xây dựng mô hình toán và thiết lập chương trình tính phụ tải tĩnh cần cẩu

MỞ ĐẦU
N
gày nay với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đang diễn ra nhanh như
vũ bão , tốc độ phát triển kinh tế gắn liền với những trang thiết bò kó thuật
hiện đại . Không chỉ làm tăng năng suất lao động , giải phóng sức lao động
mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm , tăng thu nhập cho người lao động …
Trong lónh vực sản xuất của nền kinh tế vận tải biển cũng như các nền công
nghiệp nặng khác thì mức độ tự động hóa các thiết bò bốc xếp ,nâng chuyển
hàng hóa cho phép đơn giản hóa kết cấu cơ khí , tăng nhanh năng suất bốc
xếp , hạ giá thành vận chuyển giảm nhẹ cường độ lao động.
Do đó việc đi sâu nghiên cứu , tìm hiểu hệ thống cần cẩu không nằm
ngoài mục đích đó . Truyền động điện cần cẩu là một thiết bò quan trọng
trong bất kì một nhà máy xí nghiệp nào.
Trong phần này em đi giải quyết một số nhiệm vụ sau:
Phần 1: Ngiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ cần cho cần trục – cầu
trục.
Phần 2: Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần
Phần 3 : Thiết lập chương trình tính toán phụ tải tónh cho cơ cấu nâng
hạ cần.
1
Chương 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ
CẦN CỦA CẦN TRỤC
1 . ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT
1.1 Khái niệm chung .
Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc nhiều vào mức độ cơ giới
hóa và tự động hóa 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 xưởng , trong
một nhà máy , giữa các máy công tác trong quá trình sản xuất
Tại các cảng biển nói chung vò trí vai trò của các cần trục – cầu trục là

hết sức quan trọng . Là nhóm thiết bò nâng vận chuyển chủ lực trong quá
trình vận chuyển và lưu động hàng hóa xuất nhập khẩu của cảng biển . Công
nghiệp bốc xếp và vận chuyển hàng hóa bao gồm nhiều công đoạn như bốc
xếp hàng hóa từ tàu thủy lên kho bãi , lên phương tiện vận chuyển đường bộ
và bốc xếp hàng hóa theo chiều ngược lại cho tàu thủy vận chuyển bằng
đường thủy .Trên các cảng lượng hàng hóa trung chuyển qua cảng được lưu
kho bãi rất lớn , khối lượng bốc xếp trong cảng cũng được cần trục – cầu trục
đảm nhiệm .
Các cầu trục sử dụng bốc xếp hàng hóa trong các kho hàng , trong các
xí nghiệp cơ khí cảng biển , các phân xưởng sửa chữa , lắp ráp thiết bò đóng
vai trò quan trọng vào công tác dòch vụ kó thuật góp phần hiện đại hóa cảng
biển .
Khi đánh giá mức độ hiện đại hóa cảng biển , đầu tiên phải kể đến cơ
sở hạ tầng của cảng như luồng lạch vào ra cho các tàu biển , cầu cảng và các
bộ máy quản lí cảng .Sau đó phải kể đến nhóm thiết bò bốc xếp hàng hóa
chính là cầu trục – cần trục cảng . Năng suất luân chuyển hàng hóa hàng
năm của cảng thường phụ thuộc nhiều vào số lượng và trọng tải nâng chuyển
của cần trục – cẩu trục cảng .
Các cảng biển nước ta đang đòi hỏi ngày càng mở rộng và phát tiển ,
năng suất bốc xếp ngày càng tăng để đáp ứng yêu cầu hàng hóa xuất nhập
khẩu của các nghành kinh tế .Trong điều kiện nhóm thiết bò bốc xếp chủ yếu
được nhập ngoại , chủng loại rất đa dạng , mức độ tự động hóa ngày càng cao
.Việc khai thác vận hành , bỏa dưỡng cho cần trục – cầu trục cảng biển đòi
hỏi phải thực hiện nghiêm ngặt các quy đònh cho từng loại nhằm đảm bảo an
toàn cho người và hàng hóa trong quá trình hoạt động . Đồng thời công tác
bảo dưỡng kó thuật cho hệ thống Cầu trục – Cần trục phục vụ cho cảng biển
2
còn làm kéo dài tuổi thọ cho nhóm thiết bò này mang lại hiệu quả kinh tế to
lớn về kinh tế và kó thuật .
Xu thế phát triển của cần cẩu trong những năm gần đây nhìn chung đã

ứng dụng nhiều thành tựu của các nghành điện tử , tin học .
Hệ thống nâng hạ cần trong các cần trục ngày càng dược hoàn thiện ,
trọng lượng hàng hóa ngày càng tăng .xu hướng tự động hóa thiết bò nâng hạ
cần ngày càng được quan tâm hơn.
1.2 Phân loại cần trục.
1.2.1 Phân loại theo cấu trúc điều khiển.
1. Điều khiển cơ cấu chính bằng các contacter, role , động cơ điện DC
2. Điều khiển cơ cấu chính bằng các contacter , role, động cơ điện
không đồng bộ roto lồng sóc
3. Điều khiển cơ cấu chính bằng các contacter , role, động cơ điện
không đồng bộ roto dây quấn.
4. Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC–BBĐT – động cơ không đồng bộ
5. Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC- PWM – động cơ không đồng bộ
6. Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC – BBĐ – Động cơ điện – Phụ tải
động.
1.2.2 Phân loại theo nước chế tạo.
1. 3 Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ thống điều khiển của
cần trục.
Hệ thống cần trục nói chung thường được lắp đặt trong các nhà xưởng ,
kho tàng hoặc trên bãi cảng ,cầu cảng. Môi trường làm việc rất nặng nề , đặc
biệt môi trường có độ ẩm cao và hơi muối mặn .Chế độ làm việc nặng nề
thường 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 bò điện trong hệ thống như máy tính , PLC
,vi xử lí và các sản phẩm phần mềm phải đảm bảo làm việc tin cậy , ổn
đònh , đơn giản.
Đối với truyền động điện cho các cơ cấu di chuyển của cần trục phải
đảm bảo khởi động cơ ở chế độ toàn tải , đặc biệt mùa đông khi môi trường
làm việc làm tăng mômen ma sát ở các ổ đỡ do đó làm tăng đáng kể mômen
cản tónh M

c
.
Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cần trục yêu cầu quá trình
tăng tốc và giảm tốc xẩy ra phải êm , đặc biệt đối với các cần trục nâng vận
chuyển conteiner . Bởi vậy momen động trong quá trình quá độ phải được
hạn chế theo yêu cầu kó thuật an toàn .Năng suất của cần trục được quyết
đònh bởi hai yếu tố là tải trọng của thiết bò và số chu kì bốc xếp trong một giơ
3
2. CÊu tróc ®iỊu khiĨn hƯ thèng n©ng h¹ cÇn dïng c«ng
t¾c t¬ -r¬ le
Th«ng thêng mét hƯ thèng ®iỊu khiĨn trun ®éng ®iƯn dïng c«ng t¾c t¬
r¬le cho cÇn trơc bao gåm mét sè kh©u chÝnh nh sau :
1. Tay ®iỊu khiĨn :
Tay ®iỊu khiĨn dïng ®Ĩ ph¸t lƯnh ®iỊu khiĨn tèc ®é cho hƯ thèng ®iỊu
khiĨn T§§ . LƯnh ®iỊu khiĨn bao gåm c¸c lƯnh Dõng , lƯnh n©ng h¹ , Quay vµ
chän chiỊu .Tay ®iỊu khiĨn lµ tỉ hỵp mét sè c¸c tiÕp ®iĨm ®Ĩ ®iỊu khiĨn cÊp
ngn cho c¸c cn hót cđa role trung gian , thùc hiƯn lƯnh ®iỊu khiĨn phï hỵp
víi vÞ trÝ cđa tay ®iỊu khiĨn .
2 . HƯ thèng biÕn ®ỉi tÝn hiƯu :
HƯ thèng biÕn ®ỉi tÝn hiƯu t¬ng øng víi tr¹ng th¸i cđa tay ®iỊu khiĨn , sư
dơng c¸c role trung gian , role thêi gian , ®Ĩ lµm chøc n¨ng ®ãng c¾t vµ ®iỊu
khiĨn T§§.
3. Bé biÕn ®ỉi c«ng st :
Bao gåm c¸c c«ng t¾c t¬ ®Ĩ ®iỊu khiĨn ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc cÊp
ngn cho ®éng c¬ thùc hiƯn .
4. §éng c¬ ®iƯn :
Thêng sư dơng lµ c¸c ®éng c¬ kh«ng ®ång bé roto d©y qn .
5. C¬ cÊu chÊp hµnh :
3 . S¬ ®å m¹ch ®éng lùc c¬ cÊu n©ng cÇn
Chương 2:

CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN
CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦN
1. CƠ SỞ TÍNH TOÁN .
4
1. 1 Tính toán tónh và động cho các cơ cấu .
Mỗi cơ cấu của cần trục , không phụ thuộc vào chức năng của nó , đều
được cấu thành từ 4 bộ phận : Bộ phận chấp hành , bộ phận truyền , hệ
truyền động và phanh và đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại .Vì vậy mà
mặc dù có cấu trúc và chức năng khác nhau nhưng tất cả các cơ cấu đó đều
có những điểm chung theo sơ đồ nguyên lí động học cũng như theo phương
pháp tính toán .
Trong các cần trục quay sự thay đổi tầm với nghóa là thay đổi khoảng
cách từ trục thẳng đứng của tháp cần trục tới đường thẳng đứng qua tim móc
nâng hạ hàng .
Việc thay đổi tầm với thường được thực hiện bằng hai phương pháp :
a – Thay đổi bằng cách dùng cáp kéo trên balăng đầu cần để di
chuyển cơ cấu mang balăng nâng hạ hàng chuyển động tònh tiến trên cần.
b – Thay đổi tầm với bằng cách nâng hạ cần dùng cáp trên balăng đặt
cố đònh ở đầu cần .
Để đưa ra phương pháp tính chung cho các cơ cấu của cần trục ta coi
khâu cuối của cơ cấu nâng hạ là tang trống có đường kính là
δ
D
, cáp quấn
trên đó với lực căng
δ
S
Cơ cấu di chuyển có khâu cuối là bánh xe có đường
kính D
k

và lực cản trên nó là W
n
.Cơ cấu nâng hạ cần hay cơ cấu thay đổi
tầm với có khâu cuối cùng là trống tời thay đổi tầm với có đường kính là
δ
c
D
lực căng của cơ cấu nâng hạ cần tác động là
c
S
δ
hoặc tang trống tời kéo có
đường kính là
T
D
δ
và lực căng cáp trên cáp kéo là
T
S
δ
Vậy momen cản tónh
được xác đònh cho cơ cấu là :
+ Khi thay đổi độ nghiêng của cần :
2
C
C
C
D
SM
δ

δ
=
+ Khi di chuyển xe tời theo cần :
2
T
T
C
D
SM
δ
δ
=
Nếu gọi n
c
(Vg/ph) là tốc độ quay của khâu cuối , Hiệu suất của bộ
truyền là
MeX
η
thì công suất truyền động của động cơ sẽ là :
MeX
C
nM
N
η
=
975
Trong đó :
M
c
: Mômen ( KGm)

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 :
5
i = i
1
i
2
i
3
i
T-1
i
T
Nếu hệ thống có nhiều trục truyển động thì xác đònh mômen cho từng
trục
chuyển động như sau :
11
1
ηi
M
M
c
dc
=

;
2211
2
ηη ii
M
M
c
dc
=
Trong đó :
T
,, ηηηη
321
: Hiệu suất của từng cơ cấu truyền .
Tốc độ các trục được xác đònh như 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 momen 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
ηη
η
η
η
==
=
=
Đồng thời chúng ta có :
2
MeX
dc

T
M
M
η=
Hiệu suất của bộ truyền :
.
MeX 321
ηηηη =
Hiệu suất các thành phần của cơ cấu có thể chọn từ 0,93 – 0,95 .
Tổn thất 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 trường hợp phụ tải nhỏ có thể coi :
n
mpTP
PP →
Nếu trong trường hợp phụ tải lớn có thể coi :

H
mpTP
PP →
Nếu trọng tải nâng là P
G
thì trọng tải toàn phần là P
S
= P
G
+ P
mp
thì hiệu
suất nâng tải được tính :
mpG
G
PP
P
+
=η
Chúng ta có thể tính tổn hao ma sát qua hiệu suất khi nâng :
6
)(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
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
7
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 l-
ợng 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

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 :

8
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
=

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 :
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 .xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần
2. 1 Xây dựng các phơng trình chuyển động 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 :
9
QTd
r
D
r
D
dqq
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 .
T

M
: Hằng số thời gian cơ khí .
2. 2 . Xây dựng mô hình toán cho hệ thống phanh hãm .
Nh chúng ta đều biết hiên nay các cần cẩu nói chung đều sử dụng hệ
thống phanh hãm là các động cơ thuỷ lực để giảm giật cũng nh giamt tiết kiệm
năng lợng cho hệ thống . Hệ thống phanh hãm có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ
cho các cơ cấu khác làm việc nh cơ cấu nâng hạ hàng , cơ cấu nâng hạ cần , cơ
cấu quay Chính vì vậy , đây là một khâu rất quan trọng .
Việc xây dựng mô hình toán cho cơ cấu này rất phức tạp và khó khăn , do
đó ta phải đơn giản hoá hệ phơng trình cơ bản .Chúng ta có thể bỏ qua một số
10
đại lợng không ảnh hởng đến MFĐB , không ảnh hởng đến tính ổn định của hệ
thống , cụ thể có thể bỏ qua cuộn đồng bộ , bỏ qua điện trở thuần của stato , bỏ
qua thành phần không tuần hoàn của dòng điện :
dddff
qqq
dddd
f
fff
qqq
ddd
i.x.i
i.x
i.xi
dt
d
TiU
.U
.U
à=

