TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 4 I Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục 6 II Khảo sát đặc tính phụ tải 8 III Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng
Cầu trục là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành kinh tế như lắp ráp cơ khí, luyện kim, xây dựng và cảng biển, giúp nâng hạ và vận chuyển tải trọng, phối liệu, thành phẩm Nhịp độ làm việc của máy nâng chuyển ảnh hưởng lớn đến năng suất dây chuyền sản xuất, do đó, thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cần tuân thủ quy trình kỹ thuật và đảm bảo tính kinh tế Trước khi thiết kế hệ truyền động cho cầu trục, cần tìm hiểu các đặc điểm công nghệ và phân tích yêu cầu truyền động của thiết bị này.
Cầu trục có nhiều loại và kiểu dáng khác nhau, bao gồm cầu trục mono ray, cầu trục chạy trên dầm treo, cầu trục chạy trong nhà xưởng, cổng trục, cầu trục quay và cầu trục không cần ray Ngoài ra, còn có các loại palang tương ứng với từng loại cầu trục.
Loại thân ngắn 1÷3 tấn Loại dầm đôi 3 ÷50 tấn Palăng hai tốc độ:
Loại thân ngắn 1÷3 tấn Loại dầm đôi 3 ÷50 tấn
Cấu tạo đơn gian một cầu trục gồm có: Palăng, móc treo tải, dầm trục chính, đường ray, bảng điều khiển, ray chạy dọc…
I Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục
Cần trục thường có ba chuyển động:
▪ Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải ).
▪ Chuyển động ngang của xe trục.
▪ Chuyển động dọc của xe cầu.
Trong đồ án này, chúng tôi tập trung vào việc thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ Để đưa ra những phương án hợp lý cho hệ truyền động này, trước tiên cần phân tích những yêu cầu cơ bản đối với truyền động của cơ cấu nâng hạ cần trục.
Động cơ truyền động trong cơ cấu cần trục thường hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại, với tần số đóng điện cao.
Động cơ truyền động cần trục, đặc biệt là trong cơ cấu nâng hạ, cần có khả năng đảo chiều quay và mômen thay đổi rõ rệt theo tải trọng Thực tế cho thấy, khi không có tải trọng, mômen động cơ không vượt quá 15-20% M đm, trong khi cơ cấu nâng của cần trục ngoặm có thể đạt tới 50% M đm.
Trong hệ thống truyền động của máy nâng, yêu cầu về quá trình khởi động và hãm cần phải êm ái, đặc biệt là đối với thang máy và thang chuyên chở khách Mômen động trong quá trình hạn chế quá độ cần được kiểm soát theo tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật Đối với máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thường được xác định dựa trên khả năng chịu đựng phụ tải động của các cơ cấu Cụ thể, đối với cơ cấu nâng hạ của cần trục và máy xúc, gia tốc phải nhỏ hơn 0,2 m/s² để tránh tình trạng đứt dây cáp.
Các cấu kiện cần có phạm vi điều chỉnh rộng và các đường đặc tính cơ đáp ứng yêu cầu công nghệ, bao gồm yêu cầu dừng máy chính xác với các đường đặc tính cơ thấp Ngoài ra, cần có nhiều đường đặc tính trung gian để đảm bảo quá trình mở hãm máy diễn ra êm ái.
Phạm vi điều chỉnh của các cần trục thông thường là D ≤ 3:1, trong khi các cần trục lắp ráp có phạm vi D từ 10 đến 1 hoặc lớn hơn Độ chính xác điều chỉnh không yêu cầu cao, thường dao động trong khoảng ±5%.
Vào thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn trong trường hợp sự cố rất quan trọng Các bộ phận chuyển động cần được trang bị phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục khi mất điện, nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành và các bộ phận khác trong hệ thống sản xuất Để bảo vệ an toàn cho cả người và thiết bị trong quá trình vận hành, sơ đồ điều khiển phải có các công tắc hành trình nhằm hạn chế chuyển động của cơ cấu khi chúng đến các vị trí giới hạn Đối với cơ cấu nâng-hạ, chỉ cần hạn chế hành trình nâng mà không cần hạn chế hành trình hạ.
