Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Mục lục Lời nói đầu Chương 1. Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ 1.1. Giới thiệu và phân loại các cơ cấu nâng hạ. 1.1.1. Giới thiệu chung. 1.1.2. Phân loại các cơ cấu nâng hạ. 1.2. Những đặc điểm cơ bản của cơ cấu nâng hạ. Chương 2. Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng 2.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu nâng. 2.1.1. Hệ truyền động điện dùng động cơ một chiều. 2.1.2. Hệ truyền động điện nâng hạ hàng dùng động cơ xoay chiều. 2.1.3. Hệ thống truyền động điện dùng Van - Động cơ xoay chiều. 2.1.4. Một số loại động cơ được dùng trong thực tế. 2.2. Kết cấu cơ cấu nâng. 2.3. Mô hình toán cơ cấu nâng. 2.3.1. Tính toán các tham số cơ bản của truyền động cơ cấu nâng. 2.3.2. Động học cơ cấu nâng. Chương 3. Thiết lập chương trình tính toán động lực học 3.1. Viết chương trình. 3.1.1. Mô hình nhận dạng mô men cản cơ cấu nâng cho cần trục. 3.1.2. Xây dựng mô hình nhận dạng mômen cản trên Visual basic. 3.2. Hoạt động của chương trình. 3.2.1. Kết quả mô phỏng trên Matlab: 3.2.2. Kết quả mô phỏng trên Visual Basic: Kết luận Trang 1 2 2 2 2 3 6 6 6 8 10 12 13 15 15 17 22 22 22 23 27 27 28 30 - 1 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khi khoa học - kĩ thuật càng phát triển thì cần trục-cầu trục càng được cải biến và sử dụng rộng rãi vào việc bốc xếp hàng hoá trên các cảng biển, trong các kho tàng, bến bãi. nó cũng được sử dụng phổ biến trong các xí nghiệp cơ khí cảng biển, các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp thiết bị,… nhằm nâng cao năng suất bốc xếp, giải phóng lao động thủ công, đem lại hiệu quả kinh tế cao. Việc tự động hoácần trục-cầu trục được coi là vấn đề quan trọng nhằm nâng cao năng suất làm việc của chúng. Để có thể tiến hành tự động hoá được cần trục-cầu trục ta phải nắm bắt được kết cấu cũng như nguyên lý từng cơ cấu của nó. Cần trục-cầu trục có cấu tạo tương đối phức tạp và thường bao gồm bốn cơ cấu chính: Cơ cấu nâng hạ hàng; cơ cấu nâng hạ cần; cơ cấu quay; cơ cấu di chuyển chân đế. Sau đây em xin đi sâu vào tìm hiểu về cơ cấu nâng hạ và xây dựng chương trình tính toán động học của cơ cấu nâng. Để cung cấp thêm file mô phỏngVB 6.0, matlab mong bạn đọc để lại tin nhắn…. SINH VIÊN Phạm Văn Khôi - 2 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ 1.1. Giới thiệu và phân loại các cơ cấu nâng hạ. 1.1.1. Giới thiệu chung. Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hoa quá trình sản xuất công nghiệp. Trong quá trình sản xuất máy nâng vận chuyển nói chung, cần trục- cầu trục cảng nói riêng là cầu nối giữa các hạng mục sản xuất riêng biệt giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy công tác trong quá trình sản xuất… Các cảng biển ở Việt Nam và trên thế giới, cần trục-cầu trục cảng có vị trí hết sức quan trọng trong công nghiệp bốc xếp hàng hoá, là nhóm thiết bị nâng vận chuyển chủ lực trong qua trình vận chuyển và lưu thông hàng hoá xuất nhập khẩu cảng biển. Công nghiệp bốc xếp và vận chuyển hàng hoá bao gồm nhiều công đoạn như