xây dựng chương trình tính toán động lực học của cơ cấu có kể đến độ biến dạng của tay cần của cần cẩu trên visual basic

Đề tài :Thiết Kế Môn Học Trang Bị Điện
Đề số 23: Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ hàng. Xây dựng chơng
trình tính toán động lực học của cơ cấu có kể đến độ biến dạng của tay cần
của cần cẩu:
- Nhiêm vụ cần giải quyết trong bài làm:
+ 1 : nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ
+ 2: xây dựng mô hình tính toán cho cơ cấu nâng có tính đến biến dạng
của tay cần
+ 3 : Thiết lập chơng trình tính toán động lực học
Phần mở đầu
Ngày nay việc bốc xếp hàng hoá bằng thủ công đã không còn phù hợp
trong đa số ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghiệp nặng.
Việc đa các phơng tiện máy móc hiện đại vào sử dụng, nó không những
nâng cao chất lợng , năng suất công việc mà nó còn mang tính an toàn
cao trong lao động sản suất, giảm thiểu khả năng làm việc tay chân năng
nhọc cho công nhân, giảm lợng nhân công d thừa
Trong thời đại này việc các máy móc bốc xếp có tải trọng lên tới hàng
trăm tấn/ một lần bốc không còn xa lạ trong các hải cảng cũng nh trong
các công trờng sản xuất ở Việt Nam .
Một vấn đề đặt ra cấp thiết đối với các sinh viên ngành tự động hoá là
phải tìm hiểu về công nghệ và vận hành các thiết bị này thật tốt để giúp
cho việc khai thác có hiệu quả cao nhất.
Trong phần này Em xin trình bày một vấn đề đó là vấn đề về cơ cấu nâng
hạ hàng.
Do tài liệu tham khảo còn thiếu nhiều nên bài viết của Em có sự tham
khảo chủ yếu ở 2 tập tài liệu là:
[1] Truyền Động Điện Tàu Thuỷ của thầy giáo: Lu Đình Hiếu
[2] Cần Trục Cảng Biển ( Bản thảo) Của thầy giáo Tiến Sĩ : Hoàng Xuân
Bình
Sinh Viên : Nguyễn Văn Hùng
Hải Phòng : 27/4/2005

Phần 1
Tổng Quan Về Cơ Cấu Nâng Hạ Hàng
1- Chức năng của hệ thống nâng hạ hàng
Hệ thống làm hàng có các trức năng cơ bản nh sau:
- Nâng hạ và di chuyển hàng hoá trong các kho hàng
- Bốc xếp hàng hoá lên các phơng tiện vận chuyển
- Vận chuyển trang thiết bị phục vụ cho các mục đích nh: sửa chữa, lắp
đặt
2- Phân loại hệ thống nâng hạ
Ngày nay công việc nâng hạ hàng hoá thờng sử dụng hai loại phơng tiện
phổ biến là tời hàng và cần trục.
- Theo mục đích sử dụng, ngời ta phân ra các loại sau:
+ Tời hàng và cần trục: đây là các thiét bị đợc sử dụng rộng rãi ngày nay.
Chúng thực hiện bốc xếp hàng hoá từ nơi này sang nơi khác hay lên các
phơng 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 đợc sử
dụng rộng rãi. Chúng có các u 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 đợc 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 lới 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 hiệnđại ngời ta ừng dụng các phơng
pháp điều khiển khác nh: vi xử lý, bán dẫn, PLC có ừng dụng của máy
tính.
3- Đặc điểm của thiết bị nâng hạ hàng
Trong các thiết bị nâng hạ hàng, ngày nay thì tời hàng đợc sử dụng rộng rãi
nhất. Chúng có những u điểm nh: khả năng quá tải cao, tầm với không hạn
chế, điều kiện làm việc an toàn sử dụng đợc nhiều trong các lĩnh vực khác
nhau. Tuy nhiên tời hàng cũng có những nhợc điểm nh: thời gian chuẩn bị đa
hệ thống vào làm việc lớn, khả năng sẵn sàng làm việc thấp, hệ thống cồng
kềnh
Ngoài tời hàng thì cần trục cũng đực sử dụng hết sức rộng rãi. Thiết bị này
có u điểm là khả năng sẵn sàng làm việc cao, tuy nhiên nó lại có nhiều nhợc
điểm nh: tầm với hạn chế, khả năng quá tải kém
4- Những u nhợc điểm của hệ thống nâng hạ hàng dùng điện.
Ngày nay các thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ điện và cơ cấu bằng điện đợc
sử dụng rất phổi biến, chúng có những u nhợc điểm nh sau:
-Tính kinh tế cao : hiệu suất sử dụng của động cơ điện rất cao ( cỡ 0,7 -0,9),
năng lợng điện dễ dàng chuyển tải đi xa và không gây ra tổn hao đáng kể.
Dễ dàng thực hiện quá trình điều khiển tự động, điều khiển từ xa, giải phóng
ngời lao động khỏi những lao động nặng nhọc, nguy hiểm
- Không gây ồn lớn trong quá trình làm việc, vệ sinh công nghiệp đợc bảo
đảm. Tuy nhiên bên cạnh những u điểm nó cũng có những nhợc điểm nh: giá
thành ban đầu cao, khả năng gây chay nổ cao do trong quá trình vận hành dễ
gây ra tia lửa điện
5- Những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị nâng hạ hàng.
Để nâng cao khả năng kinh tế của vân tải thì quá trình nâng hạ hàng phải
đảm bảo rút ngắn đợc thời gian bốc xếp. Do vậy ngoài những yêu cầu về kỹ
thuệt thì các thiết bị nâng hạ hàng phải có thêm các yêu cầu sau:
5.1. Năng suất làm hàng cao

