Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Truyền động điện công đoạn cuối công nghệ sản xuất Trong dây truyền sản xuất tự động đại, truyền động đóng góp vai trò quan trọng việc nâng cao suất chất lượng sản phẩm Ngày nay, với tiến kỹ thuật điện tử công suất tin học, hệ truyền động ngày phát triển có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc áp dụng tiến Cụ thể hệ truyền động đại đáp ứng độ tác động nhanh, độ xác điều chỉnh cao mà có giá thành hạ nhiều hệ cũ, đặc điểm quan trọng việc đưa kết nghiên cứu kỹ thuật vào thực tế sản xuất Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tự động điều chỉnh truyển động điện em giao đề tài thiết kế môn học với nội dung: Thiết kế hệ truyền động cấu nâng hạ cầu trục Mặc dù cố gắng việc thiết kế kiến thức có hạn nên chắn không tránh khỏi hạn chế định, mong thầy đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ Cầu trục nói chung sử dụng nhiều nghành kinh tế khác phân xưởng lắp ráp khí, xí nghiệp luyện kim, công trường xây dựng, cầu cảng Chúng sử dụng nghành sản xuất để giải việc nâng bốc vận chuyển tải trọng, phối liệu, thành phẩm Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc máy nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều có tính định đến suất dây chuyền sản xuất nghành nói Vì vậy, thiết kế hệ truyền động cần trục cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ quy trình kỹ thuật đồng thời phải đảm bảo tính kinh tế Trước vào thiết kế hệ truyền động cho cấu nâng-hạ cầu trục, chương ta tìm hiểu số đặc điểm công nghệ với việc phân tích nét yêu cầu truyền động cầu trục I Đặc điểm chung cấu nâng-hạ cầu trục Cần trục thường có ba chuyển động:  Chuyển động nâng hạ (của phận nâng tải )  Chuyển động ngang xe trục  Chuyển động dọc xe cầu Trong khuôn khổ đồ án tập chung thiết kế hệ truyền động cho riêng cấu nâng hạ Để đưa phương án hợp lý cho hệ truyền động cấu nâng hạ, trước hết ta phân tích khát quát điểm yêu cầu truyền động cấu nâng hạ cần trục  Thứ nhất, loại phụ tải: Đặc điểm động truyền động cấu cần trục nói chung làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại, có số lần (tần số) đóng điện lớn  Thứ hai, yêu cầu đảo chiều quay: Động truyền động cần trục, cấu nâng hạ, phải có khả đảo chuyền quay, có mômen thay đổi theo tải trọng rõ rệt Theo khảo sát từ thực tế tải trọng (không tải) mômen động không vượt (15 ÷ 20)%Mđm; cấu nâng cần trục ngoặm đạt tới 50% Mđm…  Thứ ba, yêu cầu khởi động hãm: Trong hệ truyền động cấu máy nâng, yêu cầu trình tăng tốc giảm tốc phải êm, đặc biệt thang máy thang chuyên chở khách Bởi vậy, mômen động trình hạn chế độ phải hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thường quy định theo khả chịu đựng phụ tải động cấu Đối với cấu nâng hạ cần trục, máy xúc gia tốc phải nhỏ khoảng 0,2 m/s để không giật đứt dây cáp Ngoài ra, động truyền động cấu phải có phạm vi điều chỉnh đủ rộng có đường đặc tính thoả mãn yêu cầu công nghệ Đó yêu cầu dừng máy xác, nên đòi hỏi đường đặc tính thấp, có nhiều đường đặc tính trung gian để mở hãm máy êm  Thứ tư, phạm vi điều chỉnh không lớn, cần trục thông thường D ≤ 3:1;ở cần trục lắp ráp (D= 10 ÷ 1) lớn Độ xác điều chỉnh không yêu cầu cao, thường khoảng ±5%  Thứ năm, yêu cầu bảo vệ an toàn có cố: Các phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ, để giữ chặt trục điện, bảo đảm an toàn cho người vận hành phận khác hệ thống sản xuất Để đảm bảo an toan cho