Chương 1. Tổng quan về cầu trục 1.1. Khái quát chung Cầu trục là các máy chuyển động trên 2 đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển vật trong khoảng không gian giữa 2 dường ray đó. 1.1.1. Cấu tạo Hình 1.1. Cầu trục Cơ cấu nânghạ: Là bộ phận của cầu trục bao gồm động cơ truyền động, bộ truyền và hệ kéo cáp vật lên, hạ vật xuống theo phương thẳng đứng (palang điện hoặc palang tay). Bộ phận lấy hàng có thể là móc câu, gầu hoặc nam châm điện. Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có 1 hoặc 2, 3 cơ cấu nâng hạ, gồm 1 cơ cấu nâng chính và 1 hoặc 2 cơ cấu nâng phụ. Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm. Phanh dùng trong cầu trục thường có 3 loại: phanh đĩa, phanh guốc và phanh đai. Xe cầu: Là một khung thép hình chữ nhật, được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm 1 dầm chính bao quanh là dàn khung. Hai đầu dầm chính liên kết cơ khí với 2 dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung để xe cầu có thể chạy dọc suốt nhà xưởng một cách dễ dàng. Xe con: Là bộ phận di chuyển trên đường ray trên xe cầu, trên đó có cơ cấu nâng hạ và cơ cơ cấu di chuyển cho xe con Kết hợp 2 chuyển động vuông góc của xe cầu và xe con với chuyển động lên xuống của bộ phận lấy hàng, ta có thể di chuyển vật ở mọi điểm ở trong không gian của phân xưởng. Dẫn động của cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn điện động. Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao. 1.1.2. Phân loại Theo bộ phận lấy hàng và mục đích sử dụng: Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn. Cầu trục dùng gầu ngoạm. Cầu trục dùng nam châm điện. Theo chế độ làm việc: Loại nhẹ: TĐ% = 10÷15%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là 60. Loại trung bình: TĐ% = 15÷25%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là 120. Loại nặng: TĐ% = 40÷60%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là trên 240. Theo trọng tải: Loại nhẹ: dưới 10 tấn. Loại trung bình: từ 10÷15 tấn. Loại nặng: trên 15 tấn. Theo chức năng: Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu chính xác không cao. Cầu trục lắp ráp: Sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, yêu cầu độ chính xác cao. 1.1.3. Đặc điểm công nghệ Do phải thường xuyên làm việc trong môi trường có điều kiện khắc nghiệt như các bến cảng, nhà máy xí nghiệp, hay các phân xưởng luyện kim nên yêu cầu chế độ đóng cắt cao, đặc biệt là đối với cầu trục dùng để lắp ghép các các chi tiết máy trong phân xưởng cơ khí. Các thiết bị trong hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác. Các thành phần cấu tạo lên hệ thống phải đơn giản, dễ thay đổi, sữa chữa và bảo dưỡng. Trong hệ thống phải có thiết bị bảo vệ điện áp, bảo vệ quá tải và ngắn mạch khi có yêu cầu cần thiết. Có thiết bị han chế hành trình cho xe con, xe cầu, cơ cấu nâng hạ. Có thể tự động cắt nguồn khi có người làm việc trên xe cầu. 1.2. Đặc tính phụ tải 1.2.1. Momen động cơ nâng hạ Khảo sát cơ cấu nâng hạ người ta thấy rằng, khi nâng tải, momen thế năng có tác động cản trở chuyển động, tức là hướng ngược chiều quay. Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển, tức là nó hướng theo chiều quay động. Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ: ω Mc 0 Mc M Hình 1.2. Đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ. Từ đặc tính của cơ cấu nâng hạ ta có nhận xét: Hạ hãm: Tải trọng lớn thì momen tải trọng Mc đủ lớn để thắng momen ma sát Mms của hệ truyền động và tải tự tụt xuống. Khi hạ tải ứng với trạng thái phát của động cơ thì Mđ là momen hãm để ghìm giữ tải trọng tụt xuống đều với tốc độ cho phép, Mc là momen gây chuyển động. Hạ động lực: Tải trọng nhỏ thì momen tải trọng không đủ để thắng momen ma sát của hệ truyền động và động cơ phải làm việc đẩy xuống. Cả 2 momen tải trọng và động cơ đều gây momen chuyển động. Như vậy, trong mỗi giai đoạn nâng hay hạ thì động cơ phải được điều khiển để đảm bảo làm việc đúng với trạng thái làm việc của nó, phù hợp với đặc tính tải. Phụ tải của nâng hạ cầu trục có thể biến đổi từ 0 đến giá trị lớn nhất. 1.2.2. Trạng thái làm việc của động cơ Góc phần tư thứ I: Máy điện làm việc ở chế độ động cơ (đường 1) Với: Mđ – Momen động cơ sinh ra Mc – Momen cản do tải trọng gây ra Mms – Momen cản do ma sát gây ra Đối với động cơ nâng hạ làm việc ở chế độ nâng hàng. Góc phần tư thứ II: Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu cơ cấu nâng hạ thực hiện hãm động năng ( đường 3). Góc phần tư thứ III: Máy điện làm việc ở chế độ động cơ. Đối với cơ cấu nâng hạ: Mc < Mms Mđ = Mms Mc Chế độ này gọi là hạ động lực. Góc phần tư thứ IV: Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu nâng hạ: Mc > Mms Mđ = Mc Mms Hàng sẽ được thả do trọng lượng của nó. Còn động cơ đóng điện nâng để hãm tốc độ hạ hàng. Lúc này động cơ làm việc ở trạng thái hãm ngược (đường 4). Hình 1.3. Chế độ làm việc động cơ cầu trục 1.3. Yêu cầu của hệ truyền động sử dụng trong cầu trục Chế độ làm việc: Động cơ truyền động của cơ cấu nâng hạ có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, có tần số đóng cắt lớn. Vấn đề đảo chiều: Động cơ cầu trục phải có khả năng đảo chiều quay, có momen thay đổi theo trọng tải rất rõ rệt. Theo khảo sát từ thực tế khi không có tải trọng, momen động cơ Mđ không vượt quá (15÷20%)Mđm. Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục gầu ngoạm tới 50%Mđm. Yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ thống truyền động của cơ cấu nâng hạ nói chung và cầu trục nói riêng, yêu cầu về quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm. Bởi vậy, momen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thật an toàn. Ở các máy nâng tải. gia tốc thường được quy định theo khả năng chịu phụ tải của từng động cơ. Đối với cơ cấu hạ cầu trục gia tốc phải nhỏ hơn 0,5ms2 để không làm đứt cáp. Thời gian khởi động nhỏ nhất là 2s. Sử dụng phanh ham khi chuẩn bị dừng và khi mất điện điện phanh hãm phải dừng ở giá trị hiện trạng, tránh rơi tự do, phải dừng chính xác tại nơi lấy, hạ tải và phải dừng ở tốc độ thấp. Phạm vi điều chỉnh: Trong cơ cấu nâng hạ cầu trục thì phạm vi điều chỉnh không cao. Ở cầu trục thông thường thì D < 3, ở cầu trục lắp giáp D > 10. Độ chính xác điều chỉnh không cao khoảng 5%. Các cơ cấu điều khiển truyền động cầu trục ít nhất phải có 3 cấp tốc độ. Cấp độ cao là cấp độ tối ưu cho từng cơ cấu. Cấp tốc độ thấp để thỏa mãn công nghệ khi nâng và hạ hàng chạm đất. Cấp độ trung bình thỏa mãn yêu cầu bốc xếp hàng hóa và ổn định của cầu trục. Khả năng rút ngắn thời gian quá độ: Đây là biện pháp cơ bản để nâng cao năng suất do các cơ cấu điều khiển truyền động trên cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Nhằm rút ngắn thời gian quá độ, người ta thường sử dụng phương pháp: chọn động cơ có momen khởi động lớn, dùng động cơ điện có tốc độ không cao, giảm momen quán tính của các bộ phận quay. Yêu cầu đối với truyền động trong trạng thái bất thường như hãm khẩn, đảo chiều quay tức thời hay hãm đột ngột: Các bộ phận phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục, khi mất điện hay sự cố đảm bảo an toàn cho người và thiết bị . Để dảm bảo điều này, trong sơ đồ điều khiển phải có công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu. Khi hãm khẩn cấp hay hãm đột ngột phải dừng chính xác. Yêu cầu về nguồn và trang bị: Điện áp cung cấp cho cơ cấu cầu trục không vượt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay dùng là 380220V, mạng điện 1 chiều hay dùng là 220V, 440V. Đa số làm việc trong môi trường nặng nề, đặc biệt trong các hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim, phân xưởng sửa chữa… nên các khí cụ trong truyền động và trang bị điện cơ cấu yêu cầu phải làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn, năng suất trong mọi điều kiện khắc nghiệt, đơn giản trong thao tác.
Tổng quan về cầu trục
Khái quát chung
Cầu trục là thiết bị di chuyển trên hai đường ray cố định, được lắp đặt trên kết cấu kim loại hoặc tường cao, nhằm mục đích vận chuyển hàng hóa trong không gian giữa hai đường ray.
Cơ cấu nâng-hạ của cầu trục bao gồm động cơ truyền động, bộ truyền và hệ kéo cáp để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, với các thiết bị như palang điện hoặc palang tay Bộ phận lấy hàng có thể là móc câu, gầu hoặc nam châm điện, và tùy thuộc vào công dụng của cầu trục, xe con có thể trang bị từ 1 đến 3 cơ cấu nâng hạ, bao gồm 1 cơ cấu nâng chính và 1 hoặc 2 cơ cấu nâng phụ Ngoài ra, cầu trục còn có cơ cấu phanh hãm, thường sử dụng 3 loại phanh: phanh đĩa, phanh guốc và phanh đai.
Xe cầu: Là một khung thép hình chữ nhật, được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm
Dầm chính được bao quanh bởi dàn khung, với hai đầu dầm chính liên kết cơ khí với hai dầm ngang, tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang Các bánh xe cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung, cho phép xe cầu di chuyển dễ dàng dọc theo nhà xưởng.
Xe con: Là bộ phận di chuyển trên đường ray trên xe cầu, trên đó có cơ cấu nâng hạ và cơ cơ cấu di chuyển cho xe con
Kết hợp hai chuyển động vuông góc của xe cầu và xe con với chuyển động lên xuống của bộ phận lấy hàng cho phép di chuyển vật ở mọi điểm trong không gian của phân xưởng Cầu trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc điện Dẫn động bằng tay thường được sử dụng trong các phân xưởng sửa chữa và lắp ráp nhỏ, nơi việc nâng hạ không diễn ra thường xuyên và không yêu cầu năng suất hay tốc độ cao.
