TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ciU021502/706215111)1£2//)04714/5U1154|<1) Bùi Quốc Khánh - Hoàng Xuân Bình
Trang 2PGS.TS 8ÙI QUỐC HHắNH — TS HOANG XUAN BINH
TRANG BI DRY - DIEN'T VATU DONG HOA
CAU TRUC VA CAN TRUC
me
NHA XUAT BAN KHOA HOC VA KY THUAT
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Cấu trục và cần trục là loại thiết bị được trang bì trong tất cá các nhà máy ván xuất cóng nghiệp như trong các nghành cơ khí, luyện kùm, đóng tàu vát liệu vậy dựng
Trong các cóng trình xây dựng dán dụng, xáv dựng công nghiệp, xây dựng cầu công Đặc biết trong các cảng biển, câu trục và cẩn trục tà thiết bí quan trong để bốc xếp
hàng hoá vận chuyển xuất nhập container Nó là một trong yếu tố cấu thành của cảng biển, quyết định năng lực sản vuất, mức độ hiện đại của cảng biến
Những năm gần đáy do yêu cầu của sản xuất cùng với tiến bộ của khoa học công nghệ cấu trục và cần trục ngày càng được hiện đại hoá Ở Việt Nam hiện nay với sự phát triển mạnh mỹ của nền kinh tế, câu trục và cẩn trục ngày càng táng về xố lượng
cũng như niức độ hiện đại của nó Để đáp ứng như cầu thực tế ván xuất hai bộ 0Un:
Điện từ động Trường Đạt học Hàng bai và Tự động hoá xi nghiệp công nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà nói hợp tác biên soạn giáo trình “Trang bị điện - điện từ, Tư động hoá cầu trục và cẩn trục”,
TẢ Hoàng Xuân Binl(ĐIHIHVN) chủ biến cùng phối hợp với PGS TS Bui Quoc Khánh( ĐHBKIIN) biên soạn giáo trình này,
Nói dưng giáo trinh tap trung vào phân tích đóng lực học của các cơ cầu phục tụ cho việc vác định cấu trúc và phương pháp điều khiến của hệ điểu khiển, đóng thời trình bày một số hệ diểu khiến cụ thể của cầu thục cần trục đang xử dụng trong thực tếU Viér Nam Những ván đề tính chọn cơng suất động cơ hoặc đồ thị phụ tại da dược trình bày ở giáo trình” Trang bị điện chiến tứ Tự động hoá các máy cơng nghiệp dùng chủng” đó Bộ mơn Tự động hố biên soạn nén kháng nhắc lạt ở dạy Gido trình gom hai phan:
Phún thứ nhất: Phản tích đóng hức học của cdc co cau cau true, can tPúc trình
bày trong vàn chương (Chương Ï đến chương 6)
Phan tht hai: Trang bi điện điện tứ Tự động hoá cho các loại cẩu trục cần trục điển hình trình bày trong năm chương (chương 7 đến chương T1)
Giáo trình được dung lam tài liệu học tấp cho xinh viên ngành tt động hố đựng thời có thể dùng làm tài liệu tham khao cho các kỹ sự ngành có hiện quan,
Táp thẻ tác giả xùt chân thành cảm ơn lãnh dạo và các thấy có giáo hat bộ nón "về xi ng hộ, đóng góp Ý kiến cho để cương và nội đứng cua giáo trình,
Trang bị chiến, điện tứ, Tự động hoá cầu trục và cạn trục là văn để rộng và phúc tạp Vì vậy một dưng giáo trình khóng tránh khói thiểu vớt Rất móng các bạn động nghiệp, các bạn đọc đóng góp y kiến Thư góp ý vín gửi về Bộ món Điện- Tự động công nghiệp trường Đại học Hàng Hải Việt Nam 484 Lach Tray - Hat Phone, Bộ môn Tự đóng hố cơng nghiệp C9 104 trường Đại học Bách Khoa Hà nội hay Nhà xuất bản Khoa học
Kỹ thuật 70 Trần Hưng Đạo Hà nội
Chung toi xin chan thanh cam on,
Trang 4PHAN 1 BONG LUC HOC CUA CAC CO CAU
CAU TRUC - CAN TRUC
CHƯƠNG 1 KHAI QUAT CHUNG VE CAU TRUC CAN TRUC
Cầu trục và cần trục làm nhiệm vụ chuyển dịch hàng hoá, vật tư, thiết bị từ chỗ này sang
chơ khác Thí dụ trong xây dựng công trình cơng nghiệp cầu trục nâng các thiết bị công nghệ từ mặt đất lên cao để lắp ráp thành một dây chuyền sản xuất Trong nhà máy luyện kim cầu trục vận
chuyển cuộn thép, phôi thép hoặc các thùng kim loại nóng chảy để vào khuôn đúc Trong các nhà máy cơ khí cầu trục vận chuyển các phôi gia công để gá lắp lên máy hay vận chuyển các chỉ tiết
được gia công xong đưa sang công đoạn khác Trong các cảng biển: cần trục bốc dỡ hàng từ trên
tàu xuống kho bãi hay vận chuyển hàng hoá xuất khẩu từ kho bãi xuống tàu, vận chuyển các
container, các máy móc xuất nhập khẩu qua đường biển Như vậy cầu trục và cần trục giúp cho con người cơ khí hố, tự động hoá khâu bốc xếp làm giảm sức lao động, tăng năng suất và chất lượng
Điều này cho thấy trong bất kỳ lĩnh vực sản xuất nào cũng có tham gia cầu trục và cần trục Vĩ tính đa dạng của nó nên cấu tạo của cầu trục và cần trục cũng rất khác nhau Tuy nhiên chúng có đặc điểm và các cơ cấu chung, thí dụ: cầu trục thường có ba cơ cấu: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu dịch
chuyển dọc, cơ cấu địch chuyển ngang và một số cơ cấu phụ để lấy và giữ hàng
Cần trục thường có nhiều cơ cấu làm được nhiều nhiệm vụ khác nhau, cụ thể có cơ cấu nang hạ, cơ cấu quay cần, cơ cấu thay đổi tâm với, cơ cấu địch chuyển và các cơ cấu phụ
1.1 PHẦN LOẠI CẤU TRỤC, CAN TRUC
1.1.1 Phân loại theo trọng tải nâng chuyển hàng hoớ
a) Cần trục, cầu trục có tải trọng nhỏ: Trọng tải nâng chuyển từ I — 5 tấn
b) Cần trục, cầu trục có tải trọng trung bình: Trọng tải nâng chuyển từ 10 — 30 tấn
c) Cần trục, cầu trục có tải trọng lớn: Trọng tải nâng chuyển từ 30 - 60 tấn
d) Cần trục, cầu trục có tải trọng rất lớn: Trọng tải nâng chuyển từ 80 — 1200 tấn
1.1.2 Phôn loại theo đặc điểm công tớc
1 Cần trục chân đế hoy còn gọi là cần cẩu chân đế
Cần trục chân đế được trình bày trên hình 1.1, có các cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu nâng hạ cần, cơ cấu quay (cơ cấu quay mâm), cơ cấu đi chuyển chân đế Cần
trục chân đế có khả năng bốc xếp hàng rời bằng gầu ngoạm như hình 1.2, bốc xếp hàng
Trang 5ink 1.2 Can cau chan dể bóc xếp hang roi bang gin ngoam
2 Cần trục lũp đặt trên công tông nổi
Trang 6biển thường trang bị loại cần trục này với số lượng không nhiều, nhưng tính cơ dịng của
nó rấ: cao để đáp ứng yéu cầu của bốc xếp hàng hoa siéu trong, ma van dam bao tinh kinh
tế trong vận hành khai thác
Wì:b }.3 Cần trục cảng lắp đất trên phương tiên thủy
3 Cần cầu - tời hàng trên tàu biển
HÀ
Trang 7
Can css -t0i hang tien các tầu biển khi cập cang tham gia vao quá trình bốc xếp hàng hố trình bày trên bình 1.4 Cần cầu trên tầu thủy có cấu tao gồm ba cơ cấu điều
khién chuyén dong chinh: co cdu nang ha hang, co cấu nàng hạ cần và cơ cấu quay Sự
hoạt động của cần cấu trên làu thùy phu thude nhiéu vao z6¢ nghiéng cua tau trong quá
trình bốc xếp hàng hố góc nghiêng trong quá trình hoạt động lớn hơn so với cần cấu
chân để lấp đặt ở cảng
‘Tor hang tren tàu thủy thường cả hai loại: tời đơn và tời kép Tời đơn là loại tời chi
có một cẩn, các chuyên động của nó tương tự cần cầu Tời kép là loại tời có hai cẩn