=
=

+=
=
=
Phong trình momen của máy phát :
M
mf
= (U
q
. i
d
+ U
d
. i
q
)
2. 3 . 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 sau :
11
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
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

12

: 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 đợc
xác định nh sau :

)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
13
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

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
14
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
- 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 :
15
)(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
Trong đó :
mL
m,h
maX
aXSin.L

hCos.L
arctg
C
C
C
25
88
3
0
0
=
=
=+








++

=
Khi nâng cần ta có:
t
Rad,
t.
MinMax
t

Max
tMax

=
==
=
3175
0
t : là thời gian thay đổi tầm với từ max đến Min, chọn t = 15s
vậy =>
t.,,
,
t
058031
0580
=
=
Khi hạ cần :
t,,t.
tMin
05804360 +==
16
Để thuận tiện cho việc nhận dạng đặc tính mômen cản cơ cấu quay ta tính toán
cho họ cần cẩu KONDOR . Cơ cấu quay cần cẩu KONDOR có một số thông số
chính sau : [12]
+ Tầm với và tải trọng :
R
max
= 32 m Q = 25 tấn
R

min
= 8 m Q = 32 tấn
+ Tốc độ quay định mức của cơ cấu : 1v/p
+ Trọng lượng cabin , đối trọng , vòi , cần , hàng có thông số lần lượt như sau :
• G
cb
= 25 tấn
• G
đ
= 12,8 tấn
• G
v
= 6,5 tấn
• G
c
= 18,9 tấn
• Q = 25 tấn
+ Diện tích cản gió của một số cơ cấu :
• F
vn
: diện tích cản gió của vật nâng
• F
c
: diện tích cản gió của cần F
c
= 34,65 m
2
• F
v
: diện tích cản gió của cần F

v
= 11,865 m
2
• F
cb
: diện tích cản gió của cần F
cb
= 40,2 m
2
17
+ Khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm của cần , vòi , cabin lần lượt là
• a
1
= 11,25 m
• a
2
= 22 m
• a
3
= 3,17 m
mômen cản của cơ cấu quay được tính như sau :
M
ct
= M
KC
+ M
ms
+ M
gió
+M

qt
+ Tính mômen ma sát trên ổ đĩa :
M
ms
= Σ A
i
ì
i
r
i
= M
ổ đỡ
+ M
trượt
Trong đó :
+M
ổ đỡ
: mômen ma sát tại ổ đỡ của cần trục gây nên
+M
trượt
: mômen ma sát tại ổ trượt gây nên
- Mômen do ổ trượt gây ra :
( )
kgm
2
dt.f.V
M
b
ot
=

Trong đó V : là tải trọng đứng
• V = G
d
+ G
cb
+G
c
+ G
v
+Q (kg)
• G
cb
= 25 tấn
• G
đ
= 12,8 tấn
• G
v
= 6,5 tấn
• G
c
= 18,9 tấn
Vậy : V = 63200 + Q (kg)
Lấy f = 0,08 [13]:







=
=
=
+
=
mmd
mmD
mmd
tb
200
800
510
2
200800
Do đó :
M
ot
= (63200+Q) . 20,4 = 1289280 +20,4 Q (kgm)
- Mômen do ổ đỡ gây ra :
( )
kgm
2
d.f.H
M
OD
=
Tải trọng H được tính như sau :
18
( )
( )

kg
h
75,15.P167,3.G625.4.G625,19.P22.G
20.W25,11.P32.Q875,9.WP25,11.G
H
5cbdtr2v
2133c
−−−++
+++++
=
Trong đó :
• P
3
: thành phần lực ly tâm của cần khi quay
• W
2
, W
3
: trành phần gió tác dụng
• P
1
: thành phần lực ly tâm của hàng
• P
3
: thành phần lực ly tâm của vòi
• P
3
: thành phần lực ly tâm của đối trọng
-
( )

kg8,169818901.
25,11
1
G
R
V
P
c
e
2
q
3
===
-W
2
= 274,2 (kg)
• W
3
= 1043,3 (kg)
•
( )
kgQ4,0Q.
R
V
P
e
2
q
1
==