người thiết bị vận hành, sơ đồ không chế có công tắc hành trình để hạn chế chuyển động cấu chúng đến vị trí giới hạn Đối với cấu nâng-hạ cần hạn chế hành trình lên mà không cần hạn chế hành trình hạ  Thứ sáu, yêu cầu nguồn trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cần trục không vượt 500V Mạng điện xoay chiều hay dùng 220V, 380V; mạng chiều 220V, 44V Điện áp chiếu sáng không vượt 220V Không dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạng chiếu sáng sửa chữa Do đa số làm việc môi trường nặng nề, đặc biệt hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim , sửa chữa Nên khí cụ điện hệ thống truyền động trang bị điện cấu nâng hạ cần trục yêu cầu phải làm việc tin cậy, bảo đảm suất, an toàn điều kiện khắc nghiệt môi trường, lại phải đơn giản thao tác Năng suất máy nâng định hai yếu tố: tải trọng thiết bị số chu kỳ bốc, xúc Số lượng hàng bốc xúc chu kỳ không nhỏ tải định mức, phụ tải động đạt (60 ÷ 70%) công suất định mức động II Khảo sát đặc tính phụ tải Khảo sát đặc tính phụ tải hay cấu mà động truyền động có ý nghĩa quan trọng việc đưa lựa chọn hợp lý phương án truyền động cân nhắc lựa chọn động Vì trạng thái làm việc truyền động phụ thuộc vào momen quay (Mđ) động sinh momen cản tĩnh (M c) phụ tải máy định Khảo sát cấu nâng hạ người ta thấy rằng: Momen cản cấu sản xuất không đổi độ lớn chiều chiều quay động có thay đổi Nói cách khác momen cản cấu nâng hạ thuộc loại momen cản có đặc tính Mc=const không phụ thuộc vào chiều quay Điều giải thích dễ dàng momen cấu trọng lực tải trọng gây Khi tăng dự trữ (nâng tải) momen có tác dụng cản trở chuyển động; tức hướng ngược chiều quay động Khi giảm (hạ tải), momen lại momen gây chuyển động, nghĩa hướng theo chiều quay động Dạng đặc tính cấu nâng hạ sau: ω M H2: Dạng đặc tính cấu nâng-hạ MC Từ đặc tính cấu phụ tải ta có số nhận xét sau: + Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát động M đ mômen hãm, Mc mô men gây chuyển động + Khi cần trục hạ tải dụng lực: hai mômen gây chuyển động Như vậy, giai đoạn nâng, hạ tải động cần phải điều khiển để làm việc với trạng thái làm việc chế độ máy phát hay động cho phù hợp với đặc tính tải Phụ tải cần trục biến đổi từ (khi hạ nâng móc câu không tải) đến giá trị lớn Phức tạp lớn điều kiện hạ tải Khi hạ không tải, trọng lượng móc câu không đủ để bù lại lực ma sát truyền động, nên động phải sinh momen nhỏ theo chiều hạ Khi hạ tải trọng lớn, lực ma sát khắc phục hết mà động bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng Khi đó, muốn hạn chế điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng phương tiện định III Xây dựng công thức cần thiết cho tính toán cấu nâng Phụ tải tĩnh cấu nâng chủ yếu tải trọng thân cấu vật nâng gây Thường chia làm hai loại cấu: loại có dây cáp đầu loại có dây cáp hai đầu Trong khuôn khổ đồ án đề cập tới loại dùng cáp đầu sử dụng rộng rãi cần trục, palăng phân xưởng lắp ráp a Phụ tải tĩnh nâng tải Giả sử có cấu nâng hạ sau: H2 Sơ đồ cấu nâng-hạ cần trục Xét cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất ηP ; truyền trung gian có tỷ số truyền chung i hiệu suất η0 Khi động quay theo chiều tương ứng, vật nâng lên với vận tốc Lực căng nhánh dây không tính mát: (G + G0 ) T0’ = T1’ = T2’ = … = u Thực tế, có lực cản phụ, lực căng nhánh dây lên tang nên: T0 = T0 ' G = η p u.η p Momen vật nâng gây tang: M v = T0 D0 (G + G0 ).D0 (G + G0 ).Rt = = 2u.η p u.