Theo bộ phận lấy hàng và mục đích sử dụng:
- Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn.
- Cầu trục dùng gầu ngoạm.
- Cầu trục dùng nam châm điện.
Theo chế độ làm việc:
- Loại nhẹ: TĐ% = 10÷15%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là 60.
- Loại trung bình: TĐ% = 15÷25%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là 120.
- Loại nặng: TĐ% = 40÷60%, số lần đóng cắt trong 1 giờ là trên 240.
- Loại trung bình: từ 10÷15 tấn.
- Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu chính xác không cao.
- Cầu trục lắp ráp: Sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, yêu cầu độ chính xác cao.
Do làm việc trong môi trường khắc nghiệt tại các bến cảng, nhà máy và phân xưởng luyện kim, cầu trục cần có chế độ đóng cắt cao để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc lắp ghép các chi tiết máy trong phân xưởng cơ khí.
- Các thiết bị trong hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác.
- Các thành phần cấu tạo lên hệ thống phải đơn giản, dễ thay đổi, sữa chữa và bảo dưỡng.
- Trong hệ thống phải có thiết bị bảo vệ điện áp, bảo vệ quá tải và ngắn mạch khi có yêu cầu cần thiết.
- Có thiết bị han chế hành trình cho xe con, xe cầu, cơ cấu nâng hạ.
- Có thể tự động cắt nguồn khi có người làm việc trên xe cầu.
Đặc tính phụ tải
1.2.1 Momen động cơ nâng hạ
Khi khảo sát cơ cấu nâng hạ, có thể thấy rằng momen thế năng ảnh hưởng đến chuyển động của tải Cụ thể, khi nâng tải, momen thế năng cản trở chuyển động theo chiều ngược lại, trong khi khi hạ tải, momen này lại tạo ra chuyển động theo chiều quay động.
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ: ω
Hình 1.2 Đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ.
Từ đặc tính của cơ cấu nâng hạ ta có nhận xét:
Hạ hãm là quá trình khi tải trọng lớn, momen tải trọng Mc đủ lớn để vượt qua momen ma sát Mms của hệ truyền động, khiến tải tự động hạ xuống Khi thực hiện hạ tải, động cơ hoạt động ở trạng thái phát.
Mđ là momen hãm để ghìm giữ tải trọng tụt xuống đều với tốc độ cho phép, Mc là momen gây chuyển động.
Hạ động lực xảy ra khi tải trọng nhỏ, dẫn đến momen tải trọng không đủ để vượt qua momen ma sát của hệ truyền động Kết quả là động cơ phải hoạt động với lực đẩy xuống Cả hai momen tải trọng và động cơ đều góp phần tạo ra momen chuyển động.
Trong quá trình nâng hạ, động cơ cần được điều khiển chính xác để hoạt động hiệu quả theo trạng thái làm việc và đặc tính tải Phụ tải của cầu trục có thể thay đổi từ 0 đến giá trị tối đa, đòi hỏi sự linh hoạt trong điều khiển.
1.2.2 Trạng thái làm việc của động cơ
Máy điện làm việc ở chế độ động cơ (đường 1) d c ms
Với: Mđ – Momen động cơ sinh ra Mc –
Momen cản do tải trọng gây ra Mms – Momen cản do ma sát gây ra Đối với động cơ nâng hạ làm việc ở chế độ nâng hàng.
Góc phần tư thứ II:
Máy điện làm việc ở chế độ máy phát Đối với cơ cấu cơ cấu nâng hạ thực hiện hãm động năng ( đường 3).
Góc phần tư thứ III:
Máy điện làm việc ở chế độ động cơ Đối với cơ cấu nâng hạ:
Chế độ này gọi là hạ động lực.
Góc phần tư thứ IV:
Máy điện làm việc ở chế độ máy phát Đối với cơ cấu nâng hạ:
Hàng hóa sẽ được thả xuống nhờ vào trọng lượng của nó, trong khi động cơ đóng điện nâng sẽ kiểm soát tốc độ hạ hàng Khi đó, động cơ hoạt động ở chế độ hãm ngược để đảm bảo an toàn trong quá trình hạ.
Hình 1.3 Chế độ làm việc động cơ cầu trục
Yêu cầu của hệ truyền động sử dụng trong cầu trục
Chế độ làm việc: Động cơ truyền động của cơ cấu nâng hạ có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, có tần số đóng cắt lớn.
Động cơ cầu trục cần có khả năng đảo chiều quay và momen thay đổi theo trọng tải rõ rệt Theo khảo sát thực tế, khi không có tải trọng, momen động cơ Mđ không vượt quá 15-20% Mđm Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục gầu ngoạm, momen có thể đạt tới 50% Mđm.