thường có hai chuyền động khi bốc xếp hàng hoá là nàng ha và kéo bằng tồi để dich chuyen hàng hoá trong Khoảng cách siữa hai định cần
Dae điểm làm việc của tồi đơn trên tàu thủy đảm bảo được tính linh hoạt cao, thờ; sian dưa vào làm việc nhanh hơn so vớt tời kép, Nhược điểm của loại này đồi Var công suặt đãi lớn hơn so với tời kép
4 Xe năng - cền cẩu trên ôtô
Äe nâng và cán câu trên ðtỏ trang bí c>o cảng biển được trình bày trên hinh 1.5 va
hình L.ố
Trang 8
Hình 1.6 Cần trục lấp đãit trên vẻ ơtơ
Nhóm thiết bị bốc xếp hàng hoá này có số lượng lớn ở cảng biển, chúng có tính
Jinh hoạt cao, hiệu quả kinh tế trong sử dụng Các xe nắng chuyên dụng như hình 1.5 thường cố các cơ cấu điều khiển chuyển động tương tự cần cầu: chuyển dộng năng hạ hàng
và chuyển động nang hạ cần, chuyển động quay Cần cấu trên ơtơ có các cơ cấu điều khiển
chuyển động chính tương tự cần trục
Dac diém cúa cần cấu đặt trên ôtô và xe nâng là chủ yếu sử dụng năng lương đầu
điêzen, hệ thống truyền động có thể bằng động cơ điện hoặc điện - thủy lực 5, Cần cẩu zíczắc
Cần cầu ziczác được trình bày trên hình 1.7, là loại cần cau trang bị để thực hiện công tác dịch vụ như lấp mới, sứa chữa kho bãi nhà xướng và công tác bảo dưỡng hé
thống cung cấp điện, các cần cầu chân đế
Đặc điểm công tác của cần cầu ziczắc là tính linh hoạt cao gọn nhẹ Các hệ thống
Trang 9
HHnh].7 Cân trục :íczắc
6 Cầu hục trang bị cho kho bồi vờ nhờ xưởng
Cầu trục chạy trên ray trang bị cho kho hàng, các phân xưởng cơ khí được biểu điển trên hình I.§a và 1.§Bb, Cầu trục loại này có các cơ cấu điều khiển chuyển dong chính: cơ cầu nắng hạ hàng, cơ cấu đi chuyển xe con, cơ cấu đi chuyển giàn Các cầu trục
này thường được thiết kế điều khiển tại chỗ và từ xa
Trang 10
mh eta! Xã vow »” ee — „
Hình l 8a Cầu trục trong nhà máy cán tôn
33 ed Re AF ` ` mas ; : Ỷ ` , v ‹ ne ` “sS eo 4 “ihe oe ag “ > ` ° 4 ~ ` at: á Ỷ ~ * ˆ PE aa See le RS Bye “ os y NOY on ˆ 5 a ` ` v be 3: £ ` NÀO CỬ ÚC Xe “ ? “ ` aa €¢ ˆ ~ " —~ ^ “ tí “ sa TY + { > - wt Pte
Hinh 1.8b Cau truc trong nhà máy cơ khí
7 Cầu trục khung đểm hộp chạy trên đường ray
Cầu trục khung đâm thép dạng hộp chạy trên đường ray được biểu điễn trên hình 1.9a và 1.9b, được trang bị cho cảng biển, các nhà máy đóng tầu biển Loại này thường được thiết kế có trọng tải nâng lớn, làm việc trong phạm vị quy định Gồm ba cơ cấu điều
khiển chuyển động: cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu đi chuyển Xe con, cơ cấu di chuyển giàn
Trang 11
Hình I.9a Cầu trục khung dâm hộp chạy trên đường ray
Hình 1.9b Cầu trục khung dám hộp chạy trên đường ray
Trang 128 Cầu trục bốc xếp contdiner
Cầu trục giàn bánh lốp bốc xếp container được biểu điển trên hình I.IO Các cơ cấu
điều khiển chuyển động chính của cầu trục giàn bánh lốp bao gồm: cơ cấu nâng ha hang
cơ câu đi chuyền xe con co cau di chuyén giàn Việc cấp nguồn điện cho cầu trục hoại dang bang diézen lai máy phát điện đồng bộ Đặc điểm lầm việc c1:ä cầu trục giàn bánh
lốp là có tính cơ động, năng suất cao
Hivh 1.20 Cate truc bánh lối boc xép container
Cầu trục gian chạy trên đường ray bốc xếp container được biểu điện trên hình 1.11 Các cơ cấu điều khiển chuyển động chính của cầu trục giần bánh lốp bao gồm: co cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu đi chuyển giàn và cơ cấu nàng hạ giản (nâng hạ côngson) Đặc điểm công tác nội bát củz leai này là có tầm với và trọng tái nâng lớn, năng suất bốc xếp rất cao Được trang bị cho các câu cảng chuyên dụng bốc xếp container,
flinh TAT Cau true gian bec scp container chuyén dung
chay Hrên dường ray
Trang 131.2 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CẨU TRỤC VÀ
CÂN TRỤC
Phần lớn các cơ cấu của cầu trục và cần trục được truyền động bởi các động cơ điện
cung cấp điện cho hệ truyền động có ba dạng:
- Cung cấp điện từ lưới qua các thanh góp điện cố dịnh, loại này thường là câu trục
phân xưởng
- Cung cấp điện từ lưới qua các cuộn cáp điện, loại này thường dùng đối với cầu trục và cần trực địch chuyển theo đường ray trên mặt đất
- Cung cấp điện từ máy phát điêzen thường cho loại cầu trục đi động trên ôtô Môi trường làm việc
Phần lớn môi trường làm việc của cầu trục cần trục rất khắc nghiệt Thí dụ trong các nhà máy cơ khí luyện kim môi trường làm việc cầu trục nóng ẩm nhiều bụi Trên cảng biển cầu trục, cần trục phải làm việc ngoài trời Chế độ làm việc cầu trục và cần trục là
chế độ ngắn hạn lặp lại, khởi động, hãm thường xuyên
Yêu cầu về điều khiển
- Tất cả truyền động cho các cơ cấu đều cần phải điều chỉnh tốc độ, lực và gia tốc
Hàng hoá được dịch chuyển theo quỹ đạo trong không gian, cho nên thường phải phối hợp
hai hoặc ba truyền động cùng một lúc
- Chuyển dịch hàng hoá không gây va đập và không đao động quá mức, phụ tải vượt
số truyền động, mơmen qn tính thay đổi do thay đổi tầm với và góc nâng cầu Điều này dan đến cầu cảnh báo quá tải khi tầm với xa và góc nâng lớn Sự biến đổi phụ tải gây nên tác động kênh giữa các cơ cấu như nâng hạ quay cầu và thay đổi tầm với
Yêu cầu về phụ tải
Đối với cơ cấu nâng hạ: Mômen không tải khi nâng móc cẩu M„ (15-20%) Mụ„
cịn khi gầu ngoạm M¿ cỡ +50%M,„ Khi hạ tải do tác động của lực ma sát nên phụ tải sẽ
biến đổi từ -(15-20)% đến + 0,8Mu„
nắng
hạ
Hình 1.12 Đặc tính phụ tải của cơ cấu náng
Trang 14Đối với cơ cấu địch chuyển, do mômen cản tĩnh và tự trọng nên, mômen cản không
tải là :
M,„= (30 - 50%)M,„ đối với xe con; M,¿= (50-55%)M,„ đối với xe cầu (xem hình
L1) y
lí) ° M
Hình 1 13 Đặc tính phụ tải cơ cấu dịch chuyển
Đối với truyền động điện cho các cơ cấu di chuyển của cầu trục - cần trục phải đảm bảo khởi động động cơ ở chế độ toàn tải Đặc biệt mùa đông khi môi trường làm tăng
mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cân tinh Mc Trén hình 1.14 biển điễn mối quan hệ phụ thuộc giữa mômen cản tĩnh và tốc độ động cơ: Mẹ = f(@)
M |
| \ _
| nl
0 @ 4m
Hình 1.14 Quan hệ Mẹ = f(@) khi khởi động động cơ các cơ cấu di chuyển Trên đồ thị ta thấy: Khi œ = 0, Me lớn hơn 2 đến 2,5 lần ứng với tốc độ định mức
Đối với các động cơ truyền động cho các cơ cấu nâng hạ hàng, mómen thay đổi theo tải rất rõ rệt Khi khơng có tải trọng (khi không tải), mômen động không vượt quá
(15 + 20)%.Mạm, đối với cơ cấu nâng của cần trục gầu ngoạm đạt tới 50%.M¿„, đối với cơ cấu di chuyển xe con bằng (30 + 50)%.Mu„„, đối với cơ cấu đi chuyển xe cầu bằng (50 + 55)%.Mam:
Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cần trục — cầu trục, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xấy ra phải êm, đặc biệt là đối với các cần trục — cầu trục thiết kế cho nâng chuyển container và bốc xếp hàng hoá, lắp ráp thiết bị máy móc Bởi vậy, mơmen
động trong q trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn
Năng suất của cầu trục - cần trục được quyết định bởi hai yếu tố: Tải trọng của
thiết bị và số chu kỳ bốc xếp trong một giờ Thường số lượng hàng hoá bốc xếp trong một
Trang 15chu kỳ không như nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, cho nên phụ tải của động cơ chỉ đạt (60 + 70)% công suất định mức của động cơ
MIM 4, 1,0 4 _ 0.8 i = ae ae 2 ~“ se 3 : ~ | 0.6 er Le 1 a s ư 0.4 ee 9.2 0,2 0,4 0,6 0,8 GIG am
Hình ] 15 Mơmen của động cơ phụ thuộc vào tải trọng
1- Động cơ di chuyển xe cầu, 2- Động cơ di chuyển xe con, 3- Động cơ nâng hạ
Do điều kiện làm việc của cần trục và cầu trục rất nặng nề, thường xuyên làm việc
trong chế độ quá tải, vì vậy cần trục cầu trục được chế tạo có độ bên và hệ số dự trữ của các cơ cấu cơ khí lớn để chịu quá tải
Trang 16CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CƠ CẤU
CUA CAU TRUC - CAN TRUC 2.1 DONG HOC TONG QUAT CUA CAU TRỤC
Các cơ cấu trong cầu trục và cần trục trong quá trình làm việc động và tĩnh đều
chịu lực và các tác động Ta cần tính tốn chỉ tiết các lực mômen để phục vụ cho việc thiết
kế và lựa chọn vật liệu đảm bảo hệ làm việc ổn định bên vững
Mỗi cơ cấu của cần trục, không phụ thuộc vào chức năng của nó, đều được cấu
thành từ 4 phần tử: Bộ phận chấp hành, bộ truyền, hệ truyền động và phanh; tất cả đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Vì vậy, mặc dù có cấu trúc và chức năng khác nhau nhưng
tất cả các cơ cấu đó đều có nhiều điểm chung theo sơ đồ nguyên lý động học cũng như
theo phương pháp tính tốn
Sơ đồ nguyên lý của các cơ cấu chính: Nâng hạ hàng, nâng hạ cần, cơ cấu quay, cơ
cấu đi chuyển chân đế, được trình bày trên hình 2.1 Các cơ cấu và khâu cuối cùng là bộ
phận chấp hành hoặc là thiết bị quấn cáp liên kết với bộ phận chấp hành
2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MOMEN CAN, LUC CAN CUA CÁC CƠ CẤU VÀ TÍNH QUY ĐỔI MƠMEN CẢN, LỰC CẢN VỀ TRỤC ĐỘNG CƠ
Tham số cơ bản của cơ câu nâng hạ hàng là tải trọng nâng Q, liên hệ với sức căng trên cáp S; quấn trên trống tời theo biểu thức sau:
+
s,= 819
1T,
ở đây q - trọng lượng của móc và phụ kiện; i,va '\„ - tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống
ròng rọc của cơ cấu nâng hạ
(2.1)
Để dưa ra phương pháp tính chung cho tất cả các cơ cấu của cần trục ta coi khâu cuối của cơ cấu nâng hạ là tang trống cố đường kính D¿, cáp quấn trên đó với lực căng §;;
Cơ cấu di chuyển có khâu cuối là bánh xe có đường kính D, và lực cản trên nó F„; Cơ cấu
quay có khâu cuối là bánh răng lớn truyền động với mômen cản M,,„ Cơ cấu nâng hạ cần (cơ cấu thay đổi tầm với) có khâu cuối là trống tời thay đổi tầm với có đường kính cần
D*;, lực căng của cơ cấu nâng cần tác động là S;` hoặc tang trống tời kéo có đường kính là
D?, và lực căng cáp trên tang kéo là S;' Mòmen cản tĩnh được xác định cho các cơ cấu
như sau:
D
* Cơ cấu nâng hạ :„ M, = §S, 33 (2.2)
D
* Cơ cấu đi chuyển: M_=E 3 (2.3)
* Cơ cấu quay : M = M,, ; (2.4)
Trang 177 6 5 21 20 22 8
Hình 3.1 Sơ 4ä cấu trúc các cơ cấu chính của cần trực
a) Co cau nang ha hang truyền đệng bảng động cơ diện: l- Móc cẩu: 2- puly nang; 3- Bloc dau cần, 4- Cáp nắng: Š- Trống tải, 6- Bộ trụ 7- Động cơ diện, 8- Cơ cấu hãm b) Cơ cấu thay
đổi tâm với bằng thay đổi góc nghiêng của cần truyền động bằng động cơ điện c) Cơ cẩu nâng
edu ngoam va thay đổi tám với truyền động nhóm: 9- Gdu ngoam 10- Cap nang, 11- Cap déng gdu: 12- Cap nang, 13-Trdng wi, 14- Khép ly hợp; 1Š- Cơ cấu hãm 16- Bộ truyền; I7- Động cơ
diện đ) Cơ cấu di chuyển bằng bánh: l§- Banh xe; 19- Đường ray e) Cơ cấu thay đổi tắm với
trên cẩn: 20- Cơ căn dị chuyển, 21- Cáp kéo: 22- Blốc cuối fi Cơ cấu ái chuyển bằng bánh tấp: 23 Bánh khí Hén, 24-B3 truyén ví sai.g) Cơ cốt đì chuyển băng bánh vích: 25- Xích: 36- Đĩa hành sao 27-
Khớp diều khiểu chiếu chuyển đóng h) Co céu quay: 28- Bộ truyẻ
răng lớn J) Cơ cấu quay truyền động bằng cúp kéo 3!- Đĩa lớn
9- Bánh răng trang gian, 30- Bánh - Cáp kéo; 33- Thiết bì lầm cảng cấp
kéo
Trang 18* Cơ cấu thay đổi tầm với (nâng hạ cần):
, ` «Ds
a) Khi thay đổi độ nghiêng của cần : M, = S;— 27 (2.5)
Di,
b) Khi di chuyén xe tai theo cin: M, = Sj—* 5 (2.6)
Nếu ký hiệu n, là tốc độ quay của khâu cuối (trống tời, bánh xe di chuyển hay phần quay của cần trục) tính bằng vg/ph, hiệu suất của bộ truyền TỊ,„ thì cơng suất truyền động
của động cơ là:
Py = = ( kW); (2.7)
975n,,
trong đó M, - mơmen tính bằng kG.m Giá trị nhận được của công suất dùng để lựa chon công suất P„„ (KkW), tốc độ quay của động cơ nạ, (vg/ph), tý số truyền của hệ thống giữa
động cơ và khâu cuối là:
i= : (2.8)
Tỷ số truyền bằng tích các tỷ số truyền thành phần:
{ =_ TỈ¿ lịrìhy
Nếu hệ thống có nhiều trục truyền động thì xác định mômen cho từng trục như
sau: M M* _ M, M“ = M, = c (2.9) > 2 a ’ 1], 1T]; WLM,
trong d6 0,,%, - My, - hiéu suất của từng cơ cấu truyền
Tốc độ các trục được xác định như sau:
n,=n1,; n;=n,1¿ = n1; ny = nại =NAjlyly
Mômen hãm trên các trục nhỏ hơn mơmen chuyển động vì có sự cản trở chuyển động của các cơ cấu Khi đó mơmen hãm tính theo:
M” = Mụn, (2.10) M" = Mn, MẺ = Min, = Mn: ` ' i, , ? i, ii, ˆ Đồng thời chúng ta có: M" — c2 M° a Neo 3
Hiệu suất của bộ truyền:
ơợ — TỊ¡T¿'; (2.11)
Hiệu suất các thành phần của các cơ cấu có thể chọn trong khoảng 0,93 +0,95,
Trang 19Tổn hao ma sát F„, khi cơ cấu làm việc có thể phân thành hai thành phần: Một
thành phần không đổi F7 và một thành phần thay đổi tỷ lệ với tải F„„ta có:
Eạy = Fas + Fr (2.12)
Trường hợp phụ tải nhỏ co thé coi F,, = Fi,
Trường hợp phụ tải lớn có thể coi F,, =F,
Nếu trọng tải nâng là Fo thì trọng tải toàn phần 1a F, = F, + F,, và hiệu suất nâng
tải được tính:
n=— T9 — (2.13)
F, +F.,
Nhu vậy có thể xác định tổn hao ma sát qua hiệu suất khi nâng:
Fis = on = {2 -]
TỊ TỊ
và hiệu suất khi hạ:
F,-F F.(1 1
v= FE, ma 1B 4-1) = 2 F.Án n (2.14)
Nhìn chung hiệu suất n khi nâng và hiệu suất rị° khi hạ chỉ khác nhau nhiều khi