Muốn cho năng suất làm hàng cao thì hệ thống phải thoả mãn các yêu cầu
sau:
- Đảm bảo đủ tốc độ nâng hàng khi tải là địng mức. Vì truyền động điện
loại này công tác ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên trong một chu kỳ công
tác thờng xảy ra trạng thái đóng mở máy.
+ Quãng đờng di chuyểấnhngf hoá thờng không dài nên khi tải định mức
ta phải chọn tốc độ nâng hàng hợp lý . Hơn nữa trong qua trình nâng hạ
hàng thờng xảy ra quá trình quá độ ( hãm, gia tốc, khởi động ) nên chọn
tốc độ lớn sẽ không phát huy tác dụng.
+ Nếu chọn tốc độ nhỏ thì chu kỳ bốc xếp sẽ tăng và nó sẽ làm giảm năng
suất bốc xếp hàng hoá.
Năng suất làm hàng đợc tính theo biểu thức sau:
Q =
t
n
Trong đó: t : Thời gian của một chu kỳ làm hàng
n : Khối lợng hàng hoá
Theo tài liệu của nhà máy đóng tàu của Liên Xô cũ thì tốc độ nâng hạ
hàng với tải định mức khoảng (0,2 1) m/s. Theo tài liệu của Mỹ thì giá
trị đó là (1,5 2) m/s.
5.2.Hệ thống phải có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng.
Tạo đợc tốc độ cao khi không tải hoặc tải nhẹ.
Ngoài tốc độ nâng hạ định mức thì cần phải có các tốc độ trung gian khác
nhau nh:
- Tốc độ nhấc thử hàng, đặt hàng chạm đất và đa hàng vào hầm một
cách chính xác, an toàn thì hệ thống phải có tốc độ thấp. Trong trờng
hợp này phải chú ý đến loại hàng hoá đợc bốc xếp. Nếu hàng hoá là
loại dễ vỡ, dễ hỏng thì tốc độ đa hàng phải rất thấp.
- Khi nâng hạ móc không thì hệ thống phải có tốc độ cao. Nếu gọi tốc
độ nâng định mức là V1 , tốc độ nâng móc không là V2, tốc độ hạ