Trong hệ thống truyền động của cầu trục và các máy nâng hạ, yêu cầu về quá trình khởi động và hãm cần phải êm ái, với momen động trong quá trình quá độ được hạn chế để đảm bảo an toàn kỹ thuật Gia tốc của máy nâng tải thường được quy định theo khả năng chịu tải của động cơ, trong đó gia tốc của cơ cấu hạ cầu trục không được vượt quá 0,5 m/s² để tránh làm đứt cáp Thời gian khởi động tối thiểu là 2 giây Khi chuẩn bị dừng hoặc trong trường hợp mất điện, phanh hãm phải dừng ở giá trị hiện trạng để tránh tình trạng rơi tự do, đồng thời phải dừng chính xác tại vị trí lấy hoặc hạ tải với tốc độ thấp.
Phạm vi điều chỉnh của cầu trục thường không cao, với D < 3 cho cầu trục thông thường và D > 10 cho cầu trục lắp giáp Độ chính xác điều chỉnh chỉ đạt khoảng 5% Các cơ cấu điều khiển truyền động cần ít nhất 3 cấp tốc độ: cấp cao để tối ưu hóa hiệu suất, cấp thấp để đảm bảo an toàn khi hàng chạm đất, và cấp trung bình để đáp ứng yêu cầu bốc xếp hàng hóa và ổn định của cầu trục.
Khả năng rút ngắn thời gian quá độ là biện pháp quan trọng để nâng cao năng suất trong các hệ thống cầu trục, khi các cơ cấu điều khiển truyền động hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại Để đạt được điều này, người ta thường áp dụng các phương pháp như chọn động cơ có mô-men khởi động lớn, sử dụng động cơ điện với tốc độ thấp, và giảm mô-men quán tính của các bộ phận quay.
Trong các tình huống bất thường như hãm khẩn, đảo chiều quay tức thời hay hãm đột ngột, yêu cầu đối với truyền động là phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong trường hợp mất điện hoặc sự cố Để đạt được điều này, sơ đồ điều khiển cần được trang bị công tắc hành trình nhằm hạn chế chuyển động của cơ cấu, đảm bảo rằng khi hãm khẩn cấp hay hãm đột ngột, hệ thống dừng một cách chính xác.
Yêu cầu về nguồn và trang bị: Điện áp cung cấp cho cơ cấu cầu trục không vượt quá
Mạng điện xoay chiều phổ biến hiện nay là 380/220V, trong khi mạng điện một chiều thường sử dụng là 220V và 440V Các thiết bị điện thường được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt như hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim và phân xưởng sửa chữa Do đó, yêu cầu đặt ra cho các khí cụ truyền động và thiết bị điện là phải đảm bảo độ tin cậy, an toàn và năng suất cao trong mọi điều kiện làm việc, đồng thời cần đơn giản trong thao tác sử dụng.
Tính chọn động cơ
Thông số cơ cấu nâng hạ
Hình 2.1 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng - hạ dùng móc
1 Trục vít; 2 Bánh vít; 3 Bánh răng; 4 Tang nâng; 5 Puli; 6 Móc; 7 Động cơ điện Trọng lượng tải (G):
= π n – Tốc độ động cơ, [vg/s] u – Bội số hệ số ròng rọc.
Hiệu suất bộ truyền định mức (ηc):
Mô men quán tính cơ cấu :Jcc
Trong đó, hiệu suất cơ cấu (η c ) sẽ là là định mức khi tải trọng là định mức Với các tải trọng khác định mức thì xác định theo hình.
Hình 2.2 Quan hệ phụ thuộc η c vào tải trọng
Hệ số mang tải không tải:
Phụ tãi tĩnh cơ cấu nâng hạ
2.2.1 Phụ tải tĩnh khi nâng
+ Momen động cơ khi nâng vật:
+ Công suất động cơ cần thiết để nâng vật:
+ Công suất động cơ phát ra khi nâng không tải:
2.2.2 Phụ tải tĩnh khi hạ
Trong chương 1, chúng ta đã đề cập đến hai chế độ hạ tải dựa trên trọng lượng G: hạ động lực và hạ hãm Khi thực hiện hạ tải, năng lượng sẽ được truyền từ tải trọng sang cơ cấu truyền động trong cả hai trường hợp, dẫn đến momen động cơ khi hạ.
Với mômen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất Mt :
= + ηh là hiệu suất cơ cấu khi hạ. ΔM là tổn thất mômen trong cơ cấu truyền động
Ta thấy rằng, Mt > ΔMh ứng với Mđ > 0 là hạ hãm, Mt < ΔMh ứng với Mđ < 0 là hạ động lực
Coi tổn thất khi nâng và hạ tải (ΔMh = ΔMn) là như nhau nên
So sánh với với biểu thức M1 h = Mt – ΔM = Mtηh ta đc :
Khi tải trọng tương đối lớn (ηc > 0,5), momen động cơ (ηh) và momen phụ tải (Mh) đều dương, cho thấy động cơ hoạt động ở chế độ hạ hãm Ngược lại, với tải trọng tương đối nhỏ (ηc < 0,5), cả ηh và Mh đều âm, nghĩa là động cơ làm việc ở chế độ hạ động lực, khi momen động cơ cùng chiều với momen phụ tải.
2.2.3 Tính toán hệ số tiếp điểm tương đương TD%:
Chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng - hạ bao gồm bốn giai đoạn chính: hạ không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải, với thời gian nghỉ giữa các giai đoạn.
Khi tính toán hệ số tiếp điện tương đối, chúng ta bỏ qua thời gian hãm máy và mở máy.