hiệu suất thấp Đối với cơ cấu nâng hạ, hiệu suất của bộ truyén co khi khi hạ nhỏ hơn hiệu suất khi nâng (TỊ < nạ) Khi hiệu suất nâng rị < 0,5 cơ cấu trở nên tự phanh và giá trị của rỊ phụ thuộc vào tải trọng
F,
Hệ số đặc trưng cho mức nạp tải: K= „ Fạ” - tải định mức;
đm F;
Và (ta CÓ: Fo = KF"
Tổn hao ma sát được xác định như sau:
F, = Fi + Fi,
ak + bKE*
ở đây a và b là các hệ số không đổi
Trang 20Khi tái trọng là định mứcf| = Tị„; K = I1 Do vậy khi nâng:
Khi hạ:
Vì vậy hiệu suất khi nâng tải trọng bất kỳ có thể tính theo hiệu suất khi tải trọng
định mức
Khi nâng: 7 = n,, yard „ NanS
1424p K lễ =b Khiha: TỪ = T„ = TT = Mant TON TO \ am | | > ` 80 =< —— 80 YO r—— a a | 70 oo LK 40 ⁄Z WA 60 20 Q Q„„ 0 0,2 04 06 O08 10
Hình 2.2 Hiéu suat cua déng co ndng tdi khác nhau
Trên hình 2,2 cho biết hiệu suất của cơ cấu nâng tải trọng bất kỳ phụ thuộc vào
hiệu suất khi tải trọng định mức Tì,„ -
Như vậy điều kiện làm việc của động cơ sẽ phụ thuộc vào việc nâng hạ hàng và các
tải lớn hay bé Để nâng được trọng tải F¿ động cơ phải có momen: F V
M* = ——* (kG.m) (2.15)
2zn.T\
Trang 21ở đây n là tốc độ quay của động cơ (vg/ph); Vụ, - tốc độ nâng hàng (m/ph); rỊ- hiệu suất
của cơ cấu đối với tải trọng này
Khi ha tải nặng: Chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc vào việc tải trọng có vượt qua được ma sát trong cơ cấu bay không
Khi hạ tải nhẹ, không vượt qua được ma sát của cơ cấu, mômen động cơ phải sinh ra là:
MẼ# = F _ F, Vụ
2n ]
vi: Fay Fo[ 2-1]
"1
nên: ue = FeV | - IV; I,
2n | 2n (1\
Rõ ràng rằng M” sẽ đương khi TỊ < 0,5
Nếu K < 0,15 động cơ cần phải tạo ra mômen hãm để có tốc độ hạ hàng nhất định
Đối với cơ cấu di chuyển và cơ cấu quay có thể tính toán tương tự như trên và cần
chú ý rằng khi nâng, hạ cần các điều kiện thu được cũng tương tự như khi nang ha hang
Việc tính tốn chế độ tĩnh và chế độ động của các cơ cấu được sử dụng khi phân
tích chuyển động của các phần tử trong các cơ cấu cũng như để xác định tải của chế độ
xác lập khi vận tốc của tất cả các thành phần của cơ cấu khơng đói
2.3 TÍNH QUY ĐỐI ĐỘ CỨNG YÊU CẦU CỦA CÁC CƠ CẤU TRONG HỆ TRUYEN ĐỘNG CAU TRUC - CAN TRUC
Đối với một chí tiết chuyển động quay chịu tác động bởi mịmen xốn M gây ra biến
dang cang cua tai trong Q day cap bién dang dai Khi momen va luce hết tác động do tính đàn hồi của vật liệu các chỉ tiết hết biến dạng nếu các chi tiết đó có đủ độ cúng
Nguyên nhân ta đưa ra hệ số cứng vững của các chỉ tiết là tỷ số giữa mômecn xoắn và
góc xốn được tính:
= (kg.m/4@) (2.16)
trong đó: K - độ cứng vững;
M- mươmen xoắn (kg.m);
@ - góc xốn (độ)
Trong cơ cấu truyền động ta cần phải tính độ cứng của từng chỉ tiết khi có mơmen
hoặc lực tác động đo tải hoặc động cơ gây nên
Trang 22= — Tư, r a“ m — 4! HK a — | —
Hình 2.3 Sơ đồ động lực của các cơ cấu truyền động
Từ sơ đồ động lực trình bày trên hình 2.3 ta tính được mơmen tạt các trục:
Nếu trên trục I phân bố mơmen M( thì mơmen trên trục II có Mị; bằng;
M, = M, thun 3
Mômen trên trục HH là:
Mã" = My lNun-Hnan = Mj.lm-lnarfim-TiuuAn Mômen trên trục n là:
M, = Min
Các góc xốn thành phần phụ thuộc vào độ cứng của các phần tử tương ứng trong
hệ truyền động:
Tính góc xoắn các chỉ tiết khi đặt mômen vao truc I:
M in, M,
QO, = M, Oy = > = M, ut K, K,, K Qn = qe hiinTue K
1L n
Góc xoắn chung do mômen đặt vào trục I được xác định bằng tổng các góc xoắn thành phần: i M, „ Mỹ nh „ Mi I ST Ø, — @ +0 @1„ = KỂ xt vg _ = M, i + Hae + iain K, K, K n
Độ cứng chung của tất cả bộ truyền được tính như sau:
l [
K, = Mực = BE 3 = ——
Ị I 4 benim + + tien Slits
K, K, K n 1 K rh
Tính tốn tương tu ta nhận được góc xoắn chung do mơmen tác động trục thứ n:
Trang 23¬ hy (2-17)
Kul, Klin Kh In K, Ị Koy,
Độ cứng chung được xác định như sau: 1
K, = M/g = —————— (2-18)
ye
Ki,
Palang quan cap là một trong những khâu của cơ cấu của sơ để động học Độ cứng của palang với độ bội ¡,, hiệu suất rị,, độ dài h, độ cứng của cáp E¿ F\ xác định như sau:
Sự đài ra của palăng với tải trọng Q:
wh Ah = 2 (2.19) i, DF, Su dai ra của cáp: ‹h Al = Qh (2.20) E, + Lực căng của cáp: s= 2 (2.21) ty
Hệ số cứng của palãng quy đổi đến vành tang trống:
‘ E.F 2h
= Ss = QE, EEL = ER (2.22)
Al 1,n,Q.h hin,
Góc quay của tang đo sự đài ra của cáp:
2AI 2Q.h
= 2al = Q (2.23)
1) DEF,
Momen trên tang:
D,
M, = QBs (224)
l2
Độ cứng góc của palăng:
.D,D,F ET
KỆ = MưAo < S915 _ Dob, 21,4, 2Q.4 4hii,7, (2.25)
2.4 TINH QUY DO! MOMEN QUAN TINH VA KHOI LUONG QUAN TINH CUA CAC CƠ CẤU
Khi một vật chuyển động đều tích một động năng đối với cơ cấn có nhiều chỉ tiết động
dy (s }
xi — Sim, — 2 3
we — — \út + dt _ S Juút te mv (2.26)
2 2 2 2
trong đó: J„, ọ, và œ, - tương ứng là mỏmen qn tính, góc quay, tốc độ góc của vật thể bất kỳ quay quanh truc của nố (x là chí số); m, s và V 1à trọng lượng, đường đi và tốc độ dài của vật thể
bất kỳ chuyển động tịnh tiến trong hệ khảo sát
năng:
24
Trang 24Thông thường để khảo sát dộng lượng của hệ, ta phải quy đổi mômen quán tính về trục động cơ Nguyên tắc quy đổi phải bảo toàn động năng, tức là:
độc, “ ——= È— + J.w? m.V} Š (2.27
2 2 > 2 )
Từ đó động năng quy đổi:
œ'` Vì
J,= »J + + >»m — (2.28)
¬
Động năng có thể được tính thơng qua trọng lượng quy đối của hệ thống:
œ` Vv:
My = J : + Mt, 5 (2.29)
Ộ > Vị 2 Vo
Nếu ký hiệu tỷ số truyền giữa trục nối tốc độ góc œạ với trục có tốc độ góc œ, bang iy,:
(ù 0=”
Jon
va téc do V, duoc thay thé bang r,.a, : r@
V.= rœ = — (2.30)
i
thì giá trị nơmen qn tính quy đối có thể tính bằng: oN
de, ] ()
I, = SJ ay + Ym its - pf) (2.31)
" Tả) 0 dt Ox sa dt là a tự
Ghi chú: Giá trị mơmen qn tính của một vật thể có kích thước hình học xác định được tính theo các công thức sau:
_ GD
J K,,: (kg.m.s’),
trong đó: G - trọng lượng vật thể bằng kỹ, g - gia tốc trọng trường bang 9,81 m/s*, D - dung kinh bằng m; K„ - hệ số đặc trưng cho sự phân bố trọng lượng vật thể IÍệ số K,, xác định theo số tay
tra cứu
Đối với các vật thể được bố trí nằm nghiêng so với mặt phăng nằm ngang và được phân bố
trên chiều đài (ví dụ như cần chang hạn) có các điểm đầu và cuối nằm cách trục quay với các
khoảng cách là r, và r; thì:
G
J= 2i + I> +15)
Vật thể có kích thước hình tháp tiết diện vng 4 góc với tiết diện ngang bxb:
G
J=—b’-
2
Mômen qn tính của rơto động cơ điện và một số phần tứ quay khác có thể tra trong các Sổ tay tra cứu hoặc tính theo công thức sau:
Trang 252 a
J= GD, (kg.m) 2
hoặc: (kg.m?)