móc không là V3 , tốc độ hạ hàng là V4 thì ta có các biểu thức sau:
V2 = ( 3 3,5) V1
V3 = (2 2,5) V1
V4 = (1,5 -2)V1
5.3. Hệ thống phải có khả năng rút ngắn đợc thời gian quá độ.
- Chọn những động cơ có mô men khởi động lớn, nếu có thể sử dụng
những động cơ chuyên dụng có mô men quán tính nhỏ
- Chọn động cơ có tốc độ phù hợp để giảm đợc các cơ cấu trung gian
5.4. An toàn cho hàng hoá và thiết bị
- Hệ thống phải có độ bền cơ học cao, không gây xung lực đột ngột tren
dây cáp.
- Trang bị những ngắt cuối, công tắc hành trình.
Ví dụ nh: Bảo vệ móc chạm đỉnh cần, bảo vệ sức căng tối đa, bảo vệ góc
nâng cần tối đa
-> Ngoài các yếu tố trên còn có các yếu tố khác nh: phải đảm bảo tính
kinh tế, lắp đặt chắc chắn, kích thớc thiết bị nhỏ gọn, gia thành hạ
6 . Các hệ truyền động điện dùng trong cơ cấu nâng hạ hàng.
6.1. Hệ truyền động điện dùng động cơ một chiều
Hệ truyền động điện một chiều dùng trong cơ cấu nâng hạ hàng tỏ ra có
nhiều u điểm nh: Chúng có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng,
có khả năng tạo đợc nhiều đờng đặc tính trung gian bằng cách thay đổi các
thông số của mạch kích từ và mạch động lực. Thông thờng quá trình điều
khiển đợc 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 u điểm cơ bản nh sau:Nó có khả năng tự thay đổi tốc độ khi tải
thay đổi ( M.n = constant) . Do vậy công suất động cơ luôn đợc khai thác tối
u. 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 phơng dòng điện
tải, khi khởi động thì :
I

kđ
= (2 2,5) I
đm
Cùng một giá trị dòng tải thì loại động cơ náy có giá trị dòng tải nhỏ hơn.
Tuy nhiên nhợc 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 hớng 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.
Khi sử dụng động cơ kích từ song song thì nó sẽ khắc phục đợc những nhợc
điểm của việc sử dụng động cơ kích từ nối tiếp nh:
+ 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. Phơng pháp điều chỉnh này có
tính kinh tế cao bởi năng lợng tổn hao trong quá trình điều chỉnh là rất nhỏ.
Đồng thời hệ thống có kích thớc nhỏ gọn.
+ Đặc tính cơ của động cơ kích từ song song cứng, đồng thời tốc độ thay đổi
khi tải thay đổi.
-> Nhợc 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 đợc dùng trong cơ cấu
nâng hạ hàng, mà nó có thể đợc dùng trong cơ cấu quay mâm hoặc thang
máy.
- Nếu hệ thống sử dụng động cơ kích từ hỗn hợp.
Loại động cơ này kết hợp đợc u điểm của 2 loại động cơ trên, nên chúng đợc
sử dụng rộng rãi trong truyền động điện thiết bị nâng hạ hàng.
- Để điều chỉnh tốc độ ngời ta có thể sử dụng hai phơng pháp: thay đổi từ tr-
ờng 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 ngời ta thay đổi cách

đấu để biến động cơ kích từ hỗn hợp thành động cơ kích từ song song.
Trong trờng hợp nh vậy thì cuộn nối tiếp đợc mắc với điện trở phụ và mắc
song song với phần ứng động cơ.
-> Dạng đặc tính cơ thích hợp nhất đối với thiết bị nâng hạ hàng đợc trình
bày trong hình 6-1. Các đặc tính này nhận đợc đối với hệ thống sử dụng động
cơ kích từ hỗn hợp.

Hình 6-1. Dạng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều thích hợp
- Phía nâng hàng:
+ Đờng 1: Hệ thống hoạt động có tốc độ thấp nhất. Đặc tính này có đợc nhờ
sử dụng dụng biện pháp rẽ mạch phần ứng động cơ. Tốc độ này dùng để
nhấc thử hàng.
+ Đờng 2 : Tốc độ thấp dùng để nâng tải nặng hoặc trung bình. Đặc tính này
có đợc nhờ đa một điện trở phụ có giá trị lớn vào mạch phần ứng của động
cơ. Với tải lớn ta có thể dùng đặc tính này để thực hiện hãm nối ngợc khi hạ
hàng.
+ Đờng 3, đờng 4 : Các đặc tính tạo các cấp tốc độ trung gian bằng cách cắt
dần các điện trở mắc trong mạch phần ứng của động cơ.
+ Đờng 5: Đặc tính tự nhiên của động cơ.
+ Đờng 6: Đặc tính có tốc độ cao để nâng móc không hoặc tải nhẹ. Đặc tính
này có đợc nhờ ta giảm kích từ động cơ. Với tải nhẹ thì tốc độ quay của động
cơ có thể đạt tới giá trị (3 -4)n
đm
.
- Phía hạ hàng:
+ đơngd 0, 1, 2 : Các đặc tính hãm động năng với các điện trở hãm khác
nhau để có các tốc độ hãm khác nhau.
+ Đờng 1T: Tạo tốc độ thả hàng thấp.
+ Đờng 2T, 3T : Các đặc tính tạo các cấp tốc độ hạ hàng trung gian, đặc tính
này nhận đợc bằng cách thay đổi kích từ động cơ.

+ Đờng 4T: Tạo tốc độ hạ hàng cao dùng để hạ móc không hoặc tải nhẹ.
=> 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
đợc 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 u việt, Qua trình điều khiển
rất trơn láng. Tuy nhiên nhợc điểm của dạng này là số lợng máy điện nhiều,
cồng kềnh. Do vậy ngày nay nó không còn đợc 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 dới lới điện xoay chiều thông qua bộ biến đổi.
=> Quá trình đảo chiều động cơ đợc thực hiện nhờ các phơng 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 6-1a)
- Đảo chiều động cơ nhờ công tắc đảo chiều (điều chỉnh tốc độ động cơ bằng
recách thay đổi điện áp phần ứng) (Hình 6-1b)
6.2. Hệ truyền động điện nâng hạ hàng dùng động cơ xoay chiều
Khi sử dụng động cơ xoay chiều trong hệ thống thì ngời 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 đợc xem nh hai động cơ ghép
lại với nhau.
1: Cuộn dây cấp tốc độ 1
2: Rôto rãnh kép hoặc rãnh sâu
3: Rôto thờng
4: Cuộn dây cấp tốc độ 2,3
- Cuộn dây cấp tốc độ thấp đợc bố trí ở một vùng riêng biệt.Cuộn dây tốc độ
2 và 3 đợc 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 thờng 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 đợc thực hiện bằng cách thay đổi số
đôi cực của cuộn dây stato của động cơ.
- Đặc tính cơ của động cơ đợc mô tả trên hình 6-2b.
- Đặc tính 3 có tốc độ khoảng 1,3 m/s : Tốc độ dùng để nâng hạ hàng toàn
tải, Nâng hạ móc không.
- Đặc tính 2 có tốc độ 0,65 m/s : Đây là tốc độ trung gian chuyển tiếp từ tốc
độ thấp lên tốc độ cao và ngợc lại.
- Đặc tính 1 có tốc độ 0,15 m/s : Tốc độ nhấc thử hàng hoặc đa hàng chạm
đất.
-> Sở dĩ loại động cơ này hay đợc dùng vì nó có cấu tạo đơn giản, đáp ứng t-
ơng đối tốt các yêu cầu về tốc độ. Đồng thời có trọng lợng và kích thớc nhỏ
động cơ điện một chiều cùng công suất.
Tuy nhiên việc điều chỉnh tốc độ không láng, mô men khởi động nhỏ hơn so
với động cơ một chiều.
6.3. Hệ thống truyền động điện dùng Van - Động cơ xoay chiều
Động cơ rôto lồng sóc có nhiều u điểm hơn hẳn động cơ một chiều. Tuy
nhiên lại gặp một vấn đề khó khăn là vấn đề là quá trình điều chỉnh tốc độ
gặp khó khăn.Ngày nay nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, dẫn đến sự
ra đời của các linh kiện bán đãn. Do đó đã xuất hiên một dạng truyền động
điện mới trong thiết bị nâng hạ hàng. Đó là hệ thống sử dụng Van Động
cơ xoay chiều.
Nhờ có phơng pháp điều khiển mới này mà động cơ dị bộ lồng sóc sử dụng
trong hệ thống có khả năng điều chỉnh tốc độ đợc dễ dàng hơn. Sơ đồ tổng
quát (H6-3a)
- ở hệ thống này quá trình đảo chiều đợc thực hiện nhờ công tắc tơ đảo
chiều. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào động cơ.
Điện áp đợc thay đổi nhờ các cầu Tiistor (T T hoặc T - Đ) với phơng pháp