Thời gian toàn bộ 1 chu kì làm việc của cơ cấu nâng - họ có thể tính được theo năng suất Q và tải trọng định mức G dm
Trong đó : T - thời gian làm việc của một chu kì, xác định theo điều kiện làm việc cụ thể của cơ cấu.
2.2.4 Chọn sơ bộ công suất động cơ.
Chọn sơ bộ công suất động cơ có thể theo phụ tải | trung bình M tb hoặc theo phụ tải đẳng trị
M dt kết hợp với hệ số tiếp điện tương đối "TĐ%.
Phụ tải trung bình, phụ tải đảng trị tỉnh theo các biểu thức sau :
M là trị số mômen ứng với khoảng thời gian t, trong khi hệ số k nằm trong khoảng từ 1,2 đến 1,3 và phụ thuộc vào độ nhấp nhô của đô thị phụ tài, tần số mở máy và hãm máy Để chọn công suất động cơ, cần đảm bảo điều kiện dmDC tb.
Để kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn, việc xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác là rất quan trọng Cần xem xét thời gian mở máy, hãm máy và thời gian nghỉ của động cơ để tính toán lại thời gian tiếp điện tương đối thực.
- tổng thời gian làm việc. t th
∑ - tổng thời gian hãm. t imm
Tổng thời gian mở máy được xác định bởi tỉnh phụ tải chính xác, dựa trên đại lượng đồng trị Max của động cơ đã chọn Điều này chỉ được coi là đúng nếu thỏa mãn yêu cầu tc dmDC.
Trong đó ; M tc - là mômen quy đổi về hộ BỔ tiếp điện tiêu chuẩn
- hệ số tiếp điện tiêu chuẩn : 15%, 25%, 40%, 60
Để kiểm nghiệm công suất động cơ điện một chiều kích từ độc lập mà không điều chỉnh từ thông, có thể áp dụng phương pháp tổn thất trung bình hoặc dòng điện, công suất, hoặc mô men đẳng trị Đối với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, phương pháp tổn thất trung bình và dòng điện đẳng trị là lựa chọn phù hợp Trong trường hợp động cơ không đồng bộ, việc sử dụng phương pháp tổn thất trung bình và dòng điện đẳng trị mang lại kết quả chính xác hơn so với các phương pháp khác.
+ )Kiểm tra trị BỐ gia tốc của từng cơ cấu cụ thể của cầu trục.
Theo dữ liệu kỹ thuật và sơ đồ đấu dây của động cơ, ta có thể xác định mômen mờ và mômen hãm của động cơ Đối với động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, trị số trung bình không đổi của mômen trong thời gian hãm và mở máy có thể được tính theo một biểu thức cụ thể.
M = M +M Đối với động cơ điện một chiều mờ máy bằng điện trở:
Trong đó : M t - mômen tới hạn của động cơ
- mômen cực đại và mômen chuyển tiếp khi mở máy.
Gia tốc động cơ tính bằng biểu thức: tbmm c
Khi khởi động nâng tải với mômen M c > 0 và hạ tải với mômen M c < 0, dấu của M c trong quá trình hăm của động cơ được xác định theo tương quan chiều giữa M c và mômen động cơ Nếu sử dụng hãm cơ khí, mômen trung bình M tbmm của động cơ sẽ được thay thế bằng M c của bộ hãm cơ khí.
2.2.5 Tính chọn công suất động cơ cho các cơ cấu di chuyển theo phương nằm ngang
Cơ cấu di chuyển theo phương nằm ngang, như xe cẩu và xe con của cầu trục, là ví dụ điển hình cho loại hình này Sơ đồ lực liên quan được trình bày trong hình 2-3.
Phụ tài tình của cơ cấu được hình thành từ lực cản chuyển động, bao gồm hai thành phần chính: lực ma sát lăn trên đường đi (F1) và lực ma sát trong cổ trục bánh xe (Fcl).
Thành phần F được xác định theo biểu thức :
Hình 2.3 sơ đồ lực của cơ cấu di chuyển theo phương nằm ngang
Trong đó : G 0 - trọng lượng bản thân cơ cấu, [N]
R - bán kính bánh xe, [Em]. f - hệ số ma sát lăn, [Em]
Nếu bánh xe bằng thép lặn trên đường ray thì f = (0,05 + 0,1) cm Thành phần lực F được xác định theo biểu thức :
Nếu dời điểm đặt của lực này và vành bánh xe thì tính theo biểu thức :
Trong đú : à - là hệ số ma sỏt trượt : khi dựng ở trượt 4 = 0,05ữ0,08 : khi dựng ổ bi a 0,01 ÷ 0,05.
- bán kính cổ trục, [cm].
Toàn bộ lực đặt lên bánh xe là :
Đối với các cơ cấu có bánh xe sắt di chuyển trên đường ray, cần chú ý đến lực cản ma sát giữa mép bánh xe và đường ray Lực cản này được tính thêm bằng hệ số dự trữ k, do đó tổng lực cản sẽ được xác định theo công thức phù hợp.