4
2.5 ĐẶC TĨNH MÔMEN TRONG QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ
Trong quá trình quá độ, hệ thống cần cung cấp năng lượng khi gia tốc và tiêu tắn nang lượng trong quá trình hãm
Độ dài chu kỳ chuyển động quá độ (hình 2.4) là hàm số cha momen du do động cơ sinh ra hoặc mômen đư tác động làm phanh hăm (xem hình 2.4a, b, c, d)
L van ll {eMC (in mu Tyre i Hinh 2.4
a - Sit thay doi bat kỳ; b - Sự thay đối mômen dự dang hinh thang; c, e - Su thay doi mémen dit theo hinh tam gidc; d- Momen dit cé gid tri không đổi
Đối với chu kỳ gia tốc, mômen dư là hiệu số giữa mômen của động cơ trong thời gian này
và mômen cản tĩnh quy về trục động cơ; còn đối với chu kỳ hãm là tổng của mômen hãm và mômen cản tĩnh quy về trục động cơ
Trong quá trình khỡi động:
+ đ?
Mỹ! =M,+J, + (2.32)
Trong qua trinh ham:
dog
M} =M,-J,—4 đ ¢ 9 4T? ( 2.33 )
ở đâyM„`, M} - mômen khởi động và làm quay trục động cơ; Jy: momen quán tính trong quy đổi tại đây /Ø,„, Ø„-
Trang 261
M.,,, = ‘ M,,, + = (M,, ~My.) | (2.34)
k
trong đó: t - thời điểm tính (thời điểm hiện tại); 1, - thời gian chuyển động quá độ;
t, = lrr- khi khoi động; t, = ty - khi ham;
M,,, va Myy, - gid ti mémen du ban dau va momen du ở thời điểm cuối của chuyển
dong ( Dấu (+) tương ứng với quá trình khởi động, dấu (-) cho quá trình ham
Luật thay đối mơmen dư có thể có ba khả năng như sau:
1) Myy, = 0- tuong ang với sự thay đổi gia tốc tuyến tính từ Ơ đến cực đại (hình 2.4): 2) My, = Myg,, - trường hợp gia tốc khơng đối (hình 2.4d),
3) M„, = 0 - tương ứng với sự thay đổi gia tốc tuyến tính từ cực đại đến 0 (hình 2.4e) Ở trường hợp thứ nhất (Mu, = 0) khi ma mômen dư tăng dần thường xảy ra khi vận hành cơ cấu nhờ các khớp Iy hợp, trong đó luật tăng mômen phụ thuộc vào luật điều khiển khớp ly hợp và trình độ người vận hành (hình 2.5a và b)
ory
a)
Hình 2.5 Đặc tính gia tốc và tóc độ
a — Nối khớp ly hợp tác động nhanh; b — Nối khớp ly hợp tác động chảm; c — Sự thay đổi gia tốc và tốc độ trong quá trình khởi động động cơ không đơng bộ róio lơng sóc; | — Sự thay đôi gia tốc "a tốc độ khi khối động động cơ không đồng bộ rôto dây quản, e - Đặc tính quá độ kì dùng hệ thống máy phát đóng cơ
Trường hợp thứ hai (Mự, =M¿„,) mômen dư không đối ứng với khởi động hệ thống
được thực hiện bang động co khong đồng bộ ba pha (hình 2.5c, d), trong trường hợp đ) đường gia tốc có dang rang cưa ứng với sự thay đối giật của mômen quay với mức khác nhau của điện trở phụ
Trường hợp thứ ba (Mạ, 0) tương ứng với việc khởi động hệ thống bằng động cơ diện
trong hệ máy phát động cơ cũng như bằng động cơ đốt trong (hình 2.5e)
Trang 27Trong q trình hãm đặc tính tang mémen ham phụ thuộc vào kết cấu của cơ cấu hăm và luật điều khiển quá trình hãm
Phương trình chuyển động trong các trường hợp đã nêu có thể viết như sau: Đối với quá trình khởi động:
de, — Mự + tw Mỹ — Mỹ (2.35)
dt” J, tựy J,
Đối với quá trình hãm:
độn 2 Mỹ 2C MẸ MU
= Et (2.36)
dt J, Li Jo
Tốc độ góc trong q trình tăng tốc (trong quá trình khởi động):
đợ,, Mi M,—M t
0y " = ——= = | hd! + | ~“©———~.—dt dt in J 0 tụ, (2.37 )
Giải (2-37) ta nhận được:
d _ M1" M"™ _ Mit ,
@, = “Pe = ey 4 Se, dt J, 25 qt (2.38)
Xác định quãng đường khi khởi động (gia tốc):
MU” MT _M™ ẻ
gy, = J—“tat + Jo“ dt (2.39)
) 0 21
Giải (2-39) với điều kiện đầu t = 0; Ø+ = 0 va khit = ty, Oy, = Wy, ta CÓ:
TT’ TY’ MI oom, Ory = dư te + du t 25, 6Ïotr (2 40 MỘC MIS=MI 0 Mie MI ” oO, = “J ti + 3 tL, = — 21 tị; v ~- oO ạ Từ đó suy ra: PÌNG) tạ “ -Ă= (2.41) 7 Mỹ Mỹ
Quãng đường khởi động cuối cùng được xác định:
"5 (ma MEME Ì _2Mỹ EME - là TY q1 T
21, 6], 61,
2M, +MI" AS 2, , 2M\' +Mir
= TN TY Ty: 70% oar a gare (2.42)
63, (Mu + M,, ) 3 (MƑ + M,, )
Phân tích tương tự trong giai đoạn hãm, tốc độ góc được tính như sau:
MP MP _ M" `
ty = (0y — — “EL — —*———”[ (2.43)
J, 2J ty
Trang 28Chúng ta xác định quãng đường hãm: H” M“_~ H’ Du - w,t _ M,, t2 _—_ —_— dự Mu t 21, 6J,t, Vì khit = tụ, @n = Ô thì: H How Ov, = O, _ Mw tụ _ Mừ du tụ = 0, 0 2J, hoặc: “” MP o, - Maw “t, = 0; 2J, Suy ra: t= 21,0, l —— Mã+Mỹ
Toàn bộ quãng đường hãm:
MƑ —M" 2Mh ~M}.„
Py = Ooty — ar hụ = Ol, — ea G49
2m OMA +Me _- l0 —_ 2i,, Mã+2M?
Mi +My 6), (Mu+Mj) 3 °° (Mi, + Mi.)