điều khiển pha. Để mở rộng khoảng điều chỉnh của hệ thống ngời ta sử dụng
mạch phản hồi âm tốc độ.
- Bằng cách tính chọn hệ thống điều khiển tạo xung mở các Tiristor hợp lý có
thể tạo ra các đờng đặc tính cơ trung gian một cách phù hợp với thiết bị nâng
hạ hàng.
Động cơ thực hiện là động cơ dị bộ rô to lồng sóc một cấp tốc độ. Nh vậy hệ
thống này vừa tận dụng đợc những u điểm nổi bật của động cơ dị bộ rôto
lồng sóc, đồng thời khắc phục đợc những nhợc điểm của động cơ này về khả
năng điều chỉnh tốc độ.
- So với các hệ thống có cực tiếp xúc thì sử dụng hệ thống này có các u điểm
sau:
+ Quá trình điều chỉnh trơn láng
+ Độ ồn trong quá trình làm việc nhỏ
+ Trọng lợng, kích thớc của hệ thống giảm đáng kể
+ Gần nh không có sự phát sinh tia lửa điện.
7. Các quá trình hãm điện trong truyền động điện thiết bị nâng hạ hàng
- ở truyền động điện thiết bị nâng hạ thì ngoài thiết bị hãm bằng phanh điện
từ, giữ cho động cơ không quay khi tay điều khiển ở vị trí 0. Các quá trình
hãm này có thể xảy ra tự nhiên hay theo thiết kế hoặc chế tạo.
Các quá trình hãm không mang ý nghĩa hãm để dừng động cơ, cố định trục
động cơ mà nó chỉ có ý nghĩa cỉa thiện hệ thống , giúp cho hệ thống có khả
năng làm tốt các quá trình làm việc của hệ thống, rút ngắn thời gian quá độ
hệ thống, đảo chiều nói
Nh ta đã biết các cơ cấu nâng hạ làm việc với tải thế năng. Vì vậy ở truyền
động điện có thể có cả 3 trạng thái hãm. Đó là hãm tái sinh, hãm ngợc và
hãm động năng.
7.1.Hãm điện đối với truyền động điện một chiều.
Khi sử dụng động cơ điện một chiều trong truyền động nâng hạ thì ngời ta
hay sử dụng động cơ một chiều kích từ hỗn hợp. Do vậy có thể xảy ra hiện t-
ợng hãm động năng và hãm tái sinh.

_ Quá trình hãm tái sinh xảy ra khi thực hiện quá trình hạ hàng. Để nâng cao
quá trình hãm điện và khi hgạ hàng ngời ta thờng thông qua hệ thống điều
khiển để chuyển đổi từ đôngj cơ kích từ hỗn hợp thành động cơ kích từ song
song bằng cách bỏ cuộn kích từ nối tiếp hay chuyển cuộn nối tiếp thành cuộn
song song sau khi đa vào cuộn này một điện trở hạn chế.
+ Khi hãm tái sinh, động cơ chuyển đổi sang làm việc ở chế độ máy phát.khi
đó E
đc
> U
n
( do n
đc
> n
0
) , làm việc song song với máy phát của trạm .
Dòng hãm tái sinh đa từ động cơ về có chiều cùng chiều với dòng kích từ
song songcủa máy phát và ngợc chiều với dòng phần ứng của động cơ.
-> Quá trình hãm tái sinh xảy ra ngoìa ý đồ của thiết kế.
- Qua trình hãm động năng:
Quá trình hãm động năng thờng đợc sử dụng ở tốc độ hạ hàng chạm đất.
-> Sơ đồ và đặc tính.

Hãm động năng kích từ hỗn hợp có hiệu quả cao nhng sơ đồ đấu dây lại phức
tạp nên thực tế ít dùng.
7.2.Hãm điện đối với thiết bị xoay chiều
Theo lý thuyết chung của quá trình hãm điện thì khi sử dụng thiết bị xoay
chiều thì sẽ xảy ra cả 3 quá trình hãm điện.
- Hãm tái sinh: Có thể xảy ra trong hai trờng hợp:
+ Khi chuyển đổi tốc độ động cơ từ tốc độ cao về tốc độ thấp và khi hạ hàng
ở một cấp tốc độ nào đó. ki tốc độ quay của rôto lớn hơn tốc độ quay đồng