Hệ số k được lấy từ thực tế và kinh nghiệm vận hành
Tính toán và chọn cơ cấu phanh hãm …
Phanh hãm là bộ phận thiết yếu trong cơ cấu chỉnh của cầu trục, bao gồm ba loại chính: phanh guốc, phanh đĩa và phanh đại Nguyên lý hoạt động của các loại phanh này tương tự nhau; khi động cơ kết nối với lưới điện, cuộn dây của nam châm phanh hãm nhận điện, tạo lực hút để giải phóng trục động cơ Khi mất điện, cuộn dây nam châm không còn điện, lực cản từ lò xo sẽ ép chặt má phanh vào trục động cơ để thực hiện chức năng hãm.
Phanh hãm điện từ được chế tạo theo hai kiểu chính: hành trình phản ứng dài và hành trình phản ứng ngắn Hành trình dài có lực hút nhỏ nhưng cấu trúc cơ khí phức tạp, trong khi hành trình ngắn thường được ưa chuộng trong thực tế do tính gọn nhẹ và hiệu quả.
Sơ đổ động học của phanh đai và phanh guốc giới thiệu trên hình 2.4.
Hình 2.4 : Sơ đồ động học của phanh hành trình(a – Phanh đai ; b – là Phanh guốc)
Khi cuộn dây của nam châm cơ điện, lực hút của nam châm sẽ nâng cánh tay đòn
L lên, làm cho đại phanh (hoặc guốc phanh) không ép chặt vào trục động cơ Khi mất
- điện, do tự trọng của nam châm G, và đối trọng phanh Gph , cánh tay đòn hạ xuống
Đai phanh có chức năng ghi chặt trục động cơ, đặc biệt là trong trường hợp phanh hành trình ngắn Khi mất điện, lực lò xo sẽ làm cho đai phanh ép chặt vào trục động cơ, đảm bảo an toàn hoạt động.
Khi lựa chọn cơ cấu phanh, cần chú ý đến ba thông số quan trọng: điện áp làm việc, hệ số tiếp điện tương đối (TĐ%) và độ dài hành trình của phản ứng (hoặc trị số góc quay lớn nhất) Điều này giúp tính toán và lựa chọn nhanh chóng cho cơ cấu nâng – hạ.
Lực tác dụng lên trục động cơ khi phanh phụ thuộc vào trị số mômen của cơ cấu phanh và chế độ làm việc của cơ cấu nâng-hạ.
Mômen cản tỉnh khi hạ tải với tải định mức :
Trong đó : G dm - tải trọng định mức, [N]
- trọng lượng cửa cơ cấu bốc hàng, [N]
- bán kính cảu tải , [m] i - tỉ số truyền u- số mạch nhánh của ròng rọc η - hiệu suất của cơ cấu
Tùy chế độ làm việc, cẩn thêm hệ BỔ dự trữ k Hệ SỔ dự trữ này phụ thuộc vào chế độ làm việc như trong bảng sau.
Chế độ làm việc Hệ số k Nhẹ nhàng (Nb)
Trung bình (Tb) Nặng nề (Ng) Rất nặng nề (RNg)
Từ đó mômen của cơ cấu phanh: ph ch
M =k M b) Tính toán và lựa chọn nhanh cho cơ cấu di chuyển xe cẩu và xe con
Khi lựa chọn loại phanh cho cơ cấu, cần lưu ý rằng mômen do phanh tạo ra phải nhỏ hơn hoặc bằng mômen mà bánh xe có thể trượt trên đường ray.
Trị số gia tốc lớn nhất cho phép khi phanh lọc cơ cấu di chuyển thuận theo chiều gió :
Trong đó : δ - hệ số trọng lượng bám γ - hộ BỔ nhám giữa bánh xe và đường ray β - hệ số ma sát trượt, (3+5)
- bán kính bánh xe, [m] f - hệ số ma sát lãn, (8+10)
- lực cản của gió trên 1m2, [
S - diện tích cản gió của cơ cấu, [ m 2
G - trọng lượng của cơ cấu khi không mang tải, [N]
Với trị số gia tốc a, tốc độ di chuyển v xác định, có thể tính được thời gian phanh ph t và mômen phanh :
Trong đó: J d c / - mômen quán tính của động cơ truyền động, (kgm/
- tốc độ quay của động cơ, [rad/s]
Mômen quán tính của toàn hệ tác động lên bánh xe được tính bằng công thức J, trong đó kgmo là khối lượng quán tính, ω là tốc độ quay của bánh xe tính bằng rad/s, và i là tỉ số truyền của hộp giảm tốc Để đảm bảo hiệu quả hoạt động của cơ cấu phanh, cần tiến hành tính toán và chọn lựa nam châm điện phù hợp.
Lực cần thiết đặt lên má phanh (lực hướng tâm) băng :
Trong đú: à - hệ số ma sỏt (nếu mỏ phanh làm từ chất liệu amiăng và puli hóm bằng gang thỡ à = 0,35)
Lực hút của nam châm F nc , hành trình của phản ứng yêu cầu h u được xác định theo biểu thức sau :
Trong đó : F nc - lực hút của nam châm h u
- hành trình phản ứng h - hành trình khi hãm η - hiệu suất k - hệ số dự trữ (0,75 + 0,85)
Nam châm hãm phải có tích số ( F h nc ) u >
Tính chọn nam châm điện lấy tải của cầu trục từ
Cầu trục từ khác với cầu trục thông thường nhờ vào cơ cấu lấy tải sử dụng nam châm điện thay vì mốc hoặc gầu Nam châm được chế tạo với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau: a) Nam châm hình tròn, lý tưởng cho việc vận chuyển các chi tiết bằng gang, sắt có kích thước nhỏ và hình dạng đa dạng như sắt thép vụn, phoi; b) Nam châm tròn lỗ mặt cầu, phù hợp cho việc di chuyển các vật thể hình cầu lớn; c) Bàn tải hình chữ nhật, chuyên dùng để vận chuyển các vật dài như thép tấm, đường ray, ống thép; d) Xà nam châm, thiết kế để vận chuyển các vật siêu trường, siêu trọng.
