ĐỀ TÀI HỆ THỐNG NÂNG HẠ CẦU TRỤC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG NÂNG HẠ CẦU TRỤC GVHD: Ths Nguyễn Phan Thanh SVTH: Thái Hoàng Lộc 16142533 Võ Tiến Dũng 16142075 Tp.Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 11 năm 2019 MỤC LỤC Mục lục Lời nói đầu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ I Đặc điểm chung cấu nâng-hạ cầu trục II Khảo sát đặc tính phụ tải III Xây dựng cơng thức cần thiết cho tính tốn cấu nâng CHƯƠNG II: TÍNH CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG 15 I Chọn loại động 15 II Tính tốn chọn động 15 III Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh 16 IV Tính tốn hệ số tiếp điện tương đối 17 CHƯƠNG III: CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 19 I Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto 19 II Chọn động truyền động 22 Chọn sơ loại động 22 Kiểm nghiệm lại động 22 III.Mơ tả tốn học động điện điều khiển xung điện trở Roto 25 Nguyên lý làm việc 28 IV Tính tốn mạch lực .29 Tính điện trở điều chỉnh: 30 Tính tốn chỉnh lưu Roto .32 Tính chọn mạch bảo vệ điot Thyristor 36 Tính tốn thiết bị đo: 37 CHƯƠNG IV: TỔNG HỢP MẠCH VÒNG 41 I Khái quát chung 42 II Tổng hợp mạch vòng 44 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 46 Tổng hợp mạch vòng tốc độ .48 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 50 I Giới thiệu chung mạch điều khiển 52 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 52 Nguyên lý làm việc sơ đồ 52 II Tính toán mạch điều khiển 52 Bộ điều chỉnh tốc độ dòng điện (khâu 2) .53 Chọn IC thuật toán loại TL084 .53 Khâu tạo xung cưa (khâu 3) 53 Khâu so sánh (khâu 4) .55 Khâu phát xung chùm (khâu 9) .55 Phần trở AND (khâu khâu 8) 57 Phần tử cộng đảo NOR (khâu 6) .57 Khâu đo điện áp tụ C (khâu 10) 58 Khâu khuyếch đại xung biến áp xung (khâu 11 12) 59 Sơ đồ nguyên lý 59 10 Tính tốn thông số nguồn nuôi .62 Mô hệ thống matlab 65 Kết Luận 67 Tài liệu tham khảo 68 Lêi nãi ®Çu Truyền động điện cơng đoạn cuối công nghệ sản xuất Trong dây truyền sản xuất tự động đại, truyền động đóng góp vai trị 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 cịn 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 Truyền Động Điện Thực tập Truyền Động Điện nhóm em chọn 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 hồn 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, cơng 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 Nó bao gồm nhiều loại, nhiều kiểu khác nhau: Loại mono ray, loại cầu trục chạy dầm treo, loại cầu trục chạy nhà xưởng, loại cổng trục, loại cầu trục quay, loại cầu trục không cần ray chạy… Theo số loại palang Palăng tốc độ: Loại tiêu chuẩn 0,5 ÷ 15 Loại thân ngắn ÷ Loại dầm đơi ÷ 50 Palăng hai tốc độ: Loại tiêu chuẩn 0,5 ÷ 15 Loại thân ngắn ÷ Loại dầm đơi ÷ 50 Cấu tạo đơn gian cầu trục gồm có: Palăng, móc treo tải, dầm trục chính, đường ray, bảng điều khiển, ray chạy dọc… 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 mơmen thay đổi theo tải trọng rõ rệt Theo khảo sát từ thực tế khơng có 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, mơmen động q trình hạn chế q 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/s2 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 u cầu cơng nghệ Đó u cầu dừng máy xác, nên địi 