bộ. Khi hãm tái sinh thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát.
- Hãm ngợc : là trạng thái máy phát của động cơ khi rôto của nó quay ngợc
với từ trờng quay tơng ứng với thứ tự pha của điện áp lới đặt vào động cơ.
Hãm ngợc có thể xảy ra trong hai trờng hợp sau:
+ Đa điện trở phụ vào mạch cuộn dây rôto của động cơ dị bộ rôto dây quấn
với tải thế năng.
-> Đặc tính cơ: (H7-2a)
+ Đảo chiều từ trờng quay khi động cơ đang làm việc bằng cách đảo hai
trong ba phacủa nguồn cấp vào stato
- Hãm động năng:
Là trạng thái động cơ không đồng bộ làm việc nh một máy phát đông bộ cực
ẩn và đợc kích từ ở stato. Động năng đợc tích luỹ trong quá trình làm việc tr-
ớc đó biến thành điện năng và tiêu hao trên điện trở của mạch rôto dới dạng
nhiệt. Trạng thái này xảy ra khi động cơ đang quay thì ta cắt stato của động
cơ khỏi lới điện xoay chiều và đa nguồn điện một chiều vào.Tuỳ thuộc vào
nguồn điện một chiều đa vào động cơ mà ta phân thành hai loại:
Hãm động năng kích từ độc lập và hãm động năng tự kích.
+ Hãm động năng tự kích : có nguồn năng lợng điện một chiều đợc tạo ra từ
năng lợng do động cơ tích luỹ từ trớc.
Phần 2. Xây dựng mô hình tính toán động lực học của cơ cấu nâng hạ
hàng có tính đến độ biến dạng của tay cần.
Sơ đồ tổng quát của cơ cấu nâng hạ có tính đến độ biến dạng của cần.
m
G
: Trọng lợng tải trọng
m
K
: Trọng lợng cần
m
TT

: Trọng lợng motor của động cơ và các phần tử trong cơ cấu nâng hạ nối
cứng với nhau
K
G
: Hệ số cứng của cáp nâng
K
K
: Hệ số cứng của cần bằng kim loại
Đối với cơ cấu nâng hạ thì sự khác nhau giữa trọng tải của tải trọng nâng
m
G
, trọng lợng cần m
K
so với trọng lợng của motor động cơ là rất đáng kể.
Mọi sự dao động của trọng tải nâng, của cần sẽ ảnh hởng rất lớn đến sự hoạt
động của động cơ điện.
- Mô men quán tính trên trục động cơ đợc tính theo công thức:
J
0
=








+
2

/0
2
2
/0
.
x
xx
x
x
i
rm
i
J
(2.1)
Khi quy đổi mômen quán tính của khối lợng hàng hoá, khối lợng cần về trục
động cơ thờng lớn hơn 1000 lần mô men quán tính của rotor động cơ.
- Hệ thống trên gồm hai bậc tự do. Vì vậy để khảo sát thuận tiện ta coi khối
lợng của tải trong m
G
, của cần m
K
thống nhất nh một khối lợng m.
- Ta khảo sát quá trình nâng tải trọng cho phép.
Các bớc tiến hành nh sau:
+ Giai đoạn 1: Sau khi đóng động cơ cho đến khi căng cáp.
+ Giai đoạn 2: Tất cả các cơ cấu tham gia hoạt động cho tới khi lực trên móc
tăng từ 0 đến Q = m
G
.g
+ Giai đoạn 3: Giai đoạn nâng tải

Để tìm các thông số của quá trình dao động, từ phơng trình dao động của
hệ thốngcó thể viết đợc dới dạng Lagranger có vế trái bằng 0. Ta xác định đ-
ợc các dao động tự do của hệ thống. Còn khi vế trái bằng lực (mômen) thì ta
xác định đợc lực đàn hồi.
-> Phơng trình Lagranger đợc viết nh sau:


0=


+

















X
N

X
K
dt
X
K
dt
d
(2.2)
Do vậy cần phải biết động năng K và thế năng N của hệ thống.
Chơng trình này đợc viết cho hệ toạ độ chung x cho cơ cấu nâng có các dịch
chuyển x
K
của trọng lợng cần m
K
, với hệ số cứng K
x
.
* Động năng của khối lợng m
k
đợc xác định nh sau:

K =
2
2

dt
dxm
KK
(2.3)
* Thế năng đợc xác định bằng biểu thức:

N =
2
2
K
x
X
K
(2.4)
Khi đó :

;;
2
2
dt
Xd
m
dt
X
K
dt
d
dt
dX
m

dt
X
K
K
K
K
K
=














=


(2.5)
KX
XK
X
N

X
K
.;0 =


=


Phơng trình Lagranger đợc viết nh sau:
0.
2
2
=+
KX
K
K
XK
dt
Xd
m
hoặc
0.
2
2
2
=+
K
K
XP
dt

Xd
(2.6)
Phơng trình có nghiệm là các hàm dao động điều hoà. Nghiệm chung của ph-
ơng trình có dạng nh sau:
X
k0
= C
1
.cospt + C
2
.sinpt = A.sin(pt+

) (2.7)
Trong đó:
A: Biên độ

p =
K
K
m
K
: Tần số của dao động điều hoà


: Góc pha đầu
Hằng số tích phân C
1
và C
2
đợc xác định theo điều kiện đầu:

t = 0 ; X
K
= 0 ; dX
K
/dt = 0 .
Để xác định đợc dao động cỡng bức do trục P gây lên cần xác định đợc các
giá trị nâng khác nhau.
Phơng trình chuyển động ( Lagranger) trong trờng hợp này đợc viết nh sau:


PXK
dt
Xd
m
KX
K
K
=+ .
2
2
(2.8)
Trong đó lực P có thể tìm đợc nh sau:
ở mọi thời điểm t trong giai đoạn 2 khi tốc độ nâng là V thì:

X
K
= V.t ; dX
K
/dt = V ; d

2
X
K
/ dt
2
= 0.
Khi đó dạng của phơng trình chuyển động nh sau:
P = K
K
.X
K
= K
K
.V.t. (2.9)
ở tghời điểm t
1
nhấc hàng lên khỏi mặt đất ( t = t
1
) P = K
K
. V.t

Trong thời gian đó thì: P = m
G
.g = Q, với
m
G
: Tải trọng
Q : Trọng lực
Từ những phơng trình đó có thể xác định cho giai đoạn thứ hai:

t
1
=
VK
gm
K
G
.
.
(2.10)
Thay đổi cấu trúc ta có:
X
K
= V.t =
V
gm
G
.
.
=
K
K
Q
= y
CT
(2.11)
Trong đó:
y
CT
: Sự uốn cong do phụ tải

Trong giai đoạn 3 :
P = Q = m
G
.g
- Khi coi cần và tải trọng là một khối lợng đồng nhất m = m
G
+ m
K
thì
phơng trình vi phân mô tả chuyển động có thể viết nh sau:


gmXK
dt
Xd
m
GKX
K
K

2
2
=+
(2.12) hoặc
qXP
dt
Xd
K
K
=+ .

2
2
2
(2.13)
Với :
P
2
= K
K
/ m ; q =
g
mm
m
g
m
m
GK
GG

+
=

Nghiệm chung của phơng trình là: Với x
K
= q / p
2


x
K

= C
1`
cos pt + C
2
.sin pt + q/p
2
;
dX
K
/dt = - C
1
.p. sin pt+ C
2
. p. cos pt.
Tiến hành xác định các hằng số theo điều kiện đầu : Khi t = 0 , sự dịch
chuyển x
K
= y
CT
và tôc độ dịch chuyển dX
K
/dt = V
Thay giá trị vào biểu thức ta đợc:
X
K
= y
CT
= C
1
+ q/ p

2
=> C
1
= y
CT
q/p
2
.
dX
K
/ dt = V = C
2
.p => C
2
= V/ p.
Do đó :
X
K
=
22
sin.cos.
p
q
pt
p
V
pt
p
q
y

Ct
++









;
Với p là số lần dao động tự do.
Tiến hành biến đổi ta có:

X
K
= y
CT
.cos pt + q/p
2
(1 cos pt) +V/p. sin pt =
y
CT
pt
p
V
pt
yp
q

pt
CT
sin)cos1(
.
cos
2
+






+
(2.14)
Vì

1
.

