Đồ án thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục

Đồ án: Thiết kế hệ truyền động cho cấu nâng hạ cầu trục Lời nói đầu Trong ngành cơng nghiệp nói chung để giải số cơng việc khó khăn với người việc vận chuyển ngun vật liệu, hàng hóa nặng nhọc,trong mơi trường khắc nghiệt cần đến trợ giúp loại máy móc cơng nghiệp như: băng tải, cần cẩu, cầu trục Ở học kỳ em giao cho đồ án II với đề tài: “Thiết kế hệ truyền động cho cấu nâng hạ cầu trục” với thơng số u cầu sau: • • • • • • • • • Chiều cao nâng: 10 m Tốc độ nâng hạ: 0,35 m/s Trọng lượng tải: 4000 kg Trọng lượng móc câu: 50 kg Đường kính puli: 0,5 m Tỉ số truyền: 50 Hiệu suất truyền: 0,85 Momen quán tính cấu: 0,1kg/ Chu kỳ làm việc: 360s Với cố gắng thân bảo tận tình Nguyễn Thị Liên Anh, em hoàn thành xong đồ án Dù cố gắng kiến thức thân cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai xót nên em mong thầy bảo thêm Em xin chân thành cảm ơn! Chương Giới thiệu đặc điểm cầu trục 1.Giới thiệu chung Cầu trục kết cấu dầm hộp dàn, đặt xe có cấu nâng Dầm cầu chạy đường ray đặt cao dọc theo nhà xưởng, cịn xe chạy dọc theo dầm cầu trục, nhờ mà di chuyển vật đến vị trí xưởng Cầu trục sử dụng phổ biến nhiều ngành, lĩnh vực khác nhà máy, xí nghiệp, cơng trường xây dựng, hải cảng Phân loại cầu trục: • • • Theo tải trọng: - Loại nhẹ: từ đến 10 - Loại trung bình: từ 10 tới 15 - Loại nặng: 15 Theo chế độ làm việc: - Loại nhẹ : hệ số tiếp điện TĐ% = 10 - 15%, số lần đóng máy 60 - Loại trung bình : TĐ=15 - 25 %, số lần đóng máy 120 - Loại nặng : TĐ% = 40 - 60 %, số lần đóng máy >240 Theo chức năng: - Cầu trục vận chuyển : dùng rộng rãi, yêu cầu xác không cao - Cầu trục lắp ráp : phần lớn nằm nhà máy, xí nghiệp , dùng để lắp ráp chi tiết máy móc có yêu cầu độ xác cao 2.Cấu tạo cầu trục Cầu trục cấu tạo phận chính: xe cầu, xe cấu nâng hạ • Xe cầu: có hai dầm khung dầm làm thép, đặt cách khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe xe Hai đầu cầu liên kết khí với hai dầm quay ngang tạo thành khung hình chữ nhật mặt phẳng ngang • • Các bánh xe cầu trục thiết kế dầm ngang khung hình chữ nhật , tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt phân xưởng Xe con: thiết bị đặt xe cầu dịch chuyển chiều dài xe cầu Cơ cấu nâng hạ: đặt xe đóng vai trị nâng hạ hang hóa Nhờ cấu tạo mà cầu trục di chuyển phụ tải theo phương phủ kín mặt nhà xưởng: - Chuyển động dọc theo phân xưởng , nhờ chuyển động xe cầu Chuyển động ngang theo phân xưởng , nhờ chuyển động xe Chuyển động theo phương thẳng đứng, nhờ chuyển động cấu nâng hạ 3.Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động cầu trục Cầu trục làm việc môi trường nặng nề, đặc biệt hải cảng, nhà máy hố chất, xí nghiệp luyện kim Các khí cụ điện, thiết bị điện hệ truyền động trang bị điện cầu trục phải đảm bảo làm việc tin cậy điều kiện nghiệt ngã môi trường Các cấu truyền động cầu trục thường thay đổi mô men theo tải trọng Nhất cấu nâng hạ , mô men thay đổi rõ rệt Khi khơng có tải trọng mô men động không vượt (15 - 20 )% Đối với cấu nâng hạ cầu trục ngoạm đạt tới 50% Đối với đông di chuyển xe (30-50)% Đối với động di chuyển xe (30-35 )%, động di chuyển xe cầu (50 - 55 )% Trong hệ truyền động cấu cầu trục yêu cầu trình tăng giảm tốc xảy êm Bởi mơ men động q trình độ phải hạn chế theo kĩ thuật an toàn Năng suất cầu trục định hai yếu tố : tải trọng thiết bị số chu kì bốc xúc Số lượng hành hố bốc xúc chu kì khơng nhỏ tải trọng định mức nên phụ tải với động đạt (60 - 70 )% công suất động Các động truyền động điện làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại có tần số đóng điện lớn Đa số cầu trục làm việc điều kiện môi trường nặng nề, chế độ độ xảy nhanh mở máy , hãm đảo chiều Chế độ làm việc cấu cầu trục đươc xác định từ yêu cầu công nghệ , chức cầu trục dây chuyền sản xuất Cấu tạo kết cấu cầu trục đa dạng Khi thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển hệ thống truyền động điện phải phù hợp với loại cụ thể Từ đặc điểm ta có yêu cầu với hệ thống truyền động cho cấu cầu trục sau: - Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tự động đơn giản Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản cấu tạo, thay dễ dàng Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, tải ngắn mạch Quá trình mở máy diễn theo quy luật định sẵn Sơ đồ điều khiển cho động riêng biệt,độc lập Có cơng tắc hành trình hạn chế trình tiến,lùi cho xe cẩu , xe hạn chế hành trình lên xuống cấu nâng hạ Đảm bảo hạ hàng tốc độ thấp Tự động cắt nguồn cấp có người làm việc xe cầu 4.Đặc điểm cấu nâng hạ cầu trục Momen cản cấu không đổi độ lớn chiều chiều quay động thay đổi Nói cách khác, momen cản cấu nâng hạ thuộc loại momen cản năng, có đặc tính Mc = constant khơng phụ thuộc vào chiều quay Điều giải thích dễ dàng momen cấu trọng lực tải gây Khi nâng tải, momen có tác dụng cản trở chuyển động, tức hướng ngược chiều quay Khi hạ tải, momen lại momen gây chuyển động, tức hướng theo chiều quay động Dạng đặc tính cấu nâng hạ sau: Khi nâng tải động làm việc chế độ động Khi hạ tải có hai chế độ: hạ động lực hạ hãm - - Hạ động lực thực tải trọng nhỏ, mơmen tải trọng gây không đủ để thắng mômen ma sát cấu Máy điện làm việc chế độ động Hạ hãm thực tải trọng lớn, mơmen tải trọng gây lớn Máy điện phải làm việc chế độ hãm để giữ cho tải trọng hạ với tốc độ ổn định Đặc điểm hệ truyền động cấu nâng hạ: làm việc chế độ ngăn hạn lặp lại, thường xun phải dừng máy khơng địi hỏi đảo chiều mà thường có trễ sau thời gian định Chương Lựa chọn phương án truyền động 1.Lựa chọn loại động 1.1.Động điện xoay chiều không đồng - - Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, đặc biệt động rơto lồng sóc; so với động chiều động khơng đồng có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắn Ngồi động khơng đồng dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo Nhược điểm: điều chỉnh tốc độ khống chế trình độ khó khăn; riêng với động rơto lồng sóc có tiêu khởi động xấu so với động điện chiều 1.2.Động điện chiều - - Ưu điểm: khả chịu tải lớn, có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dải điều chỉnh tốc độ rộng Nhược điểm: so với động không đồng để chế tạo động điện chiều cỡ giá thành đắt hơn, cấu tạo có hệ thống chổi than cổ góp nên việc bảo dưỡng phải thường xuyên *Kết luận: qua phân tích so sánh em chọn phương án sử dụng động điện chiều ưu điểm bật việc điều chỉnh tốc độ, khả chịu q tải 2.Tính chọn cơng suất động 2.1.Xác định phụ tải tĩnh - nâng có tải: - nâng khơng tải: - hạ có tải: - hạ khơng tải: Ta có tốc độ nâng hạ 0.35m/s nên tổng thời gian làm việc là: -momen đẳng trị: 2.2.Xác định hệ số tiếp điện Hệ số tiếp điện tương đối: 2.3 Lựa chọn động Tốc độ góc động cơ: Tốc độ quay động cơ: Công suất động cơ: Ta chọn động có cơng suất: Từ số liệu tính tốn,tra bảng phụ lục sách “Các đặc tính động truyền động điện-Bùi Đình Tiếu” chọn