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 khơng chế có cơng 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 khơng 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 hố 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%) cơng suất định mức động ▪ 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 (Mc) 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 khơng 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: MC M H2: Dạng đặc tính cấu nâng-hạ T c tớnh c ca c cu phụ tải ta có số nhận xét sau: + Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát động Mđ mơmen hãm, Mc mơ men gây chuyển động + Khi cần trục hạ tải dụng lực: hai mômen gây chuyển động Chọn R9 = 2,5 kΩ Chọn R12 = 10 kΩ Chọn D5 điốt loại : 1N4150 có thông số ; U= 50 V I = 200 mA 56 U1 ωt U2 ωt Hình 5.8.Sơ đồ xung khâu tạo xung chùm Phần trở AND (khâu khâu 8) Hình 5.9 Khâu AND Khâu phần tử AND đầu vào cho tín hiệu đầu mức logic cao ‘1” hai tín hiệu đầu vào mức logic cao “1” Khâu phần tử AND đầu vào cho tín hiệu đầu “1” đầu vào mức cao “1” Chức khâu chi cho phép mở thyristor điện áp tụ C nạp đồng thời có xung khâu so sánh tín hiệu khâu phát xung chùm Chọn loại AND 4081 7408 chế tạo theo cơng nghệ CMOS có nguồn nuôi – 15 (V) Phần tử cộng đảo NOR (khâu 9) Hình 5.10.Khâu NOR 57 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: +Vcc R33 D9 + R30 R31 - + D10 - OP1 R35 R32 DZ2 R37 R38 +Vcc R36 R39 R34 U® Hình 5.11.Sơ đồ ngun 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, IC 515 U − ∑ = RRRR 10 ( ) A == D + // 30 31 32 Chọn R30 = R31 = R32 = R Thay vào ta tính R = 35(KΩ)các điốt zener DZ2 chọn loại V : Hệ số khuyếch đại OP1 0,5 nên dòng IC = 0,5 mA 58 V ICC 12 = −⇒ + = = Ω RRK C 33 34 / RRR + 2,4( ) 5.10 33 34 32 Chọn R34 = 2(KΩ)→ R33 = 0,4(KΩ)điện áp rơi 2V Chọn hệ số khuyếch đại R37/R36 = 2,2 chọn R37 loại 22 (KΩ)thì R36 = 10(KΩ) Vậy tụ C 402 V đầu khâu so sánh 6V chọn ngưỡng đặt 6V Điện trở R35, R38 có tác dụng hạn chế dịng vào IC, chọn R35 = 10(KΩ)điốt D9 có chức ngăn khơng cho tụ phóng nạp ngược Điốt D10 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 (khối 11 12) Sơ đồ nguyên lý +Vcc R17 R18 BAX D3 D4 T4 R32 T5 D2 R16 Hình 5.12.Sơ đồ khâu khuyếch đại xung biến áp xung Khâu khuyếch đại: - Điện áp điều khiển thyzistor Uđk = (V) 59 - 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 thơng 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 Uω R17 = 24( ) I 4,8 0,2 CT R ==Ω 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 thơng số : UCF = 30V; IC = 50mA β = 100 – 200 Lấy β = 100; βT5 = 50 ICT5 = 0,2A →IBT5mA I 0,2 CT β CT == 50 5 R16 có tác dụng hạn chế dịng qua T4 tránh trường hợp tụ kích T5 coi dịng điện qua R16 nhỏ so với TBT5 ta có: 60 U 0,7 IR16 = 1mA → R16 = 700( ) BET ==Ω R I 16 0,001 16 mA I I + 41+ IBT4 = 0,05( ) BT R= βT = 100 Khi T5 dẫn hoàn toàn, điện áp khâu so sánh đặt bù R15 Coi điện áp khâu so sánh USS = 10 (V) U 10 0,05.1 R15 = 200( ) SS = −= KΩ I BT 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 thơng 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 hố với thơng số chọn là: Δ= B T Tesla 0,3 ( ) Δ= HAm 30 / Kích thước tổng : 2.4.0,5.250.1 0.1 0,1 .0,5 U I t U Δ 22 kUItU 0,6 7.1 m −−36 Δ ba x x g x x V −63 = = ΔΔ BH ΔΔ BH = = 0,2.3 hay V = 0,67 cm Từ bảng tra từ hố tồn phần chọn loại hình trụ ký hiệu 2213 ( có đường kính ngồi 22 mm , đường kính 13 mm có tiết diện lõi tương ứng 0,635 cm2 Vậy số vòng cuộn sơ cấp : Ut 8.40.106 − Wvòng = = =− 25,2 x Δ BS 0,2.0,6 35.10 ba 61 Chọn số vòng dây cuộn sơ cấp : 26 vòng Số vòng dây cuộn thứ cấp : W 26 13 Wvòng 2= = = k +Ccc Chọn W2 =13 vòng Sơ đồ nguyên lý 7812 Uvµo W1 C1 3C 0cc 31 7824 cc -Ccc +24cc C6 Uvµo 5C 0cc W3 0cc C4 2C 32 U 7815 +15cc 7912 W4 vµo 8C C7 0cc Hình 5-13 Sơ đồ mạch ổn áp dùng IC ổn áp 10.Tính tốn thơng số nguồn ni 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: 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) 62 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 dịng 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 tốn máy biến áp nguồn ni: Chọn máy biến áp công suất 100 W Điện áp vào 220V Điện áp 30V Dòng điện 0,2A Dòng điện sơ cấp MBA: 100 P I=== 1A U 220 U 220 0,45( ) Tỷ số biến áp === K 18,33 U Thiết diện gông từ 12 S = 1,2P =1,2 100= 12cm2 U Số vòng dây bên sơ cấp W1 = f B S 4,44 Chọn B = 1,2 220 W1 = 688 4,44.50.1,2.12.10 = −(vòng) 30 W2= 94 4,44.50.1,2.12.1 = −( vòng) 63 + Vcc R1 R2 R3 R4 R5 R6 C1 C2 T4 R17 T1 D1 C0 T2 T3 DZ1 R3ω R3i D3 +Vcc BA X C6 D4 C6 R32 R18 dω - R1ω D1 - T5 R7 U R1i Uω R2ω + R16 D3' - + C3 R10 R9 +Vc c R18' R33 R11 R12 Ui R32' + D9 + + R2i R8 D5 R30 R31 T4' R17' +Vcc BA X D4' D2 OP R35 R32 R38 R37 - + D10 T5' D2' - R16' DZ2 c c R36 + V R39 R34 U® Hình 5.14.Sơ đồ tổng quát mạch điều kiển 64 Trong qóa 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 đ-ợc cắt tr-ớc đảo chiều hai ba pha để không xảy qúa trình hÃm ng-ợc Về thiết bị thực hiƯn chän hai bé Contactor riªng biƯt T & N, tiếp điểm hai Contactor đ-ợc đóng mở theo mạch điều khiển sau: đả 65 Mễ PHNG H THỐNG BẰNG MATLAB Sơ đồ hệ thống mô Đồ thị tốc độ 66 Đồ thị dũng điện 67 KẾT LUẬN Truyền Động Điện môn học quan trong chương trình đào 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, em hồn thành đồ án mơn học Truyền Động Điện với đề tài “Thiết Kế Cơ Cấu Nâng Hạ Cầu Trục“ đạt số kết sau : - Hiểu công nghệ hoạt động cấu nâng hạ cầu trục – Biết cách tính tốn chọn loại động hệ thống truyền động điện – Hiểu dược cách điều chỉnh thực tế với phương pháp xung điện trở Roto 68 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 Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền – Nhà Xuất Bản 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 cơng 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 Cơ sở Matlab ứng dụng – Nguyễn Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Phạm Thị Ngọc Yến, Nguyễn Thị Lan Hương – NXB Khoa học kỹ thuật 1999 Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất– Phạm Quốc Hải – NXB Hà Nội 2000 Kỹ thuật điện tử qua sơ đồ – H.Schreiber – Người dịch Lê Văn Doanh, Võ Thạch Sơn – NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1997 10.Chỉnh lưu thyristor dùng truyền động điện chiều – Nguyễn Từ Sơn – Luận văn cao học 1993 11.Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hố Tin học cơng nghiệp – R.Buorgeois, P.Dalle, B.Maizieres, E.Esvan, E.Seuillot – Người dịch Lê Văn Doanh – NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1999 12.Electromechanical Design Handbook – Ronald A.Walsh – McGraw Hill 1995 69