.
.
2
=
+
=
gm
K
K
m

mm
gm
yp
q
G
K
KGK
G
CT
Khi đó:

,
p
V
yX
CTK
+=
còn
ptVp
dt
Xd
K
sin
.
2
2
=
* Nh vậy tải ở trên móc bằng tổng tải tĩnh và tải động khi sin thay đổi từ -1
đến +1:

P
d
= Q +
2
2
.
.
dt
Xd
g
Q
K
=
Còn khi sinpt = -1 thì:

P
d
Max
=
)1(
1
.
1
d
GK
K
QK
mm
K
g

V
Q
g
pV
Q =








+
+=








+
(2.16)
* Trên tải cần:
T = K
K
.X
K

=






+
+=








+ ptpV
K
mm
K
gm
Kpt
p
V
yK
K
GK
K
G

KCTK
sin
.
sin
=
=






+
+ pt
g
pV
m
mm
gm
G
GK
G
sin
.
.1.
=
Q
)17.2(sin
.
11

++ pt
g
pV
m
m
G
K
Q
)15.2(sin.
.
1

pt
g
pV
T
Max
=
)18.2( 11
.
.11
)2(
d
GK
K
G
K
G
K
KQ
mm
K
m
m
g
V
Q

g
pV
m
m
Q =
















+
++=

++
Trong đó các hệ số:
- Cho móc:
K
(1)
d
= 1+
GK
K
mm
K
g
V
+
- Cho cần:
K
(2)
d
= 1+

+
+
G
K
GK
K
m
m
mm
K
g
V
1
=> Để xác định khả năng động của quá trình nâng kể từ khi bắt đầu nâng cho
tới khi tốc độ của động cơ xác lập.
=> Phơng pháp điều khiển này thờng áp dụng cho cấn cẩu.
Phần 3. Xây Dựng Chơng Trình Tính Toán Động Lực Học Cho Cơ Cấu
Nâng Hạ Hàng
- Mục đích của chơng trình là sau khi có các thông số cần quan tâm nh:
+ Trọng lợng cần: m
K
+ Trọng lợng của tải trọng: m
G
+ Tấn số dao động tự do: P

+ Tốc độ nâng hạ hàng: V
+ Thời gian nâng : t
-> Thì ta sẽ tính đợc tải trên móc và tải trên cần
- Tính Toán:
Từ phơng trình động học (2-15) và (2-17) đã đợc tính toán phần trên ta tiến
hành xây dựng chơng trình tính toán bằng chơng trình
VISUAL BASIC nh sau:
3.1 Giao diện tính toán:
3.2. Chơng trình tính toán:
Private Sub Command1_Click()
Dim m1 As Integer
Dim m2 As Integer
Dim p1 As Integer
Dim v As Integer
Dim t As Integer
Dim p As Double
m1 = Val(Text1.Text)
m2 = Val(Text2.Text)
p = Val(Text3.Text)
v = Val(Text4.Text)
t = Val(Text5.Text)
p = m1 * 9.8 * (1 - v * p / 9.8 * Sin(p * t))
Text6.Text = p
End Sub
Private Sub Command2_Click()
Text1.Text = ""
Text2.Text = ""
Text3.Text = ""
Text4.Text = ""
Text5.Text = ""

Text6.Text = ""
End Sub
Private Sub Command3_Click()
End
End Sub
Private Sub Command4_Click()
Dim m1 As Integer
Dim m2 As Integer
Dim p1 As Integer
Dim v As Integer
Dim t As Integer
Dim p As Double
m1 = Val(Text7.Text)
m2 = Val(Text8.Text)
p = Val(Text9.Text)
v = Val(Text10.Text)
t = Val(Text11.Text)
p = m1 * 9.8 * (1 + (1 + m2 / m1) * v * p / 9.8 * Sin(p * t))
Text12.Text = p
End Sub
Private Sub Command5_Click()
Text7.Text = ""
Text8.Text = ""
Text9.Text = ""
Text10.Text = ""
Text11.Text = ""
Text12.Text = ""
Text10.Text = ""
End Sub
Private Sub Command6_Click()

End
End Sub
Kết Luận
Vì lý do tài liệu tham khảo còn hạn chế, đồng thời trình độ ngời viết có giới
hạn nên bài viết này chắc chắn sẽ tồn tại nhiều thiếu sót.
Em mong rằng, sau đây khi có nhiều thời gian hơn, và có thêm sự giúp đỡ
của các thầy cô giáo thì Em sẽ cố gắng hoàn thành bài viết này một cách có
hệ thống hơn và phong phú hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.