bốc xếp hàng hóa từ tàu thuỷ lên bãi kho, lên phương tiện vận tải đường bộ và bốc xếp hàng hoá theo chiều ngược lại tàu thuỷ vận chuyển bằng đường thuỷ. Trên các cảng, lượng hàng hóa trung chuyển qua các cảng được lưu kho bãi rất lớn, khối lượng bốc xếp trong cảng cũng được cần trục - cầu trục đảm nhiệm. Cần trục được cấu tạo bởi các cơ cấu chính sau: Nâng hạ hàng, nâng hạ cần, cơ cấu quay, cơ cấu di chuyển chân đế. Trong đồ án này, ta sẽ tập trung đi sâu tìm hiểu cơ cấu nâng hạ của cần trục. Mỗi cơ cấu của cần trục, không phụ thuộc vào chức năng của nó, đều được cấu thành từ 4 phần tử: Bộ phận chấp hành, bộ truyền, hệ truyền động và phanh; tất cả đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. 1.1.2. Phân loại các cơ cấu nâng hạ. a. Phân loại các thiết bị nâng hạ - 3 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Ngày nay công việc nâng hạ hàng hoá thường sử dụng hai loại phương tiện phổ biến là tời hàng và cần trục. - Theo mục đích sử dụng, người ta phân ra các loại sau: + Tời hàng và cần trục: đây là các thiét bị được sử dụng rộng rãi ngày nay. Chúng thực hiện bốc xếp hàng hoá từ nơi này sang nơi khác hay lên các phương tiện vân chuyển . + Máy nâng: dùng để luân chuyển các hàng hoá ở các kho bãi hoặc di chuyển . - Theo hệ thống truyền động điện ta chia thành: + Truyền động điện cơ : đơn giản trong chế tạo, có hiệu suất sử dụng trong toàn hệ thống cao. + Truyền động điện thuỷ lực: dạng truyền động này ngày nay đang được sử dụng rộng rãi. Chúng có các ưu điểm nổi bật sau:cho phép sử dụng động cơ dị bộ rôto lồng sóc một tốc độ để làm động cơ thực hiện vì nó có thể điều khiển được ở phần thuỷ lực . - Theo chế độ công tác ta có thể phân thành các dạng sau: + Công tác ở chế độ ngắn hạn lặp lại. + Công tác ở chế độ ngắn hạn. - Theo chế độ cấp nguồn : Lấy nguồn trực tiếp từ lưới điện hay lấy nguồn từ máy phát riêng. - Theo hệ thống điều khiển: Điều khiển bằng tay khống chế hoặc tay điều khiển kết hợp trạm từ. ngoài ra ngày nay ứng dụng các kỹ thuật hiện đại người ta ứng dụng các phương pháp điều khiển khác như: vi xử lý, bán dẫn, PLC có ứng dụng của máy tính. b. Phân loại các cơ cấu nâng hạ. Trong các thiết bị nâng hạ, có 2 loại cơ cấu nâng hạ chính: - Cơ cấu nâng hạ cần. - Cơ cấu nâng hạ hàng. Trong thiết kế này, ta tập trung đi sâu vào cơ cấu nâng hạ hàng - 4 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1.2. Những đặc điểm cơ bản của cơ cấu nâng hạ. Cơ cấu nâng hạ hàng bao gồm các khâu + Móc cẩu / Gầu nâng + Cáp nâng + Trống tời + Bộ truyền cơ khí + Cơ cấu hãm + Động cơ điện Chế độ làm việc của hệ thống được xác đinh từ yêu cầu của quá trình công nghệ. Hơn nữa cấu tạo và kết cấu của thiết bị nâng hạ hàng rất đa dạng. Do đó khi thiết kế và chế tạo hệ điều khiển, hệ truyền động điện phải phù hợp với từng loại thiết bị, từng chế độ làm việc cụ thể. Thiết bị nâng hạ hàng phải làm việc trong chế độ rất nặng nề, tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra liên tục khi mở máy, hãm và đảo chiều. Thiết bị nâng hạ hàng còn chịu tác động lớn của môi trường, nhất là khi thời tiết xấu, hay không khí có độ ẩm cao như ở nước ta. *) Từ các đặc điểm trên mà cơ cấu nâng hạ phải được thiết kế thỏa mãn các yêu cầu sau: - Năng suất nâng hạ hàng cao. - Rút ngắn thời gian quá độ bằng cách: + Chọn động cơ có mô men khởi động lớn. + Giảm đường kính rôto, ta sẽ giảm được quán tính. + Chọn động cơ có tốc độ nhỏ hơn 1000 vòng/phút thì thời gian dừng động cơ sẽ được rút ngắn. - Có độ an toàn cao: Cần phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, hàng hoá và thiết bị nâng hạ hàng. Hệ thống cần có các bảo vệ về điện và cơ khí: + Có mạch bảo vệ cáp quá căng. + Có mạch bảo vệ cáp quá trùng. + Có mạch bảo vệ móc chạm đỉnh. - 5 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- + Có mạch bảo vệ góc nâng hạ cần quá lớn hay quá nhỏ. + Có mạch hãm điện để dừng hoặc hãm để chuyển tốc độ. + Mạch bảo vệ không, bảo vệ quá tải, bảo vệ mất pha. + Có mạch bảo vệ ngắn mạch và các bảo vệ khác… - Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế: + Hệ thống có giá thành thấp. + Tuổi thọ cao. + Chi phí cho khai thác vận hành thấp. - 6 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CHO CƠ CẤU NÂNG 2.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu nâng. 2.1.1. Hệ truyền động điện dùng động cơ một chiều. Hệ truyền động điện một chiều dùng trong cơ cấu nâng hạ hàng có nhiều ưu điểm như: Có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, có khả năng tạo được nhiều đường đặc tính trung gian bằng cách thay đổi các thông số của mạch kích từ và mạch động lực. Thông thường quá trình điều khiển được thực hiện bằng tay điều khiển kết hợp với trạm từ. - Nếu hệ thống dạng này sử dụng động cơ một chiều kích từ nối tiếp thì nó sẽ có một số ưu điểm cơ bản như sau: Có khả năng tự thay đổi tốc độ khi tải thay đổi ( M.n = constant), do vậy công suất động cơ luôn được khai thác tối ưu; động cơ có mô men khởi động lớn, khả năng gia tốc nhanh, vì động cơ một chiều kích từ nối tiếp có mô men quay tỉ lệ với bình phương dòng điện tải; khi khởi động thì I kđ = (2 – 2,5) I đm Cùng một giá trị dòng tải thì loại động cơ này có giá trị dòng khởi động nhỏ hơn. Tuy nhiên nhược điểm của việc sử dụng loại động cơ này là: khi không tải hoặc khi tải nhẹ thì tốc độ truyền động của hệ thống có xu hướng tăng lớn, có thể đến (5 - 6) V đm . Hơn nữa việc điều chỉnh tốc độ bị hạn chế và khó thực hiện do phải thay đổi tham số của mạch động lực. - Nếu hệ thống sử dụng động cơ kích từ song song nó sẽ khắc phục được những nhược điểm của việc sử dụng động cơ kích từ nối tiếp như: Hệ thống loại này dễ dàng thực hiện việc thay đổi tốc độ động cơ bằng việc thay đổi dòng điện trong mạch kích từ. Phương pháp điều chỉnh này có tính kinh tế cao bởi năng lượng tổn hao trong quá trình điều chỉnh là rất nhỏ. Đồng thời hệ thống có kích thước nhỏ gọn. - 7 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhược điểm của loại động cơ này là: khả năng chịu quá tải kém, hệ thông không có khả năng thay đổi tốc độ khi tải thay đổi. → Từ những đặc điểm trên ta thấy loại động cơ này ít được dùng trong cơ cấu nâng hạ hàng, mà nó có thể được dùng trong cơ cấu quay mâm hoặc thang máy. - Nếu hệ thống sử dụng động cơ kích từ hỗn hợp thì sẽ kết hợp được ưu điểm của 2 loại động cơ trên, nên chúng được sử dụng rộng rãi trong truyền động điện thiết bị nâng hạ hàng. Để điều chỉnh tốc độ người ta có thể sử dụng hai phương pháp: thay đổi từ trường mạch kích từ và thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng. Để tăng khả năng ổn định tốc độ khi hạ hàng, đôi khi người ta thay đổi cách đấu để biến động cơ kích từ hỗn hợp thành động cơ kích từ song song. Trong trường hợp như vậy thì cuộn nối tiếp được mắc với điện trở phụ và mắc song song với phần ứng động cơ. => Trong hệ thống truyên động điện một chiều, ngoài các hệ thống truyền động điều khiển bằng tay điều khiển kết hợp trạm từ thì một hệ thống khác được sử dụng là: Hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ một chiều. Đây là hệ thống có các tính năng điều khiển rất ưu việt, qúa trình điều khiển rất trơn láng. Tuy nhiên nhược điểm của dạng này là số lượng máy điện nhiều, cồng kềnh. Do vậy ngày nay nó không còn được sử dụng rộng rãi vì có sự cạnh tranh của các bộ biến đổi. => Việc ra đời của các Tiristor có dòng định mức lớn, dẫn đến xuất hiện một hệ thống mới là Van - Động cơ một chiều. Nó cho phép động cơ một chiều làm việc dưới lưới điện xoay chiều thông qua bộ biến đổi. *Quá trình đảo chiều động cơ được thực hiện nhờ các phương pháp sau: - Đảo chiều động cơ nhờ đảo chiều dòng kích từ.( điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng động cơ) ( Hình 2.1) - 8 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 2.1 Sơ đồ đảo chiều động cơ phướng án 1 - Đảo chiều động cơ nhờ công tắc đảo chiều (điều chỉnh tốc độ động cơ bằng recách thay đổi điện áp phần ứng) (Hình 2.2) Hình 2.2 Sơ đồ đảo chiều động cơ phướng án 2 2.1.2. Hệ truyền động điện nâng hạ hàng dùng động cơ xoay chiều. Khi sử dụng động cơ xoay chiều trong hệ thống thì người ta hay dùng động cơ điện dị bộ rô to lồng sóc có 3 cấp tốc độ. Loại động cơ này là loại động cơ đặc biệt, nó được xem như hai động cơ ghép lại với nhau. - 9 - Đồ án môn học – Trang bị điện 2 ĐTĐ47_ĐH2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 2.3 Cấu tạo động cơ dị bộ rô to lồng sóc 3 cấp tốc độ 1: Cuộn dây cấp tốc độ 1 2: Rôto rãnh kép hoặc rãnh sâu 3: Rôto thường 4: Cuộn dây cấp tốc độ 2,3 - Cuộn dây cấp tốc độ thấp được bố trí ở một vùng riêng biệt.Cuộn dây tốc độ 2 và 3 được bố trí chung một rãnh. Có động cơ chỉ có 2 cuộn dây , trong đó một cuộn có khả năng đổi nối để tạo tốc độ 2, tốc độ 3. - Ưu điểm của loại động cơ lồng sóc này là nó có khả năng chịu quá tải về mô men lớn, và chúng có khả năng làm việc ở cấp tốc độ rất thấp hoặc rất cao. Đồng thời nó sử dụng nguồn 3 pha nên không phải sử dụng bộ biến đổi. Rôto này thường là loại rôto lồng sóc rãnh sâu, hoặc lồng kép nhằm để hạn chế dòng khởi động cho động cơ. - Việc tạo ra các cấp tốc độ khác nhau được thực hiện bằng cách thay đổi số đôi cực của cuộn dây stato của động cơ. - Đặc tính cơ của động cơ được mô tả trên hình 2.4. - 10 -