Khi thiết kế cầu trục từ, việc cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại 1 là yếu tố quan trọng hàng đầu Điều này giúp đảm bảo an toàn, giảm thiểu sự cố và ngăn chặn những rủi ro do tải trọng rơi tự do.
Chế độ làm việc của nam châm lấy tài là ngắn hạn, với hệ số tiếp điện khoảng 50% và chu kỳ làm việc tối đa 10 phút Nếu nam châm hoạt động nặng nề và hệ số tiếp điện vượt quá 50%, cần giảm điện áp cung cấp cho cực nam châm để đảm bảo hiệu suất.
Hình 2.5: Nam châm lấy tải a - Hình trong ; b - Hình lõm mặt cầu ; c - Hình chữ nhật ; d - Xà nam châm
- điện áp cho phép đặt lên cuộn năm châm khi TD 50 % P% th %
- hệ số tiếp điện thực.
2.5 Tính chọn đường dây tiếp điện cho cầu trục (đường trôlây)
Cầu trục sử dụng hệ thống tiếp điện đặc biệt gọi là đường trôlay để cấp điện cho các động cơ truyền động và thiết bị điều khiển, do các cơ cấu của cầu trục không cố định.
Có hai loại hệ tiếp điện: hệ tiếp điện cứng và hệ tiếp điện bằng dây mềm Hệ tiếp điện bằng dây mềm chỉ nên sử dụng khi khoảng cách di chuyển của cơ cấu không quá lớn Trong khi đó, hệ tiếp điện cứng thường được làm từ thép góc với kích thước 50 x 50 x 5 mm hoặc 75 x 75 x 10 mm.
Hình 2-6 mô tả kết cấu của hệ tiếp điện cứng.
Hệ tiếp điện cứng bao gồm hai thành phần chính: a) giá đỡ đường tiếp điện, và b) bộ lấy điện Trong đó, thép góc 1 được sử dụng cho giá đỡ nằm dưới cầu trục và được cách điện bằng sứ đỡ 2.
Bộ lấy điện bao gồm thép Vớc với một gá kết nối cáp bằng gang 3, cùng với cáp mềm 4, sẽ cung cấp điện cho các động cơ và thiết bị điều khiển của cầu trục.
Các động cơ truyền động của cầu trục có hệ số tiếp điện khác nhau, do đó quá trình tính toán và lựa chọn đường tiếp điện cần được thực hiện theo các bước cụ thể.
- Tính tổng dòng định mức của các động cơ.
- Tính tổng dòng định mức của các động cơ cùng có hệ số tiếp điện như nhau.
∑ =∑ ứng với TD I % Tương tự như vậy tính cho
I ∑ dmII ứng với TD II % v.v…
-Tính hệ số tiếp điện trung bình.
% % dmI % dmII tb I II dm dm
-Tính dòng điện cực đại trong 30 ph theo hệ số hiệu dụng k 1 max 30 1 dm
Dựa vào trị số I max 30, chúng ta có thể xác định tiết diện của đường dây tiếp điện Để kiểm tra độ sụt áp trên đường dây, cần áp dụng công thức cho dây dẫn bằng đồng và nhôm.
-Đối với dòng điện một chiều :
∆ -Đối với dòng điện xoay chiều :
Trong đó : I max - dòng điện cực đại [A]
L - chiều dài đường tiếp điện [m] σ - suất điện dẫn của vật liệu làm đường tiếp điện (đồng σ = 57, nhôm
S - tiết điện đường tiếp điện ( mm 2
- điện áp định mức của lưới, [V] Đối với đường tiếp điện làm bằng sắt, độ sụt áp cần tính đến cả hai thành phần : thuẫn trở và điện kháng.
∆ Trong đó : R, X - điện trở thuần và điện kháng của đường tiếp điện trên độ dài lm,
Khi tính toán, thường chọn : cosϕ = 0,65 ÷ 0,7 và sin ϕ ÷ 0,75 + 0,7.
Các khí cụ cẩu trục được bố trí trên một bảng riêng đặt trong buồng lái gọi là bàng bảo vệ Chức năng của bàng bảo ve :
- Bảo vệ ngắn mạch và quá tải
- Bảo vệ điện áp "không",
- Và một tổ chức năng bảo vệ khác.
Có hai loại băng bảo vệ : bảng bảo vệ xoay chiều (hình 2.7 a) và bảo vệ một chiều (hình 2.7 b).
Hình 2.7: Bảng bảo vệ a - xoay chiều ; b - Một chiều
Các khí cụ trên bảng bảo vệ bao gồm : cầu dao CD, công tắc tơ đường dây
Dòng điện cực đại được điều khiển bởi các thiết bị như rơle ORC, TRC, 2RC, 3RC, cùng với nút bấm mở máy M và công tắc ngừng sự cố CT Ngoài ra, cầu chỉ CC và các công tắc hành trình như KNN, KTT, KTN, KTC, KNC cũng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển này.
Trị số chỉnh định của các role dòng điện cực đại 1RC, 2RC và 3RC là :
Trong đó : I td - dòng tác động của rơle
- dòng điện định mức của động cơ.
Trị số chính định của rơle dòng điện cực đại ORC là :
Trong đó : I dm 1 ; I dm 2 ; I dm 3 - dòng định mức của các động cơ lắp trên cầu trục.
Bảng bảo vệ
Các khí cụ cẩu trục được bố trí trên một bảng riêng đặt trong buồng lái gọi là bàng bảo vệ Chức năng của bàng bảo ve :
- Bảo vệ ngắn mạch và quá tải
- Bảo vệ điện áp "không",
- Và một tổ chức năng bảo vệ khác.
Có hai loại băng bảo vệ : bảng bảo vệ xoay chiều (hình 2.7 a) và bảo vệ một chiều (hình 2.7 b).
Hình 2.7: Bảng bảo vệ a - xoay chiều ; b - Một chiều
Các khí cụ trên bảng bảo vệ bao gồm : cầu dao CD, công tắc tơ đường dây
Rơle dòng điện cực đại bao gồm các thiết bị như ORC, TRC, 2RC, 3RC, cùng với nút bấm mở máy M và công tắc ngừng sự cố CT Ngoài ra, cầu chỉ CC và các công tắc hành trình KNN, KTT, KTN, KTC, KNC cũng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện.
Trị số chỉnh định của các role dòng điện cực đại 1RC, 2RC và 3RC là :
Trong đó : I td - dòng tác động của rơle
- dòng điện định mức của động cơ.
Trị số chính định của rơle dòng điện cực đại ORC là :
Trong đó : I dm 1 ; I dm 2 ; I dm 3 - dòng định mức của các động cơ lắp trên cầu trục.
Hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục dung bộ biến đổi Thyristor – Động cơ
Phân tích nguyên lý làm việc của bộ chỉnh lưu
- Ở sơ đồ này, bộ chỉnh lưu được sử dụng là bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển.
Mỗi Thyristor chỉ dẫn điện trong một phần ba chu kỳ, với tín hiệu điều khiển góc kích G1, G3, G5 lệch pha nhau 120 độ Tín hiệu điều khiển G2 ngược pha 180 độ so với G1, trong khi G4 ngược pha với G3 và G6 ngược pha với G5.
Trong quá trình hoạt động, luôn có hai Thyristor dẫn điện cùng một lúc Để thực hiện chuyển mạch, cần cung cấp hai xung kích cho hai Thyristor, trong đó một Thyristor sẽ được kích lặp lại để duy trì hoạt động.
Trong chu kỳ đầu tiên, để kích thích Thy thành công khi Thyl và Thy4 đang dẫn, xung kích cần được đưa vào Thy 6 và Thy 1 Khi đó, Thy 1 sẽ được kích lặp lại.
Khoảng cách giữa xung kích trước và xung kích lặp lại là 60 độ Chúng ta cũng có thể áp dụng xung kích theo dạng chuỗi hoặc sử dụng xung kích với độ rộng 70 độ.
3.2 Phân tích nguyên lý việc của khối điều khiển
Trong mạch điều khiển có hai mạch vòng mạch vòng dòng điện R i và mạch vòng tốc độ R ω
Mạch vòng dòng điện có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và phát xung mở cho van của các Thyristor trong bộ chỉnh lưu cầu ba pha Tín hiệu phản hồi dòng được lấy từ ba biến dòng TI1, T12 và T13, giúp đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống.
Mạch vòng tốc độ đóng vai trò quan trọng trong việc phản hồi, so sánh và điều chỉnh tốc độ động cơ để đảm bảo phù hợp với yêu cầu đầu ra Tín hiệu phản hồi tốc độ được lấy từ máy phát tốc FT.
3.3 Phân tích nguyên lý làm việc của toàn hệ thống Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ là động cơ một chiều kích từ độc lập Điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ lấy từ bộ biến đổi Thyristor qua hai công tắc đảo chiều nâng N (hoặc hạ H) Cuộn kháng CK lắp trong mạch phần ứng để lọc dòng phần úng
Trong hệ có các mạch bảo vệ sau:
- Bảo vệ quá tải bằng rơ-le dòng điện cực đại RDC
- Mạch bảo vệ cho các Thyristor T1 ÷ T6 bằng các phần từ r r 1 ÷ 6 và C 1 ÷ C 6
Phân tích nguyên lý làm việc của toàn hệ thống
Động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ sử dụng động cơ một chiều với kích từ độc lập Điện áp cung cấp cho phần ứng được lấy từ bộ biến đổi Thyristor thông qua hai công tắc đảo chiều, cho phép nâng (N) hoặc hạ (H) Cuộn kháng CK được lắp trong mạch phần ứng nhằm lọc dòng điện cho phần ứng.
Trong hệ có các mạch bảo vệ sau:
- Bảo vệ quá tải bằng rơ-le dòng điện cực đại RDC
- Mạch bảo vệ cho các Thyristor T1 ÷ T6 bằng các phần từ r r 1 ÷ 6 và C 1 ÷ C 6