Trên đây là các công thức chung, các trường hợp cụ thể tham khảo ở tài liệu tra cứu
Khi phân tích các cơng thức ở bảng tra cứu cho thấy rằng mơmen dư có dạng như ở hình
2.4d có thời gian khởi động ngắn nhất và gia tốc là nhỏ nhất, còn tốc độ thay đổi tuyến tính Trên đồ thị hình ở hình 2.4c, d đường tốc độ trong thời gian chuyển động không ổn định tao thành một góc với đường nằm ngang xác định tốc độ trong thời gian ổn định, do vậy tại thời điểm bắt đầu và
kết thúc khởi động và hăm xảy ra hiện tượng giật gọi là các nhảy bậc tốc độ, được biểu diễn bằng đạo hàm của gia tốc hay đạo hàm bậc hai của tốc độ
Biểu thức biểu điễn sự liên hệ giữa các đại lượng độ giật, gia tốc và tốc độ, quãng đường như sau:
_ de
=
2.6 SỰ PHỤ THUỘC GIỮA MÔMEN ĐỘNG VỚI THỜI GIAN QUÁ TRINH KHOI DONG
Q (2.45)
Giải phương trình chuyển động tổng quát cho phép xác định được sự phụ thuộc giữa mômen động trong giai đoạn quá độ với thời gian quá độ
Để giải quyết được bài tốn đó nhất thiết phải biết được momen can tinh Me Ta ký hiệu: Mẹ - mômen do lực trọrg trường của tải trọng hàng hoá gây nên;
Mxp- mémen do thành phần của lực trọng trường khi chuyển động tịnh tiến và quay của các phần tử;
Mr - mômen cản tĩnh khi chuyển động tịnh tiến;
Meg - momen can tĩnh khi chuyển động quay;
Mặ¿- momen ma sat trong cơ cấu
Trang 29Khi đó giá trị mơmen cản tĩnh được xác định theo các biểu thức sau:
Đối với cơ cấu nâng hạ:
Mẹ = + Mẹ + Mà, (2.46
Đối với cơ cấu đi chuyển:
Mc = + M KP + Mẹ + M (2.47)
Đối với cơ cấu quay:
Mẹ = +M¿y + Mẹo + Mạ, (2.48) Dấu cộng ứng với hướng chuyển động trong đó cần vượt qua lực trọng trường của tải trọng
hoặc thành phần lực trọng trường của cần (khi nâng, khi chuyển động lên trên theo góc nghiêng)
Vì lực cán trong cơ cấu có thể coi tỷ lệ với mômen động, nên mômen ma sát M,„ có thể đưa vào trong cơng thức tính giá trị hiệu suất của cơ cấu
Mômen cản nh Mc có thể tính thơng qua lực F, và bán kính điểm đặt lực r„:
Mey = Fry (2.49)
Vì tốc độ chuyển động tịnh tiến của vật thể là V, (m/s), bán kính quay là r, (m) và tốc độ
góc là n, (vg/ph) tương ứng với cùng một trục liên hệ với nhau như sau: _ 60V 955V, r= 2m n, n x nên ta có: 9 55FV M,, =— — ‘ hy
Chuyển về một trục bất kỳ O (thường là trục của động cơ hoặc trục cơ cấu hãm) có tốc độ quay nạ (vg/ph) thì mơmen cản tĩnh được tính bằng:
vw Me _ Em _ 955EV, _ 9/55EV,, (2.50)
„ lạ 4 Orn i 0x Nore n x 1 0x Non n ọ Nor
Hoặc khi tính mơmen cần tĩnh bằng tổng các mômen căn tĩnh thành phần: 9,55 » FV,
nụ Nore
trong đó: iy, - LY số truyền giữa trục quay x và trục quay O, được hiểu là quan hệ giữa tốc độ góc của trục quay O va tốc độ góc trên trục x; rị„„ - hiệu suất truyền giữa trục O và truc x
M C, = 4
Công thức trên được đưa ra cho trường hợp khi lực cản trong cơ cấu là ngược chiều chuyển
động Nến lục cần trong cơ cấu cùng chiều chuyển động (quá trình hãm) thì trong cơng thức thay
vì giá trị hiệu suất truyền n¿„ đưa vào giá trị hệ số cản tức là hiệu suất ngược
Ta đưa vào phương trình chuyển động tổng quát giá trị Mẹ và e„„„ theo các bằng tra cứn Sự tổn hao do ma sát tỷ lệ với mơmen động do đó trong tính tốn thiết kế sự tổn hao này được đưa vào các cơng thức tính giá trị hiệu suất của cơ cấu Khi đó ta nhận được:
Trang 30*2 +
n ọ Non loi Moss Lon Nor Mực 25 SE 4 yt te 4g Mat gu
¬¬ _ wo K
Nyy, bing ny va EY" bằng nu = sọc (Hi trị K cho
TT
9,55V,
n
Khi thay r, bang
X TT
trước), ta nhận được:
2 2
MT = >> RM, + Sỹ, _ z#n,K + „955 V rn,K
ny Hox 1p Now 3 Ot n, Los, n,„ 30tr;
9,55 V? 0,105
_ 79S FV 2 ym Ky & yt K
Hạ Nove n 0 t TT Nos t TT 1 0x Mors
Nếu M, nhàn giá trị mômen khởi động trung bình của động cơ thì khi giải phương trình
sẽ nhận được thời gian khởi động (thời gian tăng tốc):
9 55¬m VÌ -3 —>*K+0,105n,3'-——K J ny Now Ay Nos 1 at 0955K¬ÈF/V - (2.51) MjT~ > etx n, Nor
Mômen khởi động của động cơ khóng đồng bộ thường có giá trị thay đổi vì vậy khi tính
tốn thường lấy tích phân trung bình giá trị mơmen Trong tính toán truyền động điện cần trục cơng suất trung bình, mơmen khởi động trung bình thường được xác định theo công thức sau:
- ll
TT TB
My ~~ =9,5(Maa, + Maeusi)-
trong đó Mạ¿„, M.j„„ là mômem động ở thời điểm đầu và cuối của quá trình khởi động (quá trình tăng tốc) Các giá trị tham khảo theo sổ tay tra cứu
3
Theo tiêu chuẩn kỹ thuật với J = ta CÓ:
4g
9,55 EV > x x =M,
Ny Now
Nên nếu quy về trục động cơ tất cả các phần tử chuyển động quay và tịnh tiến có thể nhận được
công thức sau:
0,105n,GD? mDìn,
{ `
7 4pMjT-M,) 375M —M,) trong công thức: GD? đo bằng kg.mˆ và Mị”, Mẹ đo bằng kG.m
Trong hệ SI phân tích tương tự, ta tính thời gian khởi động như sau: 0,105n,mD? — mD’n ũ
4g(MƑ—M,) 38(M]'—M,) `
TT TT
Trang 31trong đồ mDỶ đo bàng (kg.m), (Mj” — M,) đo bằng (N.m), còn đơn vị đo của mDỶ va GD? là như
nhau
Trong quá trình hãm phương trình mơ tả như sau:
9,55
_ Mi! = _ - >I Fore ene _ > m, a Ma
ib Loy
Khi thay r, bang 9,55V, „ Huy Đằng nạ và eà” = Ook = 2h K (đấu âm ở trước
ny tụ 30t,
biểu thức nói lên rằng gia tốc trong giai “om hãm là âm) Ta viết được:
—M*= 9,55 — _ n, _ yim, 9 55V nụ # ¬"
° The D30, n?i? 30t,
9.55 955 0,105n, Nox
= n1„ a 5 J.-K
Ụ H 1 oN
Mômen động Mỹ là mômen hăm mù thời gian hãm được tính như sau:
9,55 2 n
m Vo, K +0,105n Jo “kK
nụ, ~% DI, "
ty = : n_, 9495 PB, (2.52)
Mỹ + 2, FVM
Quãng đường trong quá gình khởi động (tăng tốc) và hầm có thể xác định theo các công thức được đưa ra trong các bảng tra cứu
2.7 SU QUA TAI CUA CAC PHAN TU TRONG CAC CO CAU CUA CAN TRUC TRONG QUÁ TRÌNH Q ĐỘ
Thành phần mơmen quán tính cơ bản nhất trong các phần tử dân động của cần trục được
tạo ra từ mômen quán tính của rơto động cơ và các phần tử đồng trục với rôtO
Trong thời gian chuyển động chưa ổn định trên toàn bộ cấu trúc động học của các cơ cấu tác động của mômen được xác định theo phương trình chuyển động tổng quát và tăng hơn mômen cản tĩnh mội giá trị M„„ Do vậy sẽ gây nên áp lực lớn trong các cơ cấu, đồng thời tạo nên sự mài
mòn lớn hơn rất nhiều so với thời gian làm việc ổn định
Sự quá tải của các khâu của cơ cấu đo mômen dư là khác nhau Ngoài ra sự quá tải càng lớn thì bội số @ của mômen khởi động càng lớn và hệ số tải của động cơ ơ càng nhỏ
Ta đưa vào các ký hiệu sau đây:
MẶ- mômen cân ứnh trên một khâu động học bất kỳ quy đổi về trục động cơ ; Mụy - mômen đư tác động trên khâu động học bất kỳ quy đổi về trục động cơ ; J 0 - momen qn tính tồn phần của hệ thống quy đổi về trục động cơ
Đối với mỗi một khâu luôn có sự cân bằng:
Mi == đức (2.53)
dt
32
Trang 32Mơmen tồn phần phân bố trên một khâu : M_=M* +M =1, Sey Mặ (2.54) Đồng thời ta có: TT do = My (2.55) dtd, ta nhận được: j M,_=->M/;,'+M; J 0 Nhưng vì: Mi =M;'-M&, ta CĨ: J" M, =*(MƑ ~M,}+ Mẹ 9
Quan hệ của mômen này với mômen tĩnh sẽ xác định hệ số quá tải động tương đối cho
một khâu:
x TT —_ M
Kr = My, So Me = Me <