Điện áp cung cấp cho cần trục không vượt quá 500V, với mạng điện xoay chiều thường là 220V hoặc 380V và mạng một chiều là 220V hoặc 44V Điện áp chiếu sáng không được vượt quá 220V và không sử dụng biến áp tự ngẫu cho mạng chiếu sáng sửa chữa Do làm việc trong môi trường khắc nghiệt như hải cảng, nhà máy hóa chất, và xí nghiệp luyện kim, các thiết bị điện trong hệ thống truyền động của cần trục cần đảm bảo độ tin cậy, an toàn và hiệu suất cao, đồng thời phải đơn giản trong thao tác.
Năng suất của máy nâng được xác định bởi hai yếu tố chính: tải trọng của thiết bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ Mỗi chu kỳ bốc xúc có số lượng hàng khác nhau và thường nhỏ hơn tải định mức, dẫn đến phụ tải cho động cơ chỉ đạt từ 60% đến 70% công suất định mức.
▪ Khảo sát đặc tính phụ tải.
Khảo sát đặc tính của phụ tải và cơ cấu động cơ truyền động là rất quan trọng để lựa chọn phương án truyền động hợp lý và động cơ phù hợp Trạng thái làm việc của hệ thống truyền động phụ thuộc vào momen quay (M đ ) do động cơ tạo ra và momen cản tĩnh (M c ) của phụ tải máy.
Momen cản của cơ cấu nâng hạ luôn giữ nguyên độ lớn và chiều, không bị ảnh hưởng bởi chiều quay của động cơ Điều này cho thấy momen cản thuộc loại momen cản thế năng với đặc tính M c =const Momen này được tạo ra do trọng lực của tải trọng; khi nâng tải, momen thế năng cản trở chuyển động, ngược chiều quay động cơ, còn khi hạ tải, momen thế năng lại thúc đẩy chuyển động theo chiều quay của động cơ.
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau: ω
H2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-hạ
Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau:
+ Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì M đ là mômen hãm, M c là mô men gây chuyển động.
+ Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động.
Trong quá trình nâng hạ tải, động cơ cần được điều khiển phù hợp với trạng thái làm việc của máy phát hoặc động cơ, tương ứng với đặc tính tải Phụ tải của cần trục có thể thay đổi từ 0 đến giá trị lớn, đặc biệt là trong điều kiện hạ tải Khi hạ không tải, trọng lượng của móc câu không đủ để bù đắp lực ma sát, do đó động cơ cần tạo ra một momen nhỏ theo chiều hạ Ngược lại, khi hạ tải trọng lớn, động cơ không chỉ khắc phục lực ma sát mà còn bị kéo quay theo chiều tác dụng của tải trọng Để điều chỉnh và hạn chế tốc độ trong những trường hợp này, cần sử dụng các phương tiện phù hợp.
II Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng
Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của chính cơ cấu và vật nâng gây ra Có hai loại cơ cấu nâng: loại sử dụng dây cáp một đầu và loại sử dụng dây cáp hai đầu Bài viết này sẽ tập trung vào loại cơ cấu dùng cáp một đầu, thường được áp dụng trong các cần trục và palăng tại các phân xưởng lắp ráp.
Giả sử có cơ cấu nâng hạ như sau:
H2 Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cÇn trôc
Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suấtη P ; bộ truyền trung gian có tỷ số truyền chung là i và hiệu suấtη 0
Khi động cơ quay theo chiều tương ứng, vật được nâng lên với vận tốc v n
Lực căng của các nhánh dây nếu không tính mất mát:
T 0 ’ = T 1 ’ = T 2 ’ = … = u Thực tế, do có các lực cản phụ, lực căng trong các nhánh dây cuốn lên tang nên:
Momen do vật nâng gây ra trên tang:
10 Momen trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III) là:
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
Sơ đồ nguyên lý
Hình 5-13 Sơ đồ mạch ổn áp dùng IC ổn áp.
Tính toán thông số nguồn nuôi
Tính chọn IC ổn áp:
Nguồn điện một chiều trong các mạch tạo xung điều khiển cần phải ổn định để chống lại các dao động bất thường của lưới điện xoay chiều Do đó, việc sử dụng các mạch ổn áp là rất cần thiết.