động kích từ song song kiểu M với số liệu sau: Uđm=220 (V) Pđm= 16 (kW) Iđm = 84 (A) n= 700 (vg/ph) Dòng điện định mức cuộn kích từ song song: 1,97 (A) 3.Chọn phương án truyền động Trong phạm vi đồ án em sử dụng hệ truyền động chỉnh lưu tiristor-động chiều T-Đ ưu điểm bật nó: mạch lực đơn giản, kích thước gọn nhẹ, tác động nhanh, khơng gây ồn dễ tự động hóa van bán dẫn có hệ số khuyếch đại cơng suất cao, điều thuận tiện cho việc thiết lập hệ tự động điều chỉnh để nâng cao chất lượng tĩnh động hệ thống 3.1.Chỉnh lưu cầu pha Đồ thị áp-dòng tương ứng với trường hợp tải RL RLE chế độ dòng tải liên tục Để đưa dịng điện tải ln cần có hai van dẫn xung điều khiển phải đưa tới hai van thời điểm để T1 dẫn với T2; T3 dẫn với T4 Khi van T1,T2 dẫn có dịng chảy qua tải chưa kịp tắt van T3,T4 phát xung mở trở lại dòng tải liên tục Coi điện cảm L đủ lớn để dòng điện có độ gợn sóng khơng đáng kể, nên = giá trị khơng đổi +Ưu điểm: khơng cần sử dụng máy biến áp, điện áp tải phù hợp với cấp điện áp nguồn xoay chiều mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lưới điện +Nhược điểm: có hai van tham gia dẫn dịng, có sụt áp hai van gây ra, khiến cho mạch cầu khơng thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp 10V dịng tải lớn 3.2.Chỉnh lưu ba pha hình tia Đồ thị áp-dòng tương ứng với trường hợp tải RL RLE chế độ dòng tải liên tục Điểm tính góc điều khiển khơng phải điểm qua mà chậm pha góc 30 điện, tương ứng với điểm giao điện áp nguồn Xung điều khiển van lệch phần ba chu kỳ, tức 120 điện Với điện cảm L đủ lớn coi giá trị không đổi Dạng điện áp điện áp phía nguồn có van dẫn Giá trị điện áp tuân theo qui luật: 10 • Tiết diện dây quấn: • Chọn dây tiết diện chữ nhật có kích thước: a x b=4,1 x 5,9 ; s=23,3 Xác định khe hở tối ưu: Vì miếng đệm có độ dày : • Tính kích thước cuộn dây Chọn lõi dây có độ dầy 5mm, nên độ cao sử dụng để quấn dây là: • Số vịng dây lớp: • Như lớp dây quấn 44 vịng Tính số lớp dây • Vậy cần quấn lớp Lấy khoảng cách hai lớp dây quấn độ dày cuộn dây là: Độ dày cuộn dây nhỏ kích thước cửa sổ nên thỏa mãn Kiểm tra chênh lệch nhiệt độ Tổn thất dây quấn đồng: Tổng diện tích bề mặt cuộn dây: =2.26(9+10,8+)+1,4.3,1(3,1+2.9) =1656,4 ( Hệ số phát nhiệt Độ chênh lệch nhiệt độ: Độ chênh mức cho phép nên cần khắc phục cách làm mát cưỡng bức, đồng thời kích thước cửa sổ cịn rộng nên tăng khoảng cách lớp dây quấn để tăng bề mặt thoát nhiệt cuộn dây 5.Tính tốn bảo vệ mạch lực Trong chỉnh lưu, phần tử khả chịu biến động mạnh điện áp dòng điện van bán dẫn Vì việc bảo vệ mạch lực chủ yếu bảo vệ van bán dẫn khỏi hai trạng thái: dòng q điện áp 5.1.Bảo vệ q dịng 26 Có hai kiểu bảo vệ dòng bảo vệ qua dòng ngắn hạn bảo vệ dòng lâu dài Với tiristor cần phải bảo vệ tốc độ tăng dòng cho phép di/dt đặc điểm tiristor bắt đầu dẫn khơng cho phép dịng qua tăng nhanh vượt giới hạn cho phép ,nếu không van bị đánh thủng Để bảo vệ phải có điện cảm phía xoay chiều nhằm hạn chế tốc độ tăng dòng Bộ chỉnh lưu sử dụng có biến áp lực nên than điện cảm cuộn dây biến áp đẫ giữu vai trò bảo vệ điện cảm khơng cần quan tâm đến vấn đề Bảo vệ dòng lâu dài: van chịu dịng q khả khơng lớn song lại lâu dài van bị nóng mức hỏng bị phá hủy nhiệt Điều xảy trường hợp đấu song song nhiều van loại để tăng dòng tổng, nhiên đặc tính VA van khác dẫn đến phân dịng cho van khơng đều, có van chịu dịng lớn tính tốn Tuy nhiên sơ đồ mạch lực không sử dụng kiểu đấu