M J, ˆ MẸ
Mômen động khi khởi động được xác định bảng bội số mômen khởi động của động cơ với mômen định mức ở chế độ ồn định:
(2.56)
M, = ae Man (2.57)
Hệ số tải của động cơ là tỷ số của mômen cản tĩnh với mômen định mức: M %.=-~£ (2.58) de M dm Mômen M, và Mi bằng nhau thì: pkey -M Ộ € c x À K°?=l+- 2> ay a —£_{], Mẹ Jy As
Hệ số quá tải động cho từng khâu là tỷ số mômen tổng của khâu này với mômen định mức
của động cơ:
= EiMy=Me , Me
dm dm da
- =O ~ hy) + he, = al) 7] (2.59)
Cho thấy răng hệ số quá tải động tăng cùng với sự tăng của bội số của mômen khởi động cũng như sự tăng của hệ số tải của cơ cấu
9
Trang 335 ức 8 w Y 22 Yoo 5 fe 18 4 „2 = A 10 1,0 ae — L—— — _—_——_ a) 5 ees 9 ; : b) 0.25 0.5 0,75 a ở 0.25 9,5 Q75 + 6 a
Hinh 2.6 Dé tht qud tai cia cdc khan cua cơ cấu a - Hệ cố quả tải động tương đối; b - Hệ số quá tải động
Trên hình 2.6a và b trình bày đồ thị xác định sự thay đổi của K,° và K," khi hệ số tải œ thay đổi và
bội số mômen khởi dộng 4 = 2
Ka 2 i
†
| a
re — ———
Rov Khop Đầu vào Các trục Đầu ra địng mốt bƯ giá của bơ của bô cơ truyền truyền cơ truyền cơ
cơ khí khi khí
Hình 2.7 Đỏ thị mình họa sự quá tải của bộ truyển cơ khí trong q trình tăng tốc
1 - Bộ truyền cơ khí của cơ cấu nắng: 2 - Bộ truyền cơ khí của cơ cấu di chuyển
Từ đồ thị ta thấy rằng, trong các cơ cấu đi chuyển và quay sự giảm của mômen quá tải dọc
theo mạch động học khơng nhiều, cịn trong cơ cấu nâng hạ sự quá tải lớn thường chỉ xảy ra đối
với khâu đầu tiên sau rôto động cơ
Khi đưa ra vấn đẻ quá tải động quán tính trong các khâu của cơ cấu chưa đẻ cập đến việc là trong hệ cần trục — cơ cấu - tải các phần riêng biệt của hệ liên kết với nhau bằng các phần tử đàn hồi (dây cáp, trục), cho nên khi chuyển động không đều trong các phần tử của hệ xuất hiện
các dao động đàn hồi nhỏ, trong một vài trường hợp dẫn đến sự tăng tải đáng kể cho các khâu của
Trang 34Ta thấy rằng với sự xuất hiện quá tải do quán tính xây ra khi có mơmen đư cho động cơ hoặc cho cơ cấu hãm chủ yếu trong quá trình quá độ ;
Phân tích sự làm việc của cơ cấu khi kế đến lực quán tính luật thay đổi mômen dư như
sau:
t
M,, = dụ, + Mw ~ M,, ) (2.60)
k
ởđây: t- thời điểm hiện tại ;
t, - thời gian chuyển động không ổn định: t = trị, hoặc L= tụ:
M,„ và M.„ - giá trị mômen dư ở đầu và cuối thời gian chuyển động không ổn định
a ức
Luật thay đổi khác của mômen chuyển động và mômen dư có bởi vì :
M,, = M,_+ Mụ,, phân tích sự hoạt động của hệ thống như hình 2.8 thu được:
{ Ù M, = Mục; 9 et ID M, = My sin~.—; 2 t | cost ~ II!) M,, = My TT”) IV) M, = M,,.(l-e"); , A V) M, = M“ sin; TT VI) M,„ = const;
ở đây: tụ — thời gian tăng mômen từ 0 đến cực đại;
L - thời gian hiện tại
Nếu tính tốn hệ thống có hai khối lượng như ở hình 2.8b một bậc tự đo tương ứng có Ï; và J; liên hệ với nhau với hệ số nối cứng C, Ở đây J, là momen quan tinh cta roto động cơ và các
chi tiết nối với rôto; ]; - mơmen qn tính các phần tử còn lại của hệ thống Khi J, nhận mơmen Mư„, Í¿ nhận mômen cản Mẹ, tiến hành giải phương trình ví phân mô tả chuyển động của hệ thống để xác định giá trị tải (nômen) tác động đến phần tử dang xem xét của hệ thống
Mômen động lớn nhất xác định như sau:
Mine = —2_M,.K, ` © OS, 4d, (2.61)
ở đây K, là hệ số động được xác định bởi quá trình dao động, giá trị của hệ số phụ thuộc vào sự
tăng của mômen chuyển động và thời gian tạ của sự tăng mômen chuyển động trong chu ky dao
động tự do của hệ thống Tụ, hoặc tương ứng với thời gian tăng tốc (rr hoậc thời gian hãm t, cua chu kỳ dao động tự do của hệ thống
T _ 2x — [——"-— ; JJ, 1) =O; (tr/T,) = 0°
¬ nh (t/Th) (tr/Ty)
Trang 35Độ lớn của hệ số K„ phụ thuộc vào đặc tính tăng mơmen phát động (mômen chuyển động), được đưa ra trong bảng tra cứu
Đường cong giá trị K¿ được xây dựng trên hình 2.8c Ta nhận thấy rằng khi mômen phát động thay đổi bất kỳ thì hệ số K¿ đều nhỏ hơn 2 Trên các đường cong I - IV sự sai khác nhau khơng lớn, cịn khi (t/T,) > 2 thì K¿ có giá trị gần băng 1,1 Phụ tải động lớn nhất khi có đao động
với hệ số Kạ bằng 2, khi mà (tr/T,) lớn hơn 0,5 thì mơmen dư trong chu kỳ phát động khong đối
Trường hợp này tương ứng với sử dụng động cơ khơng đồng bộ
Vì vậy sau này khi phân tích tải động của từng cơ cấu nên để mômen dư không đổi trong
chu kỳ chuyển động không ổn định (khi khởi động cũng như trong quá trình hãm) mum 4
Hình 2 8 Ảnh hưởng của luật thay đổi của mómen động trong q trình đóng học khi cé dao dong
a - Luật thay đổi khác nhan của mômen chuyển động, b - Hệ thống có hai khối lượng; c - Giá trị của hệ số động phụ thuộc vào đặc tính thay đối mômen chuyển động
Trang 36CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THAM SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CUA CO CAU NANG HA CUA CAU TRUC - CAN TRUC
3.1 TINH TOAN THAM SO CO BAN CUA TRUYEN DONG CO CAU NANG HA
Tham số cơ bản của truyền động cơ cấu nâng hạ cần phải tính tốn là cơng suất, mômen,
tốc độ của động cơ phục vụ cho việc tính chọn sơ bộ cơng suất động cơ Momen can cực đại phục vụ cho việc thiết kế cơ cầu ham.,
Từ đó tính tốn được giản đỏ phụ tải đối với khoảng dịch chuyển, tốc độ và thời gian khởi
động hăm cũng như gia tốc cực đại của nó
Đặc điểm quan trọng của cơ cấu nâng hạ hàng là trọng tải Q (kg), tốc độ chuyển động của
hàng hod 1a Vg (m/s) theo d6 khi biết được tỷ số truyền ¡„ của palăng có thể xác định được Sức căng của cáp trên trống tời là S„ (kG), tốc độ đài trên trống tời là Vy =_ Vai; (m/s), đường kính của cáp là dự và đường kính của tang quấn cáp của tời nâng là D„ (m), thì cơng suất cần thiết của động cơ phải có là:
QV, _ SV
P= =—**_ | (kW), (3.1)
102n,m\, lØ02m,
trong đó: rỊ,„„ - hiệu suất truyền của bộ truyền cơ khí;
r, - hiệu suất truyền của palăng (rịng rọc)
Từ đó có thể tra cứu trong số tay lựa chọn thiết bị điện để chọn động cơ cụ thể với tốc độ
định mức là nạ (vg/ph)
Khi trên tang quấn cáp được quấn nhiều lớp, đường kính của tang quân được tính như sau:
D' =D, +d,(2m-1),
trong đó D, dudng kinh của tang cáp; m — số lớp Nếu trên tang được quấn một lớp (m = 1) thì:
D'=D,
trong đó: Dạ - đường kính theo tâm của lớp cáp
Mômen quay trên tang cáp được tính:
M,= os , (kG.m) (3.2)
Số vòng quay của tang được tính thơng qua tốc độ đài của tang như sau: 60V
n= ~Ð! = , (vg/ph), (vg/ph)
Khi trên tang được quấn nhiều lớp thì tốc độ nâng được tính theo tốc độ của lớp trung bình Các thơng số khởi động của động cơ và thông số của bộ hãm phải được kiểm tra theo
mômen tương ứng với lớp cáp lớn nhất
Tỷ số truyền của bộ truyền cơ khí được xác định như sau:
lộ = —PE, (3.3)
Trang 37Để xác định mômen cần thiết được tạo ra từ cơ cấu hãm, khi tính toán nhất thiết phải kể
đến tổn hao ma sát và đưa thêm hệ số đự trữ hăm K¿, thường được chọn 1,5; L.75; 2,0 tuỳ thuộc
vào chế độ làm việc của cần trục
Mômen hãm cần thiết được tính như sau:
2x!