•
( )
kg455,2956500.
22
1
P
2
==
•
( )
kg568,2767G.
R
V
P
dt
dt
5
==
Thay số ta có :
H = 27330,05 + 3,8408Q (kg)
=> M
ođ
=1093202+153,532*Q(kg)
+ Xác định mômen do gió :
M
gioù
= q.F
vn
.Lsinβ + q(F
c

a
1
+ F
v
Q
2
– F
cb
a
2
) .sin
2
β (kg)
Trong đó :
• F
vn
: diện tích cản gió của vật nặng
• F
c
: diện tích cản gió của cần = 34,65 m
2
• F
v
: diện tích cản gió của vòi = 11,87 m
2
• F
cb
: diện tích cản gió của cabin = 40,2 m
2
• L = 32 m (tầm với max)

19
• a
1
= 11,25 m : khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm của cần
• a
2
= 22 m : khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm của vòi
• a
3
= 3,176 m : khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm của cabin
• q = 15 kg/m
2
: áp lực tính toán
M
gioù
= 480.F
vn
.sinβ + 7782,54.sin
2
β (kg)
+ Mômen cản do độ nghiêng của mặt nền
M
KC
= (Q.L + G
c
.a
1
+G
v
.a

2
– G
cb
.a
3
- G
dt
.a
4
) sinφ.sinβ
M
KC
= (32.Q + 214662,5) .0,026.sinβ (kg)
+Mô men quán tính:
M
qt
=
( )
0
0.105.
.eps.
n
kg
t
J
∑
Từ những tính toán trên,ta xây dựng mô hình mô men cản cho hệ thống như sau:
*Kết quả mô phỏng.
20
Ti liu tham kho:

Sỏch:
Trang b in-in t T ng Húa Cu trc-Cn trc(Thy Nguyn Phựng
Quang&Hong Xuõn Bỡnh)
3 . xây dựng chơng trình tính toán phụ tải tĩnh cho cơ
cấu nâng hạ cần :
3.1 . Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ roto dây quấn , là
động cơ nâng hạ chính trong cơ cấu :
Hình 1
3.2 Mô hình mô phỏng đặc tính hệ thống cơ cấu nâng hạ cần :
Hình 2
Hinh 3
3.3 Đặc tính Momen phụ tải tĩnh cơ cấu nâng:
Hình4
3.4 Đặc tính Momen phụ tải tĩnh cơ cấu hạ:
Hình 5
3.5 Đặc tính momen phụ tải tĩnh theo chiều dài cần:
Hình 6
21
Hình 3 : Mô hình mô phỏng đặc tính tĩnh của quá trình nâng cần
Hình 2 : Mô hình mô phỏng đặc tính tĩnh cơ cấu hạ cần
22
H×nh1 : m« pháng ®éng c¬ roto d©y quÊn
H×nh 4 : §Æc tÝnh momen phô t¶i tÜnh khi n©ng
23
H×nh 5 : Momen phô t¶i tÜnh khi h¹
H×nh 6 : §Æc tÝnh momen phô t¶i tÜnh theo chiÒu dµi cÇn
24
Mục lục
Lời nói đầu 1
Chơng 1 :

Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ cần của cần câu 2
1 . đặc điểm kĩ thuật
1.1 Khái niệm chung 2
1.2 Phân loại cầu trục cần trục 3
1.3 Đặc điểm đặc trng cho chế độ làm việc của hệ thống
điều khiển của cần trục . 4
2. Cấu trúc điều khiển cơ cấu nâng hạ cần dùng Rơle công tắc tơ. 5
3. Sơ đồ nguyên lí mạch động lực của hệ thống nâng cần 5
Chơng 2 :
Cơ sở tính toán và xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần
1. Cơ sở tính toán 6
1.1 Tính toán tĩnh và động cho các cơ cấu . 6
1.2 Các phơng trình chuyển động tổng quát của cơ cấu 8
1.3 Sự phụ thuộc của momen động với thời gian quá trình
khởi động 9
2. Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần
2.1 Xây dựng mô hình toán cho động cơ chính 11
2.2 Xây dựng mô hình toán cho hệ thống phanh hãm 12
2.3 Xây dựng mô hình toán cho cơ cấu nâng hạ cần 14
Chơng 3 :
Chơng trình mô phỏng đặc tính phụ tải tĩnh cho hệ thống
1. Mô phỏng đặc tính của động cơ chính 19
2. Mô phỏng đặc tính phụ tải tĩnh cho cơ cấu nâng 19
3. Mô phỏng đặc tính phụ tải tĩnh cho cơ cấu hạ 19
25