Ta chọn IC ổn áp loại LM7812; LM7912 và LM7824;LM7815. Tính chọn tụ:
Tụ C 1 , C 2 và tụ C 5 có tác dụng san phẳng điện áp “mấp mô” sau chỉnh lưu Do đó ta chọn tụ C 1 , C 2 và C 5 , C 7 là tụ hoá 2000F—50(V)
Tụ C 3 , C 4 và C 6 , C 8 có tác dụng trợ giúp cho mạch IC ổn áp, đây là tụ xoay chiều.
Ta chọn tụ C 3 , C 4 , C 6 là tụ xoay chiều 200nF—50 (V)
Tính chọn chỉnh lưu cần:
Chúng tôi chọn diode chỉnh lưu, một loại diode cầu tích hợp với hai đầu vào cho điện áp xoay chiều và hai đầu ra cho điện áp một chiều, có dòng định mức 3 A.
Để đảm bảo IC ổn áp hoạt động hiệu quả, điện áp đầu vào cần phải nằm trong khoảng nhỏ hơn 35V và lớn hơn giá trị điện áp yêu cầu Việc lựa chọn điện áp đầu vào thích hợp là cần thiết để tránh hiện tượng sụt áp trong nguồn xoay chiều.
IC ổn áp (U vào ) bằng 30(V).
Tính toán máy biến áp nguồn nuôi:
Chọn máy biến áp công suất 100 W. Điện áp vào 220V. Điện áp ra là 30V Dòng điện 0,2A.
Dòng điện sơ cấp của MBA:
Số vòng dây bên sơ cấp W 1 = f B S
Hình 5.14.Sơ đồ tổng quát mạch điều kiển
Trong quá trình vận hành cầu trục, việc đảo chiều là một yêu cầu quan trọng Sử dụng sơ đồ mạch lực với một động cơ KĐB, chúng ta có thể áp dụng Contactor để thực hiện việc đảo chiều Đặc biệt, cần đảm bảo rằng nguồn điện được cắt trước khi thực hiện đảo chiều hai trong ba pha, nhằm tránh hiện tượng hãm ngược.
Về thiết bị thực hiện chọn hai bộ Contactor riêng biệt
T & N, các tiếp điểm của hai Contactor đ-ợc đóng mở theo mạch ®iÒu khiÓn sau: ạ đả
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG MATLAB
Sơ đồ hệ thống mô phỏng Đồ thị tốc độ
Truyền Động Điện là môn học thiết yếu trong chương trình đào tạo, với ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy và cơ sở sản xuất Việc nắm vững kiến thức về truyền động điện giúp chúng ta thiết kế và chế tạo các hệ thống truyền động đạt chất lượng tối ưu và hiệu quả kinh tế cao.
Sau một thời gian nỗ lực, em đã hoàn thành đồ án môn Truyền Động Điện với đề tài “Thiết Kế Cơ Cấu Nâng Hạ Cầu Trục”, nhờ sự hỗ trợ nhiệt tình từ thầy Em đã đạt được một số kết quả đáng khích lệ trong quá trình thực hiện đồ án này.
1 - Hiểu được về công nghệ hoạt động của cơ cấu nâng hạ cầu trục.
2 – Biết cách tính toán và chọn loại động cơ trong hệ thống truyền động điện
3 – Hiểu dược cách điều chỉnh trên thực tế với phương pháp xung điện trở Roto.
1 Điều chỉnh tự động truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi – Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1999.
2 Truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền– Nhà Xuất Bản Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1998.
3 Lý thuyết điều khiển tự động – Phạm Công Ngô - Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà nội 2000.
4 Điện tử công suất – Nguyễn Bính – NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2000.
5 Điện tử công suất và Điều khiển động cơ điện – Cyril W.Lander - Người dịch Lê Văn Doanh) – NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1997 6 Matlab và Simulink – Nguyễn Phùng Quang – NXB Khoa học kỹ thuật 2004.
7 Cơ sở Matlab và ứng dụng – Nguyễn Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Phạm Thị Ngọc Yến, Nguyễn Thị Lan Hương – NXB Khoa học kỹ thuật 1999.
8 Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất– Phạm Quốc Hải – NXB Hà Nội 2000.
9 Kỹ thuật điện tử qua sơ đồ – H.Schreiber – Người dịch Lê Văn Doanh,