η p Momen trục cuối truyền trung gian (trục III) là: M3 = M v (G + G ) = ηt u.η p η t (ηt: hiệu suất tang, hệ số tính đến việc: muốn nâng vật lên ta phải đặt vào trục III (trục tang) momen lớn momen Mn tang , phải thắng lực cản tang độ cứng dây ma sát ổ trục) Tương tự, momen trục II là; M2 = M3 (G + G0 ).Rt = i2 η u.i2 η p η t η momem trục I: M1 = M2 (G + G0 ).Rt = i1 η1 u.i1 i2 η p η t η1 η M1 = (G + G0 ).Rt u.( i1i in ).(η1η η n ).η p η t Tổng quát: Ta đặt: i=i1i2…in : tỷ số truyền chung truyển η=η1η2…ηn: hiệu suất chung truyền ηc=ηPηtη hiêu suất chung cấu ⇒ M1 = 10 (G + G0 ) Rt u.i.η c (N.m) Chỉ cho tín hiệu đầu mức logic cao “1” tín hiệu đầu vào mức thấp “O” với điều kiện phần tử NOR cho xung đầu xung khâu so sánh âm “O” đồng thời tín hiệu khâu trigơ trạng thái ổn định mức thấp “O” ta chọn loại NOR loại 4001 chế tạo theo công nghệ CMOS nguồn nuôi từ – 15 (V) chọn điện trở hạn chế dòng vào phần trở NOR 10 ( KΩ) Khâu đo điện áp tụ C (khâu 10) Chức đưa tín hiệu điều khiển điện áp tụ C nạp thuận đến giá trị đủ lớn cho tín hiệu mở thyristor Tc Sơ đồ nguyên lý: Hình 5.11.Sơ đồ nguyên lý khâu đo điện áp tụ C Điện áp tụ C lớn 515V ta chọn dùng điốt quang OP1 4N29 dòng chạy qua 10mA Hệ số khuyếch đại 0,5 ta có, ID = UC 515 = = 10 − ( A) R30 + R31 // R32 ∑ R Chọn R30 = R31 = R32 = R Thay vào ta tính R = 35 ( KΩ) điốt zener DZ2 chọn loại V : Hệ số khuyếch đại OP1 0,5 nên dòng IC = 0,5 mA 61 IC = VCC 12 ⇒ R33 + R34 = = 2,4( KΩ) R33 + R34 / R32 5.10 −3 Chọn R34 = ( KΩ)  R33 = 0,4 ( KΩ) điện áp rơi 2V Chọn hệ số khuyếch đại R37/R36 = 2,2 chọn R37 loại 22 ( KΩ) R36 = 10 ( KΩ) Vậy tụ C 402 V đầu khâu so sánh 6V chọn ngưỡng đặt 6V Điện trở R 35, R38 có tác dụng hạn chế dòng vào IC, chọn R35 = 10 ( KΩ) điốt D9 có chức ngăn không cho tụ phóng nạp ngược Điốt D 10 ngăn cản xung âm đưa đầu vào cổng AND chọn D9 D10 loại 1N15402 có thông số D10I = 2A; U = 70V D9I = 5A; U = 500V Khâu khuyếch đại xung biến áp xung (khâu 11 12) Sơ đồ nguyên lý Hình 5.12.Sơ đồ khâu khuyếch đại xung biến áp xung Khâu khuyếch đại: - Điện áp điều khiển thyzistor Uđk = (V) 62 - Dòng điều khiển Iđk = 0,25 (A) - Phía thứ cấp biến áp xung có: U2 = 1,2.4 = 4,8 (V); I2 = 0,25 (A) - Chọn biến áp xung có tỷ số m = - Phía sơ cấp có: U1 = 2U2 = 2.4,8 = 9,6 (V) I1 = 0,125 (A) Điện trở R17 có tác dụng giảm dòng điện qua cuộn sơ cấp biến áp xung, tránh thời điểm biến áp xung bị bão hoà mạch tụ Có: + VCC = U1 + UR17 + UCETS Chọn T5 loại D613 có thông số: UCEO = 85 (V); Icmax = (A) F = 15 MHZ; β = 10 – 320 Ta có: 15 = 9,6 + UR17 + 0,6 Vậy: UR17 = 4,8 (V) Chọn giá trị: ICT5 = I1 làm việc ổn định U Rω 4,8 = = 24(Ω) R17 = I CT 0,2 R17 = 24 (Ω) ; chọn R17 = 22 (Ω) T4 T5 có chức khâu khuyếch đại với hệ số khuyếch đại β = βT4 βT5 Chọn loại T4 loại C828 có thông số : UCF = 30V; IC = 50mA β = 100 – 200 Lấy β = 100; βT5 = 50 ICT5 = 0,2A IBT5 I CT 0,2 = = 4mA β CT 50 R16 có tác dụng hạn chế dòng qua T tránh trường hợp tụ kích T5 coi dòng điện qua R16 nhỏ so với TBT5 ta có: 63 U BET 0,7 = = 700(Ω) IR16 = 1mA  R16 = I R16 0,001 I BT + I R16 + = = 0,05(mA) β 100 T IBT4 = Khi T5 dẫn hoàn toàn, điện áp khâu so sánh đặt bù R 15 Coi điện áp khâu so sánh USS = 10 (V) U SS 10 = = 200( KΩ) −3 R15 = I BT 0,05.10 Để T4 dẫn trạng thái bão hoà sau IβT4 = 2.IβT4 = 2.0,05=IβT4 = 0,1 (mA) Chọn R15 = 50 ( KΩ) Các diốt D2, D3, D4 chọn loại 1N 5402 có thông số I = 2(A); U = 70(V) * Tính biến áp xung: Vì tON = 10µs nên ta chọn độ rộng xung tx = 4.tON = 4.10 =40(µs) Chọn vật liệu sắt từ – 330 dạng làm việc phần đặc tính trở hoá với thông số chọn là: ∆B = 0,3T (Tesla ) ∆H = 30 A / m Kích thước tổng : k ba U I t x ∆U x 2.U 0,5.I g t x ∆U x 2.4.0,5.250.10 −3.40.10 −6.0,1 V = = = = 0,67.10 −6 m ∆B.∆H ∆B.∆H 0,2.30 hay V = 0,67 cm3 Từ bảng tra từ hoá toàn phần chọn loại hình trụ ký hiệu 2213 ( có đường kính 22 mm , đường kính 13 mm có tiết diện lõi tương ứng 0,635 cm2 Vậy số vòng cuộn sơ cấp : 64 W1 = U 1t x 8.40.10 −6 = = 25,2 ∆B.S ba 0,2.0,635.10 − vòng Chọn số vòng dây cuộn sơ cấp : 26 vòng Số vòng dây cuộn thứ cấp : W2 = W1 26 = = 13 k vòng Chọn W2 =13 vòng Sơ đồ nguyên lý Hình 5-13 Sơ đồ mạch ổn áp dùng IC ổn áp 10 Tính toán thông số nguồn nuôi Tính chọn IC ổn áp: Nguồn điện chiều dùng mạch tạo xung điều khiển thường nguồn điện ổn định trước dao động bất thường lưới điện xoay chiều Vì ta phải sử dụng mạch ổn áp Ta chọn IC ổn áp loại LM7812; LM7912 LM7824;LM7815 Tính chọn tụ: 65 Tụ C1, C2 tụ C5 có tác dụng san phẳng điện áp “mấp mô” sau chỉnh lưu Do ta chọn tụ C1, C2 C5, C7 tụ hoá 2000F—50(V) Tụ C3, C4 C6, C8 có tác dụng trợ giúp cho mạch IC ổn áp, tụ xoay chiều Ta chọn tụ C3, C4, C6là tụ xoay chiều 200nF—50 (V) Tính chọn chỉnh lưu cần: Ta chọn Diode chỉnh lưu loại diode cầu tích hợp sẵn có hai đầu vào điện áp xoay chiều hai đầu điện áp chiều Loại diode có dòng định mức (A) Vì điện áp đầu vào IC ổn áp phải nhỏ 35 (V) lớn giá trị điện áp cần có Để tránh sụt áp nguồn xoay chiều ta chọn điện áp vào IC ổn áp (Uvào) 30(V) Tính toán máy biến áp nguồn nuôi: Chọn máy biến áp công suất 100 W Điện áp vào 220V Điện áp 30V Dòng điện 0,2A Dòng điện sơ cấp MBA: I1 = P 100 = = 0,45 ( A) U 220 Tỷ số biến áp K= U 220 = = 18,33 U 12 Thiết diện gông từ S = 1,2 P = 1,2 100 = 12cm2 U1 Số vòng dây bên sơ cấp W1 = 4,44 f B.S Chọn B = 1,2 220 = 688 −4 , 44 50 , 12 10 W1 = (vòng) 66 30 = 94 −2 , 44 50 , 12 10 W2= ( vòng) 67 68 Hình 5.14.Sơ đồ tổng quát mạch điều kiển 69 *) Trong qúa trình vận hành điều khiển cầu trục có yêu cầu đảo chiều Với sơ đồ mạch lực động KĐB ta dùng Contactor để thực đảo chiều với đảm bảo nguồn điện cắt trước đảo chiều hai ba pha để không xảy qúa trình hãm ngược Về thiết bị thực chọn hai Contactor riêng biệt T & N, tiếp điểm hai Contactor đóng mở theo mạch điều khiển sau: M¹ch ®¶o chiÒu 70 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG MATLAB Sơ đồ hệ thống mô Đồ thị tốc độ 71 Đồ thị dòng điện 72 73 KẾT LUẬN Tổng hợp hệ điện môn học quan trong chương trình đào tạo sinh viên ngành Tự Động Hoá lẽ có ứng dụng lớn lao nhà máy, sở sản xuất Nắm vững kiến thức môn học cho phép ta thiết kế, chế tạo hệ thống truyền động đảm bảo yêu cầu chất lượng tối ưu có lợi kinh tế Qua thời gian nổ lực làm em hoàn thành đồ án với giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo môn Tự Động Hoá Xí Nghiệp Công Nghiệp, em hoàn thành đồ án môn học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ với đề tài “ Thiết kế Hệ truền động cấu nâng hạ cầu trục “ đạt số kết sau : - Hiểu công nghệ hoạt động cấu nâng hạ cầu trục – Biết cách tính toán chọn loại động hệ thống truyền động điện – Hiểu dược cách điều chỉnh thực tế với phương pháp xung điện trở Roto Tuy nhiên thời gian hạn hẹp nên đồ án không tránh khỏi thiếu xót Em mong tiếp tục nhận đóng góp giúp đỡ thầy cô giáo 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Điều chỉnh tự động truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi – Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1999 Truyền động điện – Bùi Quóc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền – Nhà XuấT Bảh Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1998 Lý thuyết điều khiển tự động – Phạm Công Ngô - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà nội 2000 Điện tử công suất – Nguyễn Bính – NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2000 Điện tử công suất Điều khiển động điện – Cyril W.Lander - Người dịch Lê Văn Doanh) – NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1997 Matlab Simulink – Nguyễn Phùng Quang – NXB Khoa học kỹ thuật 2004 Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất– Phạm Quốc Hải – NXB Hà Nội 2000 75 [...]... CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là một khâu quan trọng trong quá trình tiến hành thiết kế hệ thống Việc chọn công suất động cơ bao hàm cả việc chọn loại động cơ I Chọn loại động cơ Phân tích vấn đề chọn loại động cơ trong truyền động cần trục liên quan đến giá thành lắp đặt, khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ Trong lĩnh vực truyền động cần trục trước... (G + G0 ).Rt u.i Khi hạ tải, năng lượng được truyền từ phía tải trọng về phía cơ cấu truyền và động cơ, nên: M h = M t − ∆M = M t η h trong đó: Mh – momen trên trục động cơ khi hạ tải ∆M – mất mát trong cơ cấu truyền ηh – hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải Nếu Mt > ∆M ta có trạng thái hạ hãm; còn nếu M t < ∆M ta có trạng thái hạ động lực Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là như nhau thì:... muốn nâng được vật lên, động cơ phải phát ra momen nâng khắc phục được momem trên trục động cơ M n = M1 = (G + G0 ) Rt u.i.η c (N.m) (1) Công suất của động cơ cần thiết để nâng vật: Pn = M n ω n (G + G0 ).v n = 1000 60.102.η c (kW) (2) Trong các công thức (1), (2) thì: G - trọng lượng của tải trọng (kg) G0 – trọng lượng bản thân cơ cấu nâng (kg) Rt – bán kính tang nâng (m) ηc – hiệu suất của cơ cấu nâng. .. – Tỉ số truyển chung của cơ cấu truyền trung gian i= 2π Rt n u.v n n – Tốc độ động cơ (v/phút) vn – tốc độ nâng tải (m/phút) Từ (1) & (2) dễ dàng suy ra momen và công suất của động cơ phát ra lúc nâng không tải: M n0 = Pn 0 = G0 Rt u.i.η c G0 v n 60.102.η c b Phụ tải tĩnh khi hạ tải 11 (3) (4) Có thể có hai trạng thái hạ tải + Hạ động lực + Hạ hãm Hạ động lực được dùng khi hạ những tải trọng nhỏ Khi... cấu nâng hạ bao gồm 4 giai đoạn chính: Hạ không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải Giữa các giai đoạn trên còn có thời gian nghỉ + Tỷ số truyền: i= 2πRt n iv 80 1.0,3.60 ⇒n= = = 573v / ph v 2πRt 2.π 0,4 Giả thiết tốc độ làm việc và chiều cao nâng hạ trong các giai đoạn như sau: ∑T lv =4 H 8 =4 = 107 s V 0 3 Thời gian xe cầu chuyển động chính là thời gian nghỉ caủa chuyển động nâng hạ cầu trục. .. kia, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp được dùng rất phổ biến trong cần trục Sở dĩ như vậy là bản thân loại động cơ này có những ưu điểm mà các loại động cơ không đồng bộ và đồng bộ không có được, đặc biệt là những yêu cầu rất đặc trưng của một số lĩnh vực truyền động Trước hết vì nó dùng nguồn một chiều nên nó yêu cầu số lượng thanh trượt ít so với các loại động cơ khác Đối với truyền động nâng, ... momen động cơ ngược chiều với momen phụ tải, động cơ làm việc ở trạng thái hãm (hạ hãm) Khi tải trọng tương đối nhỏ ηc