song song nhiều van nên không cần phải xét trường hợp Bảo vệ q dịng điện ngắn hạn: mạch có cố, dòng điện qua van mạch lực tăng nhanh thường kéo dài cỡ 10ms phần tử bảo vệ tác động Do cần phải có phần tử bảo vệ tác động kịp thời Ở em lựa chọn cầu chì tác động nhanh có thơng số: Tra phụ lục sách “Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất-Phạm Quốc Hải” chọn cầu chì loại: 6,600 CP URC 14-51/50 có 5.2.Bảo vệ q điện áp 5.2.1.Các nguyên nhân gây áp Quá áp gây hỏng van có hai dạng: áp biên độ vượt trị số cho phép van tốc độ tăng điện áp thuận đặt lên van Các nguyên nhân gây áp: • • • Quá áp từ lưới điện đưa tới Đây áp như: sét đánh vào đường dây điện, đóng ngắt phụ tải chung nguồn với chỉnh lưu Quá áp đóng ngắt khối chức thân chỉnh lưu Quá áp tượng chuyển mạch van làm việc Loại mang tính chất chu kỳ, thương xuyên gắn liền với hoạt động mạch chỉnh lưu, hai loại thường mang tính ngẫu nhiên 27 5.2.2.Các biện pháp bảo vệ áp +Bảo vệ áp phía nguồn xoay chiều gây Tốt sử dụng phần tử bảo vệ chế tạo cho việc chống áp lưới điện varistor Tra phụ lục sách “Hướng dẫn thiết kế điện tử cơng suấtPhạm Quốc Hải” chọn loại varistor Z380LP có thông số: 530 V +Bảo vệ xung áp van Biện pháp bảo vệ thông dụng dùng mạch RC mắc song song với van Chọn giá trị RC theo kinh nghiệm thực tế: điện trở nằm khoảng chục đến 100, tụ điện từ 0,1 đến (van lớn tụ lớn trở nhỏ đi) Chọn: R=80 ; C=0,6 28 Chương Mạch điều khiển Tiristor 1.Khái quát chung Để tiristor chỉnh lưu mở thời điểm cần phải có hai điều kiện: - Phải có điện áp thuân đặt lên van Trên cực điều khiển katốt van phải có tín hiệu điều khiển Để có hệ thống tín hiệu điều khiển xuất theo yêu cầu cần sử dụng mạch điều khiển để tạo tín hiệu Do đặc điểm van (tiristor) mở việc cịn hay tín hiệu điều khiển khơng ảnh hưởng đến dịng qua van Vì để hạn chế công suất mạch điều khiển giảm tổn thất vùng điện cực điều khiển người ta thường tạo tín hiệu điều khiển dạng xung Chức mạch điều khiển: - Tạo xung đủ điều kiện: công suất, biên độ, thời gian tồn đủ để mở van Điều chỉnh thời điểm phát xung điều khiển Phân phối xung cho kênh điều khiển theo quy luật yêu cầu 2.Nguyên tắc điều khiển Sử dụng nguyên tắc điều khiển dọc Khâu Utựa tạo điện áp tựa có dạng cố định (thường có dạng cưa) theo chu kỳ nhịp đồng Udb Khâu so sánh SS xác định điểm cân hai điện áp Utựa Uđk để phát động khâu tạo xung TX Như theo nguyên tắc 29 thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi thay đổi trị số Uđk 3.Các khâu mạch điều khiển 3.1.Khâu đồng Khâu có hai chức năng: Đảm bảo quan hệ góc pha cố định với điện áp van lực nhằm xác định điểm gốc để tính góc điều khiển Ở ta sử dụng máy biến áp, điện áp sơ cấp điện áp dây (ví dụ với điện áp dây AC) nên điểm qua điện áp đồng vào 30 điểm cắt hai điện áp pha A pha C, mà điểm tương ứng với góc =0 tiristor T1 Hình thành điện áp có dạng phù hợp làm xung nhịp cho hoạt động khâu tạo điện áp tựa phía sau Ở sử dụng xung nhịp đồng hai nửa chu kỳ, mạch kết hợp chỉnh lưu với khuyếch đại thuật toán Điện áp chỉnh lưu đưa đến cửa (+) OA để so sánh với điện áp ngưỡng lấy từ biến trở P1, điện áp đồng tuân theo quan hệ sau: Do đó: -nếu dương điện áp bão hịa OA: =+ -nếu =- 3.2.Khâu tạo điện áp tựa Sử dụng khuyếch đại thuật toán tạo điện áp tựa dạng cưa tuyến tính hai nửa chu kỳ Ở nửa chu kỳ bão hòa âm diod D9 dẫn Do cửa (+) OA nối đất nên điện cửa (-) khơng Do , Thơng thường mạch thiết kế với R5