me = Motte K (3.4)
Từ
trong đó: 1u và rỊ „ là tỷ số truyền và hiệu suất truyền giữa tang quấn cáp của tời nâng và trục của cơ cấu hãm Tính tốn động học ở trên giúp ta xác định được tất cả các thông số cơ bản của cơ cấu và tiến hành dự tính độ bền các bộ phận của nó, các tính tốn này là cần thiết để xác định kích thước của chúng
Để xác định các thông số động của cơ cấu nâng hạ, cần phải xác định lực cản tĩnh trong cơ cấu, mômen quán tính quy đổi các phần chuyển động của nó kể cả tải trọng và ảnh hưởng của
nó tới sự làm việc của truyền động khi khởi động và khi hãm Khi biết được tốc độ trên trục truyền động, hoặc tốc độ khi hãm nạ (vg/ph), tỷ số truyền của bộ truyền cơ khí iu, tỷ số truyền của các palăng 1„, đường kính tang quấn cáp, tốc độ nâng hạ hàng thì có thể xác định quãng đường chuyển động của hàng hoá như sau:
Quang đường khi khởi động:
zn,Dịt V
Sy m= = ——= —— (m)hay s,, = —t,, T10, CO RAY Se = foe Om (m); c3 3.5 Quang đường khi hãm:
zn,Dịt, Vụ
Ss, = — TT ——_ (m) hay šs„ = ———*(, (m); 1201.1, “ay Se = he (3.6
Gia tốc của tải trọng được xác định như sau : Khi khởi động: r a = 27nd, (m/s?) haya = Voj/tr; (m/s’) (3.7) 1201 jyty Khi hãm: r = ~ 20D, m3) haya = -Volty (m/s?) (3.8) 1201 1tr;
3.2 ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NÂNG HẠ
3.2.1 Phụ tởi động củo cơ cếu nông khi cền cứng tuyệt đối
Khi phân tích sự hoạt động của cơ cấu nâng khi cần cứng tuyệt đối thì quá trình động chủ
yếu phụ thuộc vào cáp nâng Hệ thống khảo sát được biểu diễn trên hình 3.1 Hệ thống có hai khối
lượng chính: m+r là khối lượng của rôto, các phần tử trong cơ cấu truyền và khối lượng mạ của tải trọng, hệ số k đặc trưng cho khả năng nối cứng
Mô tả động học của cơ cấu nâng (xem trên hình 3.1)
Trang 38
sa +
LE
Hình 3.1 So do biéu dién déng học của cơ cẩu nâng
tụ
Phương trình chuyển động có thể viết như sau:
mạ đền T để đxc dt?
Từ các phương trình này sẽ xác định được đao động tự do của hệ thống
+ kÍX„—Xe)= 0; mẹ — k(x,,-x,) = 0 (3.9)
Để tìm được các đao động của hệ thống cần thiết phải viết các phương trình lực động học Lực phát động chuyển động đặt vào mạy là Tạ = Q + T, lực căng của tải trọng Q đặt vào mẹ (ở đây Q nhận dấu âm) như vậy lực này tác động cùng chiều với lực quán tính
Trường hợp phổ biến nhất ta xem lực dư trong thời gian khởi động và ham Ty, là hằng
số(M¿„ =M„) Ta viết được: d°x,, My + k(x,, -x,) =T, = Q+T,; (3.10) d’x mẹ qe ~ k{x¿; — xe) = -Q
Dat X = X,,~- Xe và biến đổi ta nhận được:
Trang 39Đây là phương trình vi phân mô tả khâu biến dạng đàn hồi Giải phương trình ta tìm được
ứng lực đặt lên khâu đó có dạng: Fos kx
Néu datm.k = p’ vam.Q+T,,/m,, = q, ta có:
OE pix =qi (3.13)
at
Giải phương trình (3.13) được nghiệm tổng quát: x = Cycospt +C, sinpt + q/p`
Nếu khi bắt đầu nàng tải cáp ở trang thai tinh cé nghia lax = Q/k: xX = ~ =C + + p Ta tính được ©, : c=a9_-48 1u ' kp k.m.m,, d x = ~ pC sinpt + pC,cospt Do khit = 0,C, = 0,tacé: T, T T, x = — ——*—cospt + Q + —“— = Q + é (]—cospt); k.m.m,, k k.m.m,, k k.m.m,, m_,m my, mM, + mM, TT”^G m
Giá trị cực đại của P° có được khi cospt = -Í
ả Mẹ Faw = Q + 2T,, mạ+m„ v Khi mà Ty = gạQ, thị: F4 = Q(1+2ø,—S—) o +My (3.14) (3.15) Hệ số K, = ! + 2@ym¿/(ms + mạ) xác định tính động học lớn nhất khi nạp tải của khâu đàn hồi, trong điều kiện này tải bất đầu tại thời điểm khí dây cáp đã căng hoàn toàn Khi cospt # -l ta có
thể dễ đàng tính lực tác động tại bất kỳ thời điểm nào
3.2.2 Phụ tới động có tính đến sự biến dang củo cần trục kim loi
Phụ tải động tác động vào kết cấu của thép của cầu trục tạo nên quá trình dao động và gây ra bién dang Ta cần phân tích hiện tượng này nhằm tính chon thiết bị cũng như cơ cấu điều khiển va cách thức vận hành
Xét hệ thống với ba khối lượng liên kết được trình bày trên hình 3.2
Có thể đơn giản hoá bài tốn vì lý do rằng đối với cơ cấu nâng hạ khối lượng mạr lớn hơn rất nhiều so với mẹ và mự đã quy đổi về trục động cơ D2 đó ngay cả khi có dao động mạnh của cần và tải trọng cũng không ảnh hưởng nhiều đến sự làm việc của động cơ Mơmen qn tính trên
Trang 402
Fx Mal (3.16)
Jo = ;2 ;2 10/x 10/x
Hệ thống như ở hình 3.2, bao gồm hai bậc tự do, vì vậy để khảo sát đơn giản và thuận tiện
ta coi khối lượng của tải trọng mẹ, của cần m„ thống nhất như một khối lượng m Thực nghiệm chỉ
ra rằng việc đơn giản hoá này gây ra sai số không lớn bởi vì trên palăng tời dao động tắt dần rất nhanh
i,
Hình 3.2 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng khi có xét đến độ uốn của cần
theo ba giai đoạn
Chúng ta khảo sát quá trình nâng tải trọng cho phép Giai đoạn thứ nhất từ sau khi đóng động cơ cho đến khi căng cáp Thứ hai tất cá các cơ cấu tham gia hoạt động cho đến khi lực trên móc tang từ 0 đến Q = mụg Giai đoạn thứ ba là giai đoạn nâng tải
Để tìm các thơng số của quá trình dao động, đầu tiên ta xác định quá trình dao động tự do theo phương pháp Lagrange (5.17), ta xác định được các đao động tự do của hệ thống, còn khi vế trái bằng lực (mômen), thì xác định được dao động cưỡng bức
Để viết phương trình Lagrange:
dW, OK ơW,
dt 3x ox
cần phải biết động năng W, và thế năng Wy của hệ thống
=0, (3.17)
Phương trình trên được viết trong hệ toạ độ chung x cho cơ cấu nâng có các dịch chuyển
X„ của trọng lượng cần mự với hệ số cứng k,
Động năng của khối lượng mự được xác định như sau:
w =e ( ox)
"2 \ dt
Thế năng xác định như sau:
2
x
W, =k,