3] Công suất động cơ phát ra khi nâng không tải: G0 v n Pno = 1000.η c 11 2.1.2 Phụ tải tĩnh khi hạ tải Có hai chế độ hạ tải: - Hạ động lực - Hạ hãm Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ Khi đó momen do tải trọng gây ra không đủ để thắng ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ Hạ. .. Đường đặc tính cơ ở chế độ hãm tái sinh nằm trong góc phần tư thứ II và thứ IV của mặt phẳng tọa độ Trong thực tế, với cơ cấu nâng hạ cầu trục, khi nâng tải, động cơ được đấu theo cực tính thuận và làm việc trong góc phần tư thứ I Khi hạ tải trọng, ta phải đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ Lúc này, nếu momen do tải trọng gây ra lớn hơn momen ma sát trong các cơ cấu của hệ thống, động cơ làm việc... 41 đã chọn thỏa mãn yêu cầu 17 Chương 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 3.1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều 3.1.1 Khái quát về động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn và điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2... năng (b) Trong trường hợp cơ cấu nâng – hạ b) Hãm ngược: Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ta khi phần ứng dưới tác dụng của các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngược chiều với momen của động cơ Momen của động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất Có 2 trường hợp hãm ngược: - Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng Giả sử động cơ đang làm việc nâng tải với tốc độ xác lập... 1000.ηco ( Nm ) + Khi hạ không tải: Mho = Pho = 1 50.0,5 1 G0 Rt ( 2- η ) = 2.28 (2 − 0,85 ) = -24,2 u.i co 1 G0 v ho 50.0,5.9.81 1 (2 − ) = -0,68 (2- η )= 1000 0.85 1000 co Mho < 0 chứng tỏ động cơ làm việc ở chế độ hạ động lực + Thời gian nâng hạ: 14 ( Nm ) ( KW ) - Thời gian nâng tải: h tn = v = n 10 0,2 = 50 s - Thời gian hạ tải: h 10 th = v = = 33,33 s 0.3 h - Thời gian nâng và hạ không tải: h tno... ), ta có ηh >0, Mh > 0 Điều này có nghĩa là momen động cơ ngược chiều với momen phụ tải Động cơ làm việc ở chế độ hạ hãm Khi tải trọng tương đối nhỏ ( η c Mc mở máy Động cơ Π – . chiều quay của động cơ. Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau: Hình 1.3. Đặc tính cơ của cơ cấu nâng – hạ. Từ đặc tính của cơ cấu nâng hạ ta có nhận xét:. chuyển cầu trục: V cmax = 60 m/phút Cầu trục có Q > 10 tấn thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng, gồm một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu