nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ cần cho cần trục. xây dựng chương trình tính phụ tải động của cơ cấu nâng hạ cần

Mục lục
Lời nói đầu 2
Chơng 1
Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ cần của cần câu 2
1.1 Khái niệm chung 2
1.2 Phân loại cầu trục cần trục 4
1.3 Đặc điểm đặc trng cho chế độ làm việc của hệ thống 4
điều khiển của cần trục
Chơng 2
Cơ sở tính toán và xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần
2.1.Cơ sở tính toán 5
2.1.1. Tính toán tĩnh và động cho các cơ cấu . 5
2.1.2. Các phơng trình chuyển động tổng quát của cơ cấu 8
2.1.3. Sự phụ thuộc giữa momen động với thời gian quá trình
khởi động 10
2.2. Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần 10
2.2.1. Xây dựng mô hình toán cho các động cơ chính cơ cấu
nâng hạ cần 10
2.2.2. Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần 11
Chơng 3
Xây dựng chơng trình tính toán phụ tải động cho cơ cấu nâng hạ cần
trên phần mềm Matlab
3.1. Giới thiệu phần mềm Matlab 19
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ nâng hạ chính
trong cơ cấu 20
3.3. Mô hình mô phỏng đặc tính hệ thống cơ cấu nâng hạ cần 20
3.4. Mô hình tính toán phụ tải động 20
3.5. Đặc tính mômen và tốcđộ động cơ truyền động chính 20
3.6. Đặc tính mômen phụ tải động khi nâng 20
3.7. Đặc tính mômen phụ tải động khi hạ 20
3.8. Đặc tính mômen theo chiều dài cần 20

3.9. Đặc tính mômen cản khi nâng và hạ cần 20
Kết luận 32
Tài liệu tham khảo 33
1
Lời nói đầu
Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp hoá, hiện đại hoá máy móc
đang dần thay thế sức lao động con ngời. Với xu hớng đó đã làm tăng năng
xuất lao động, nâng cao chất lợng sản phảm, hạ giá thành vận chuyển nền
kinh tế đi lên giúp con ngời tăng thu nhập Trong lĩnh vực sản xuất đặc biệt
là kinh tế vận tải biển việc trang bị điện cho các thiết bị vận tải nh cần cẩu,
băng truyền, máy xúc là hết sức quan trọng.

Từ thực tế đó việc tìm hiểu nghiên cứu hệ thống cần trục cầu trục đã
giải quyết việc tính toán thiết kế các hệ thống này. Trên cơ sở lý thuyết đã có
em đã đi sâu tìm hiểu đề tài Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ cần
cho cần trục. Xây dựng chơng trình tính phụ tải động của cơ cấu nâng hạ cần
.
Đề tài gồm các phần sau:
- Chơng 1: Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ cần cho cần trục
- Chơng 2: Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần
- Chơng 3: Thiết lập chơng trình tính toán phụ tải động cho cơ cấu nâng
hạ cần.
2
Chơng 1
Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ cần của
cần trục
1.1. Khái niệm chung
Sự phát triển kinh tế của mỗi nớc phụ thuộc nhiều vào mức độ cơ giới
hoávà tự động hoá các 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 xởng 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 quá trình vận chuyển và lu thông
hàng hoá xuất nhập khẩu của cảng biển. Công nghiệp bốc xếp và vận chuyển
hàng bao gồm nhiều công đoạn nh bốc xếp hàng hoá từ tàu thủy lên kho bãi,
lên phơng tiện vận tải đờng bộ và bốc xếp hàng hoá theo chiều ngợc lại cho
tàu thủy vận chuyển bằng đờng thủy. Trên các cảng, lợng hàng hoá trung
chuyển qua cảng đợc lu kho bãi rất lớn, khối lợng bốc xếp trong cảng cũng
đợc cần trục cầu trục đảm nhiệm.
Các cầu trục sử dụng bốc xếp hàng hoá trong các kho hàng, trong các
xí nghiệp cơ khí cảng biển, các phân xởng sửa chữa, lắp ráp thiết bị đóng vai
trò quan trọng vào công tác dịch vụ kỹ thuật góp phần hiện đại hoá cảng
biển.
Khi đánh giá mức độ hiện đại hoá cảng biển, đầu tiên phải kể đến cơ
sở hạ tầng của cảng nh luồng vào ra cho các tàu biển, cầu cảng và bộ máy
quản lý cảng. Sau đó phải kể đến nhóm thiết bị bốc xếp hàng hoá chính là
cầu trục cần trục cảng. Năng suất, tốc độ luân chuyển hàng hoá hàng năm
của cảng phụ thuộc nhiều vào số lợng và trọng tải nâng chuyển của cần trục
cầu trục cảng.
Các cảng biển nớc ta đang đòi hỏi ngày càng mở rộng và phát triển,
năng lực bốc xếp các cảng ngày một tăng để đáp ứng yêu cầu hàng hoá xuất
nhập khẩu của các nghành kinh tế. Trong điều kiện nhóm thiết bị bốc xếp
chủ yếu đợc nhập ngoại chủng loại rất đa dạng, mức độ tự động hoá ngày
càng cao.
Việc khai thác vận hành, bảo dỡng kỹ thuật cho cần trục cầu trục
cảng biển đòi hỏi thực hiện nghiêm ngặt các quy định cho từng loại nhằm
đảm bảo an toàn cho ngời và hàng hoá trong quá trình hoạt động. Đồng thời
công tác bảo dỡng kỹ thuật cần trục cầu trục phục vụ cho cảng biển sẽ

kéo dài tuổi thọ cho nhóm thiết bị này mang lại hiệu quả to lớn về kinh tế và
kỹ thuật.
3
Xu thế phát triển của cần trục cầu trục cảng trong những năm gần
đây đã ứng dụng thành tựu của các ngành điện tử, tin học. Các cần trục
cần trục ngày càng đợc tự động hoá và đợc quan tâm hơn.
1.2. Phân loại cần trục
1.2.1. Phân loại theo cấu trúc điều khiển
a. Điều khiển cơ cấu chính bằng các côngtắctơ, role, động cơ 1 chiều.
b. Điều khiển cơ cấu chính bằng các côngtắctơ, role, động cơ không đồng bộ
rôto lồng sóc.
c. Điều khiển cơ cấu chính bằng các côngtắctơ, role, động cơ không đồng bộ
rôto dây quấn.
d. Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC BBĐT - động cơ không đồng bộ.
e. Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC PWM - động cơ không đồng bộ
f. Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC BBĐ - động cơ điện phụ tải
động
1.2.2. Phân loại theo nớc chế tạo
1.3. Đặc điểm đặc trng cho chế độ làm việc của hệ thống điều khiển
chuyển động cần trục
Hệ thống cần trục nói chung thờng đợc lắp đặt trong các nhà xởng,
kho hoặc trên các bãi cảng, cầu cảng. Môi trờng làm việc rất nặng nề, đặc
biệt môi trờng có độ ẩm cao và hơi muối mặn. Chế độ làm việc nặng nề th-
ờng xuyên phải làm việc với tải trọng lớn trong một thời gian dài. Đặc biệt
yêu cầu về điều chỉnh tốc độ là rất lớn.
chính vì vậy mà các thiết bị trong hệ thống nh máy tính, PLC, vi xử lý
và các sản phẩm phần mềm phải đảm bảo làm việc tin cậy, ổn định, đơn
giản.
Đối với truyền động điện cho các cơ cấu di chuyển của cần trục phải
đảm bảo khởi động ở chế độ toàn tải, đặc biệt mùa đông khi môi trờng làm

việc làm tăng mômen ma sát ở các ổ đỡ do đó làm tăng đáng kể mômen cản
tĩnh M
c
.
Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cần trục yêu cầu quá trình
tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt với các cần trục nâng vận
chuyển container. Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải đợc hạn
chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn. Năng suất của cần trục đợc quyết định bởi
2 yếu tố là tải trọng của thiết bị và số chu kỳ bốc xếp trong một giờ.
4
Chơng 2
Cơ sở tính toán và xây dựng mô hình toán cho cơ
cấu nâng hạ cần
2.1. Cơ sở tính toán
2.1.1. Tính toán tĩnh và động cho các cơ cấu
Mỗi cơ cấu của cần trục, không phụ thuộc vào chức năng của nó, đều
đợc cấu thành từ 4 phần tử: Bộ phận chấp hành, bộ truyền, hệ số truyền động
và phanh và đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Vì vậy mặc dù có cấu
trúc và chức năng khác nhau nhng tất cả các cơ cấu đó đều có nhiều điểm
chung theo sơ đồ nguyên lý động học cũng nh theo phơng pháp tính toán.
Trong các cần trục quay sự thay đổi tầm với nghĩa là thay đổi khoảng
cách từ trục thẳng đứng của tháp cần trục tới đờng thẳng đứng qua tim móc
nâng hạ hàng.
Việc thay đổi tầm với thờng đợc thực hiện bằng hai phơng pháp:
- Thay đổi bằng cách dùng cáp kéo trên palăng đầu cần để di chuyển cơ
cấu mang palăng nâng hạ hàng chuyển động tịnh tiến trên cần.
- Thay đổi tầm với bằng cách nâng hạ cần dùng cáp trên palăng đặt cố
định ở đầu cần.
Để đa ra phơng pháp tính chung cho tất cả các cơ cấu của cần trục ta coi
khâu cuối của cơ cấu nâng hạ là tang trống có đờng kính là

D
, cáp quấn
trên đó với lực căng

S
, Cơ cấu di chuyển có khâu cuối là bánh xe có đờng
kính D
k
và lực cản trên nó là W
n
, Cơ cấu quay có khâu cuối là bánh răng lớn
truyền động với mômen cản là M
bp
. Cơ cấu nâng hạ cần ( cơ cấu thay đổi tầm
với) có khâu cuối là trống tời thay đổi tầm với có đờng kính
c
D

, lực căng của
cơ cấu nâng cần tác động là
c
S

và lực căng cáp trên tang kéo là
T
S

. Mômen
cản tĩnh đợc xác định cho các cơ cấu nh sau:

- Khi thay đổi độ nghiêng của cần
2
C
C
C
D
SM


=

- Khi di chuyển xe tời theo cần
2
T
T
C
D
SM


=
Nếu gọi n
c
(Vg/ph) là tốc độ quay cuả khâu cuối, hiệu suất cuả bộ
truyền là
MeX

thì công suất truyền động của động cơ là :
MeX
C

nM
N

=
975
Trong đó:
M
c
: Mômen ( KGm)
5
n : Tốc độ quay của động cơ ( Vòng/m)
Tỉ số truyền của hệ thống giữa động cơ và khâu cuối là :
c
dc
n
n
i =
Tỉ số truyền bằng tích các tỉ số truyền thành phần :
i = i
1
i
2
i
3
i
T-1
i
T
Nếu hệ thống có nhiều trục truyền động thì xác định mômen cho từng
trục nh sau :

11
1
i
M
M
c
dc
=
;
2211
2
ii
M
M
c
dc
=
Trong đó :
T
,,
321
: Hiệu suất của từng cơ cấu truyền .
Tốc độ các trục đợc xác định nh sau :
2122
11
iininn
i*nn
c*c
c
==

=
Mômen hãm trên các trục nhỏ hơn mômen chuyển động vì có sự cản trở
chuyển động của các cơ cấu . Khi đó mômen hãm tính theo :
21
21
2
21
2
1
11
1
ii
M
i
M
M
;
i
M
M
MM
c
T
T
T
MeXc
T

==
=
=
đồng thời chúng ta có:
2
MeX
dc
T
M
M
=
Hiệu suất của bộ truyền:
.
MeX 321
=
Hiệu suất các thành phần của các cơ cấu có thể chọn từ 0,93 0,95 .
Tổn hao ma sát P
TP
khi cơ cấu làm việc có thể phân thành hai thành
phần : Một thành phần không đổi P
n
mp
và thành phần thay đổi tỷ lệ với tải
P
H
mp
ta có :
H
mp

n
mpTP
PPP +=
Nếu trong trờng hợp phụ tải nhỏ có thể coi :
n
mpTP
PP
Nếu trong trờng hợp phụ tải lớn có thể coi :
H
mpTP
PP
6
Nếu trọng tải nâng là P
G
thì trọng tải toàn phần là P
S
= P
G
+ P
mp
thì
hiệu suất nâng tải đợc tính :
mpG
G
PP
P
+
=
Chúng ta có thể xác định tổn hao ma sát qua hiệu suất khi nâng:
)(PPP

GGmp
1
11
=

=


Hiệu xuất khi hạ hàng :


1
21
1
11 ===

= )(
P
P
P
P
P
PP
G
G
G
mp
G
mpG
'

Nhìn chung hiệu suất khi nâng

và hiệu suất khi hạ

chỉ khác nhau
nhiều khi hiệu suất thấp . Đối với các cơ cấu nâng hạ hiệu suất của bộ truyền
cơ khí khi hạ nhỏ hơn hiệu suất khi nâng (

<

) . Khi hiệu suất nâng

<0,5 cơ cấu trở lên tự phanh và giá trị của

phụ thuộc vào giá trị của tải
trọng .
Hệ số đặc trng cho mức độ nạp tải :
K =
HOM
G
G
P
P
Trong đó : P
G
HOM
: Tải định mức
Và ta có : P
G
= K* P

G
HOM

Và tổn hao ma sát đợc xác định nh sau :
P
mp
= P
mp
n
+ P
mp
H

P
mp
= aP
G
HOM
+ bKP
G
HOM

Trong đó b, K là các hệ số không đổi
Khi nâng :
K
a
b
bKaK
K
bKPaPKP

KP
PP
P
HOM
G
HOM
G
HOM
G
HOM
G
mpG
G
++
=
++
=
++
=
+
=
1
1

Khi hạ :
K
a
b
KP
bKPaPKP

PP
P
HOM
G
HOM
G
HOM
G
HOM
G
mpG
G
=

=
+
= 1
Khi tải trọng là định mức
HOM
=
; K=1
7
Thì khi đó ta có :
ba
HOM
++1
1
=

( Khi nâng )

ba
'
= 1
( Khi hạ)
Vì vậy khi tính cho tải trọng bất kì có thể tính theo tải trọng định mức
Khi nâng :

HOMHOM
K
a
b
ba
=
++1
++1
=
Khi hạ :
'
HOM
'
HOM
ab
b
K
a
=


=
-

1
1
Việc tính toán chế độ tĩnh động của cơ cấu nâng hạ cần nói riêng và các cơ
cấu khác nói chung đợc sử dụng khi phân tích chuyển động của các phần tử
trong cơ cấu cũng nh để xác định tải của chế độ xác lập khi vận tốc của các
thành của cơ cấu không đổi
2.1.2. Các phơng trình chuyển động tổng quát của cơ cấu
Trong quá trình chuyển động cha ổn định của hệ thống cần cung cấp
năng lợng trong giai đoạn gia tốc và tiêu tán năng lợng trong quá trình hãm (
Năng lợng này bằng công của các lực quán tính của tất cả các phần tử
chuyển động ). Độ dài chu kì chuyển động không ổn định là hàm số của
momen d của động cơ hoặc của bộ phanh
Đối với chu kì gia tốc momen d là hiệu số giữa momen d của động cơ
trong thời gian này với momen cản tĩnh quy về trục động cơ còn đối với chu
kì hãm là tổng của momen hãm với momen cản tĩnh quy về trục động cơ .
Nh vậy momen d theo giá trị tuyệt đối bằng momen của các lực quán tính do
vậy ta có các phơng trình sau :
qthC
qtCd
MMM
MMM
=+
+=
Trong đó : M
C
: là Momen cản tĩnh
M
h
: là Momen hãm động
M

qt
: là Momen quán tính
Với Momen quán tính có thể đợc tính nh sau :
2
2
0
dt
d
JM
qt

=
Nên phơng trình tổng quát trong quá trình gia tốc đợc tính nh sau :
M
d
= M
c
+ M
qt
= M
c
+
2
2
0
dt
d
J

8

Tơng tự trong quá trình hãm :
M
H
= M
c
- M
qt
= M
c
-
2
2
0
dt
d
J



: là góc quay của trục ( đo bằng Radian ) trong giai đoạn chuyển
động không ổn định
Khi lấy tích phân phơng trình chuyển động của hệ có thể xác định đợc đờng
đi và tốc độ của vật thể trong thời gian chuyển động không ổn định cũng nh
chiều dài của khoảng thời gian này . Để lấy đợc tích phân cần biết đựoc luật
thay đổi của gia tốc hoặc luật thay đổi của momen d của động cơ hoặc cảu
phanh ( trong chế độ hãm ) . Do đó có thể coi momen d là đại lợng tuyến
tính đựơc biểu diễn bằng phơng trình :
( )
'+=
"

du
du
K
dudu
MM
t
t
MM -
Trong đó :
t : Thời điểm tính
t
K
: Thời gian chuyển động không xác lập
t
K
= t
kd
hoặc t
K
= t
Ham
M
du
và M
du
là momen d ban đầu và momen d ở thời
điểm cuối của chuyển động .
Dấu + ứng với quá trình khởi động
Dấu - ứng với quá trình hãm .
Trong quá trình hãm đặc tính tăng momen hãm phụ thuộc vào kết cấu của cơ

cấu hãm và luật điều khiển của quá trình hãm :
Phơng trình chuyển động trong các trờng hợp nh sau :
Đối với quá trình hãm :
00
2
2
-
j
MM
*
t
t
j
M
dt
d
d
'
kd
d
"
kd
kd
d
kd
kd
+=

Đối với quá trình khởi động :
00

2
2
-
j
MM
*
t
t
j
M
dt
d
d
'
H
d
"
H
H
d
H
h
=

2.1.3. Sự phụ thuộc giữa momen động với thời gian quá trình khởi động
Giải các phơng trình chuyển động tổng quát cho phép ta xác định đợc sự phụ
thuộc giữa momen động trong giai đoạn quá độ với thời gian quá độ .
Khi đó giá trị của momen cản tĩnh đợc xác định theo các biểu thức sau :
Đối với cơ cấu nâng :
9

M
C
= M
G
+ M
MS
Đối với cơ cấu di chuyển :
M
C
= M
KP
+ M
CT
+ M
MS
Trong đó :
M
C
: Momen cản tĩnh
M
G
: Momen do lực trọng trờng của hàng hoá gây ra
M
MS
: Momen ma sát trong cơ cấu .
M
KP
: Momen do lực trọng trờng khi chuyển động tịnh
tiến hay quay gây ra .
Momen cản tĩnh có thể đợc tính thông qua lực P

X
và bán kính điểm đặt
lực r
X
.
M
CX
= P
X
r
X

Trong đó :
X
X
X
X
X
n
V.,
n
V.
r
559
2
60
=

=

Vậy ta có :
X
XX
X
X
XCX
n
V.P.,
n
V.
.PM
559
2
60
=

=
Trong thời gian chuyển động cha ổn định trên toàn bộ cấu trúc động
học của các cơ cấu , tác động của momen đựơc xác định theo phơng trình
chuyển động tổng quát và tăng hơn momen cản tĩnh một giá trị M
D
.Do vậy
sẽ gây ra áp lực lớn trong các cơ cấu , đồng thời tạo ra sự mài mòn lớn hơn
rất nhiều so với thời gian làm việc ổn định .
Sự quá tải của cơ cấu là do momen d khác nhau .Ngoài ra sự quá tải
càng lớn thì bội số

cuẩ momen khởi động càng lớn và hệ số tải của động
cơ

càng nhỏ
2.2. Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần
2.2.1. Xây dựng mô hình toán cho các động cơ chính cơ cấu nâng
hạ cần.
Trong các hệ thống cần cẩu nói chung , động cơ không đồng bộ roto
dây quấn là loại động cơ đợc sử dụng nhiều nhất và phổ biến nhất . Việc đi
xây dựng mô hình toán cho các động cơ này sẽ giúp ta thấy đợc những u
điểm nổi bật của nó :
Hệ phơng trình của động cơ không đồng bộ roto dây quấn ở hệ trục
vuông góc (d, q) gắn liền với từ trờng quay của stato ở đại lợng tơng đối và
bỏ qua thành phần dao động :
10
QTd
r
D
r
D
qqq
qdd
si.
T
x.
Tdt
d
.i.rU
.i.rU
+
à
+=

+=
=
1
qQQ
dDD
Qqq
Ddd
DTq
r
Q
r
Q
i.x.i
i.x.i
ii.x
ii.x
si.
T
x.
Tdt
d
à+=
à+=
+=
+=
+
à
+=

1

dqqde
ce
D
M
i.i.M
MM
dt
d
.T
=
=

Trong đó :
r : điện trở thuần của stato
U
d
, U
q
: Điện áp đặt vào stato theo trục dọc và ngang .
:;
qd

Từ thông móc vòng của cuộn dây stato theo trục dọc
và ngang .
:i;i
qd
Dòng điện stato theo trục dọc và ngang .
:;
QD

Từ thông móc vòng của roto theo trục dọc và ngang .
:i;i
QD
Dòng điện của roto theo trục dọc và ngang .
T
r
: Hằng số thời gian của mạch roto
à
: hệ số tơng hỗ của cuộn stato và roto
b

: Đại lợng so sánh cơ bản vận tốc quay của từ trờng quay
stato
T

: Vận tốc quay của từ trờng quay stato viết ở đại lợng thật .

: vận tốc quay của từ trờng quay stato viết ở đại lợng tơng
đối .
S : độ trợt của roto đối với từ trờng quay của stato


=
D
S
D

: Vận tốc quay của roto đối với từ trờng quay của stato
M
e

: Momen quay của động cơ .
M
c
: Momen cản .
11
T
M
: Hằng số thời gian cơ khí .
2.2.2. Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần.
ở đây chúng ta chỉ khảo sát trờng hợp thay đổi tầm với bằng cách
nâng hạ cần . Thông số đặc trng là sức căng trên palăng S
n
, thời gian t là
thời gian để thay đổi tầm với từ R
Min
đến R
Max
. Khi tốc độ quấn trên trống tời
không đổi thì tầm với sẽ thay đổi theo thời gian , thờng tính từ khi dịch
chuyển cần từ vị trí nhỏ nhất về tầm với đến vị trí lớn nhất về tầm với .
Khi biểu diễn tất cả các tải trên cần và giải phơng trình momem ta sẽ
tìm đợc lực căng trên pa lăng .
Do cơ cấu thay đổi tầm với bằng phơng pháp nâng hạ cần chỉ là dạng
khác của cơ cấu nâng hạ , nên quá trình tính toán cho cơ cấu nâng hạ có thể
áp dụng cho cơ cấu nâng hạ cần , nhng cần chú ý đến momen gây ra sức
căng của cáp , là hàm số phụ thuộc vào góc nghiêng của cần . Với tải trọng
xác định sức căng S
C
cảu cáp trên palăng sẽ lớn và bé nhất khi tầm với củâ
cần xa nhất và ngắn nhất .

Tham số cơ bản của cơ cấu nâng hạ là tải trọng nâng Q , liên hệ với sức căng
trên cáp quấn trên trống tời theo biểu thức sau :
nn
.i
qQ
S

+
=

q : trọng lợng của móc và phụ kiện
i
n
: Tỉ số truyền của cơ cấu nâng hạ
n

: hiệu suất của cơ cấu nâng hạ
Cơ cấu nâng hạ cần cơ thể đợc biểu diễn nh hình 2.1
12
Hình 2.1
Tổng momen của các thành phần lực tác dụng lên cần trong quá trình
làm việc biểu diễn trên hình vẽ .
Ta có :
oR.Sin.SH.Cos.SH.PH.P
H
.PH.PR.
G
R
.Gd.
.n

qQ
R).qQ(M
nn
C
LT
C
LT
G
qQ
LT
C
g
G
g
n
C
n
n
=++
+++++

+
++=
++

2
222
Từ đó ta nhận đợc :
( )

++++
+

+







+++
=
++
Cos.CosLSin.SinL
Cos.L.
H
h
PP
P
P

.n
d.qQ
Sin.L.
GG
qQ
S
CC
C
LT
C
LT
G
qQ
qt
C
g
G
g
n
C
nC
n
n
2
2
22

Trong đó các thành phần lực tác động lên cần trong quá trình xét là :
Q : Trọng lợng hàng hoá
13

q : Trọng lợng móc không hàng.
G
C
: Trọng lợng của cần trục .
G
n
: Trọng lợng của Pa lăng .
P
g
C
: Lực của gió tác dụng lên cần trục .
P
g
G
: Lực của gió tác dụng lên hàng hoá .
P
qt
Q+q+Gn/2
: Lực quán tính của trọng lợng tải trọng và một nửa trọng lợng
palăng .
P
LT
: Lực li tâm xuất hiện khi cần quay .
H : chiều cao nâng hàng . H = L
C
. Cos


: Góc hợp bởi cần và phơng thẳng đứng .

: Độ nghiêng của dây cáp so với phơng ngang
L
C
: Chiều dài cần .
R : Tầm với của cần
o Lực quán tính tiếp tuyến của trọng lợng tải và trọng lợng một
nửa pa lăng .
t
V
.
g
Q
qQ
P
n
n
Q
qQ
qt
n






++
=
++
2

2
V
n
: Tốc độ chuyển động của cần trục .
o Lực quán tính do trọng lợng cần gây ra :
t
V
.
g
G
P
nC
C
qt
=
Lực quán tính này đợc đặt ở trọng tâm của cần :
H
C
= L
C
. Sin

o Lực quán tính tiếp tuyến hay lực ly tâm của trọng lợng hàng và
một nửa trọng lợng pa lăng :
)Sin.LX(
t
n
,.
G
qQP

CO
Cn
Q
qQ
qt
n
+






++=
++
01070
2
2
Trong đó :
n : tốc độ nâng cần
t : Thời gian thay đổi tầm với .
Khi tính toán tải trọng trên móc và các pa lăng trên cần sự lựch khỏi vị trí đ-
ợc xác định nh sau :
14
)Sin.LX(
t
n
.
g
Q

qQ
P
CO
bp
n
Q
qQ
K
n
+







++
=
++
60
2
2
2
Trong đó :
n
bP
: Tốc độ góc của phần quay .
t : thời gian lớn nhất của quá trình quá độ
Lực quán tính tiếp tuyến của khối lợng cần phân bố dọc theo chiều dài cần vi

phân . Lực quán tính của khối lợng dm
C
:
)Sin.LX(
t
n
.dmdP
CO
bp
C
C
K
+

=
60
2
dl)Sin.LX(
t
n
.
L
m
CO
bp
C
C
+

=

60
2
Vậy lực quán tính tiếp tuyến của cả cần :
)SinLX(
t
n
.G.,dl)Sin.LX(
t
n
.
L
m
P
CO
bp
CCO
L
bp
C
C
C
K
C
+=+

=

01070
60
2

0
o Lực ly tâm tác dụng lên cần trong quá trình làm việc nh sau :
Khi cần làm việc ở trạng thái nghiêng hoặc cần cẩu đang thực hiện
chuyển động quay cần , thì sẽ sinh ra lực quán tính ly tâm tác dụng lên cần
và hàng hoá . chính vì vậy ta cần xác định lực ly tâm của cần :
Đối với cần có trọng lợng là G
C
và độ dài cần là L
C
thì lực li tâm đợc
xác định nh sau
Ta có :
dl.
L.g
G
dM
C
C
C
=
Lực hình thành khi có tốc độ góc là

)Sin.LX(.dmdP
COC
C
LT
+=
2
2
2

2









+
= .
L
G
.
g
Sin.
L
LX
C
C
C
CO
15
Thay
30

=
n
ta có :

( )
+

= SinLX
.g
n.G
P
CO
C
C
LT
2
1800
22
vị trí đặt lực :
( )
+
+
=
SinLX
SinLX.
.
L
h
C
COC
C
LT
0
2

23
30
o Tải trọng của gió tác dụng lên cần :
Ta có :

=
.n n.qP
C
g
Trong đó :
q : áp lực gió ở trạng thái làm việc
n : hệ số kể đén sự tăng áp lực gió theo chiều cao

: hệ số phụ thuộc vào tải trọng nâng ( chọn trong th này = 1,8)
Momen cản do gió gây ra phụ thuộc vào kết cấu của cần , mặt cản gió của
hàng và của thân cẩu . Khi quay thì giá trị momen này thay đổi và sự tác
dụng lên trục quay cũng thay đổi

+=
2
sin.r.F.PSin.R.F.pM
ogogg
M
g
lớn nhất khi
2

=
: góc giữa cần và phơng ngang .
o Tải trọng do gió tác dụng lên hàng :

g
F
.P
V
G
g
150=
g = 9,81
F
v
: diện tích chịu gió
Ta chọn một số thông số ban đầu nh sau :
Q = 8000 kg
Vận tốc nâng : V
n
= 15m/ ph
Thời gian thay đổi tầm với R
Max
đến R
Min
: t = 15s
Đờng kính cáp pa lăng : d
C
= 0,0165 m
Đờng kính trống tời : D = 0,35 m
X
o
+ a = 3 m
động cơ có thông số nh sau :
- P = 11kW

16
- N
DC
= 715 v/ ph
- Hệ số quá tải : 2,9
-
0
7525 =
Để có thể xây dựng đợc mô hình phụ tải ta cần đi xác định thêm một số
thông số sau :
G
C
= 3200kg
G
n
= 320 kg
tỉ số truyền : i = n
DC
/n
t

với
ph/v,
.D
V
n
n
t
0313=

=
vậy tỉ số truyền là : i = 54,87
- tải trọng do gió tác dụng lên hàng :
>
g
F
.P
V
G
g
150=
= 15,3. F
V
kg với g= 9,8
- tải trọng do gió tác dụng lên cần :
= .n n.qP
C
g
= 56,51kg
- lực ly tâm :
( )
+

= SinLX
.g
n.G
P
CO
C
C

LT
2
1800
22
thay số ta có :
( )
( )
+= SinLX
.,
.,.
P
CO
C
LT
2
18089
151433200
2
điểm đặt lực :
( )
+
+
=
SinLX
SinLX.
.
L
h
C
COC

C
LT
0
2
23
30
Vậy ta có :
P
LT
.h
LT
= 134.(7,02 +50. sin

)
- lực quán tính ;
)Sin.LX(
t
n
,.
G
qQP
CO
Cn
Q
qQ
qt
n
+

++=
++
01070
2
2

)sin,)(Q,(.,P
qt
++=

2534216005110061
3
Từ các giá trị trên ta đi tính sức căng của cáp do các thành phần lực tác dụng
lên cần trong quá trình làm việc :
1 : lực căng do trọng lợng của hàng , móc , một nửa trọng lợng của
palăng và trọng lợng của cần là :
17
)(Cos
Sin).Q.,(
Sin.
)(Cos
GG
qQ
S
nC

+
=

+++
=
1760051
22
1
2 : Lực căng do thành phần lực của cơ cấu nâng cần dới tác dụng của
tải trọng Q
( )
)(Cos
Q.,
Cos
.
.n
qQ
S
n

=

+
=
09601
2
3 : Lực căng do thành phần lực của gió tác dụng lên hàng :
)(Cos
Cos
.F.,

)(Cos
Cos
.
,
F
.P
V
V
G
g


=


= 315
89
150
4 : Lực căng do thành phần lực của gió tác dụng lên cần :
)(Cos
Cos
.,P
C
g


= 51056
5 : Lực căng do thành phần lực li tâm tác dụng lên cần :
S
5

= = 134.(7,02 +50. sin

).
)(Cos
Cos
.


6 : thành phần lực căng do lực quán tính :
)(Cos
Cos
)sin,)(Q,(.,S


++=

2534216005110061
3
6
18
Hình 2.2.
Chơng 3
Xây dựng chơng trình tính toán phụ tải động cho cơ
cấu nâng hạ cần trên phần mềm matlab
3.1. Giới thiệu phần mềm Matlab
Matlab là một phần mềm chuyên dụng cho các nghành kỹ thuật.
Chúng ta chỉ xét riêng phần mềm ứng dụng Simulink trong Matlab, phần
mềm này có giao diện sử dụng rất thuận tiện không đòi hỏi ngời sử dụng
phải có kỹ năng cao. Với các th viện đã đợc xây dựng sẵn, ngời sử dụng chỉ
truy cập vào từng th viểnồi chọn những khối cần thiết cho việc lập trình của

mình. Việc xây dựng mô hình có thể xây dựng theo cách phân cấp tức là xây
dựng theo phân lớp ( các subsystem ). Trong mô hình lớn có thể có nhiều mô
hình con, toàn bộ thao tác đều có thể chỉ cần sử dụng chuột và nhập các
thông số từ bàn phím.
Trong các nghành kỹ thuật ứng dụng của simulink dùng để mô hình
hoá, mô phỏng, phân tích hệ thống động, simulink cho phép mô phỏng hệ
thóng tuyến tính, hệ thống phi tuyến, các mô hình thời gian liên tục, gián
đoạn hoặc kết hợp cả liên tục và gián đoạn.
19
Sau khi xây dựng mô hình, để khảo sát hệ thống chúng ta nhập các
thông số của hệ thống vào cửa sổ tham số của khối. Để khảo sát hệ thống
chúng ta có thể quan sát các đặc tính của hệ thống qua các khối hiển thị nh
Scope, XYGraph ngay cả khi đang chạy chơng trình.
Do vậy Matlab có một u điểm rất lớn, thuạn tiện giúp ngời sử dụng
nắm bắt nhanh chóng và thu đợc kết quả mong muốn.
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ roto dây
quấn , là động cơ nâng hạ chính trong cơ cấu
Hình 3.1
3.3. Mô hình mô phỏng hệ thống cơ cấu nâng hạ cần :
Hình 3.2, Hình 3.3
3.4. Mô hình tính toán phụ tải động
Hình 3.4
3.5. Đặc tính mômen và tốc độ động cơ truyền động chính
Hình 3.5, Hình 3.6
3.6. Đặc tính mômen phụ tải động khi nâng
Hình 3.7
3.7. Đặc tính mômen phụ tải động khi hạ
Hình 3.8
3.8. Mô hình mômen cản khi nâng hạ với Q1=10T, Q2=20T, Q3=40T
Hình 3.9

3.9. Đặc tính mômen cản khi nâng và hạ cần
Hình 3.10, Hình 3.11
20
H×nh 3.1. M« h×nh ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn
21
22
H×nh 3.2. M« h×nh n©ng cÇn
23
24
H×nh 3.3. M« h×nh h¹ cÇn
25