thiết kế cẩu giàn trong nhà máy

2012

[Type the company name]
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM
51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC
THIẾT KẾ CẨU GIÀN TRONG NHÀ MÁY
NHÓM 51:
GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
SVTH:
1.PHẠM VĂN PHÚ-DT09
2.LÊ TRUNG HIẾU-DT08
3.LÊ MINH SƠN –DT09
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


MỤC LỤC

PHẦN 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẨU GIÀN
 Nội dung đề tài
 Hướng giải quyết đề tài
 Mô hình hệ thống của cẩu giàn
 Những đặc điểm và yêu cầu của hệ thống cẩu giàn
 Đặc tính cơ của động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lập lại
 Đặc tính làm việc của biến tần ở chế độ ngắn hạn lập lại
PHẦN 2:TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ NÂNG HẠ
o Tính toán công suất động cơ nâng hạ
o Yêu cầu khi chọn động cơ nâng hạ
o Chọn động cơ nâng hạ có gắn kèm hộp số và phanh cơ khí dựa vào

yêu cầu và thông số tính toán
 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ CHẠY NGANG
o Tính toán công suất động cơ nâng hạ
o Yêu cầu khi chọn động cơ chạy ngang
o Chọn động cơ chạy ngang có gắn kèm hộp số và phanh cơ khí dựa
vào thông số tính toán
PHẦN 3: CHỌN BIẾN TẦN
 CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ NÂN G HẠ
o Yêu cầu chọn biến tần
o Chọn biến tần dựa vào yêu cầu
o Thông số của biến tần
o Yêu cầu chọn phụ kiện của biến tần
o Chọn các thiết bị bảo vệ cho biến tần dựa vào catalog hướng dẫn
 CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ CHẠY NGANG
o Yêu cầu chọn biến tần
o Chọn biến tần dựa vào yêu cầu
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

o Thông số của biến tần
o Yêu cầu chọn phụ kiện của biến tần
o Chọn các thiết bị bảo vệ cho biến tần dựa vào catalog hướng dẫn
 CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN
o Chọn công tắc hành trình
o Chọn bộ hạn chế nâng hạ
o Chọn cầu chì 1 pha và cb 1 pha
o Chọn đèn báo,nút nhấn
o Chọn relay
PHẦN 4:THIẾT KẾ VÀ ĐẤU NỐI MẠCH ĐỘNG LỰC
o yêu cầu thiết kế và đấu nối mạch động lực
o sơ đồ đấu nối biến tần

o bản vẽ sơ đồ đấu nối cụ thể
PHẦN 5:THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
o yêu cầu thiết kế mạch điều khiển
o bản vẽ sơ đồ mạch điều khiển
o thuyết minh mạch điều khiển
PHẦN 6:CÀI ĐẶT CHO BIẾN TẦN
PHẦN 7:BẢN VẼ AUTOCAD
o bản vẽ mạch động lực
o bản vẽ mạch điều khiển
o bản vẽ tủ điện





ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

PHẦN 1:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẨU GIÀN
NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
 Tính toán và thiết kế cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạ và chạy
ngang, tải M =0.7 tấn, vận tốc 0.4 m/s cho động cơ nâng hạ, 0.5 m/s cho
động cơ điều khiển chuyển động ngang. Chọn động cơ kéo, hộp số, AC
drive
 Điều khiển cẩu dàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn, có bảo vệ hành trình
hai đấu, kết hợp điều khiển quá trình thắng cơ khi khi nâng và hạ
HƯỚNG GIẢI QUYẾT:
 Mô hình hệ thống cẩu giàn
 Chọn động cơ, thiết bị truyền động,thiết bị cung cấp bảo vệ biến tần hãng
siemens, phụ kiện biến tần,điện trở hãm,bộ lọc,các thiết bị bảo vệ như
CB,cầu chì….

 Thiết kế bản vẽ mạch điện động lực và mạch điều khiển,tủ điện.
 Cài đặt thông số động cơ ,biến tần,các chế độ điều khiển.
 Thuyết minh giải pháp.

MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẨU GIÀN

 Trong công nghiệp cầu trục có nhiệm vụ di chuyển hàng hóa, vật tư, thiết
bị từ vị trí này sang vị trí khác như trong các phân xưởng, các cụm cảng
biển, các nhà máy. Cầu trục tự động hóa các trình nâng, hạ bốc xếp trang
thiết bị, vật tư, hàng hóa làm giảm sức lao động tăng năng suất và chất
lượng lao động
 Cấu tạo của cầu trục gồm có 3 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di
chuyển xe con, cơ cấu di chuyển xe cầu
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CỦA CẨU GIÀN
 Về môi trường làm việc: cầu giàn thường được lắp đặt trong nhà xưởng
hoặc để ngoài trời, do vậy môi trường làm việc của cầu giàn là rất nặng
nề, đặc biệt vào mùa đông nhiệt độ môi trường giảm làm cho mômen ma
sát trong các ổ đỡ tăng lên do đó làm tăng mômen cản tĩnh
 Về chế độ làm việc: cầu giàn làm việc bốc dỡ hàng hóa nhiều lần nên chế
độ làm việc của cầu giàn là chế độ ngắn hạn lặp lại và chế độ làm việc của
cơ cấu cầu giàn là cực kỳ nặng nề: tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy
ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều liên tục
 Về yêu cầu công nghệ: từ các đặc điểm trên có thể rút ra các yêu cầu đối
với hệ truyền động cầu giàn là:
- Cấu trúc hệ truyền động phải đơn giản
- Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản, dễ thay thế
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

- Cần có mạch bảo vệ quá tải và ngắn mạch
- Cần hạn chế hành trình của xe cầu, xe con, hành trình lên của cơ
cấu nâng hạ
- Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp

 Đặc tính cơ của động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lập lại

 Chế độ ngắn hạn lặp lại:
Đặc điểm của chế độ này là thời gian làm việc (có tải) không đủ cho nhiệt độ động
cơ tăng đến giá trị ổn định, và thời gian nghi cũng không đủ để cho nhiệt độ động
cơ giảm đến nhiệt độ môi trường ( = 0). Đồ thị phụ tải và đường cong nhiệt sai
động cơ ở chế độ này được diểu diễn hình . Đặc trưng cho đồ thị phụ tải ngắn hạn
lặp lại là độ lớn của phụ tải P
c
hoặc M
c và
“thời gian đóng điện tương đối” TĐ hoặc
TĐ%:
TĐ = t
lv
/t
ck
, TĐ% = (t
lv
/t
ck
)%
Trong đó : t
lv

là thời gian làm việc (có tải); t
ck
= t
lv
+ t
n
thời gian của chu kỳ, t
n
thời
gian nghỉ .
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC



 Đặc tính làm việc của biến tần điều khiển động cơ làm việc ở chế độ
ngắn hạn lập lại
Trên đồ thị ta thấy khi 𝜔 = 0,Mc lớn hơn từ 2 đến 2.5 lần,Mc ứng với tốc độ
định mức.
 Tải momen không đổi cần momen khởi động lớn lúc ban đầu
 Dòng khởi động đạt tới 150% định mức trong vòng 1 phút
 Yêu cầu biến tần điều khiển vector
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC



PHẦN 2: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN
ĐỘNG
CHỌN ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ
 Các điều kiện chọn động cơ:
- Độ chịu nhiệt của các lớp cách điện cao (F và H)

- Mômen quán tính bé để giảm thiểu tổn hao năng lượng trong chế độ quá độ
- Từ thông lớn để nâng cao khả năng quá tải của động cơ.
- Có khả năng chụi quá tải cao (M
max
/M
đm
= 2,15 ÷ 5 đối với đông cơ không
đồng bộ và 2,3 ÷ 3,5 đối với động cơ điện một chiều)
- Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% là 15%, 25%, 40% và 60%.

 Yêu cầu chọn động cơ : dựa vào số liệu tính toán được ta chọn động cơ với
yêu cầu sau: (file tính toán kèm theo)
 Động cơ có công suất từ :6kw
 Tỉ số truyền của động cơ :58,9
 Tốc độ đầu ra :25,4 (v/phút)
 Momen phanh :29,7
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

 Chọn động cơ có gắn liền hộp số và phanh hãm
 Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens mã hiệu
FZ.108B-LA132ZMP4E
 Động cơ có công suất 7.5kw
 Tốc độ định mức 1455 v/phút
 Tỉ số truyền 58.8
 Tốc độ đầu ra 25(v/phút)
 Điện áp định mức 400v
 Dòng điện định mức 14,5 A
 Hệ số công suất 0.84
Catalog thông số của động cơ (catalog động cơ trang 3/44)

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC



Thông số về kích thước của động cơ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


Thông số về phanh của động cơ (catalog động cơ trang 8/43)

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC



CHỌN ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG NGANG
 Các điều kiện chọn động cơ:
- Độ chịu nhiệt của các lớp cách điện cao (F và H)
- Mômen quán tính bé để giảm thiểu tổn hao năng lượng trong chế độ quá độ
- Từ thông lớn để nâng cao khả năng quá tải của động cơ.
- Có khả năng chụi quá tải cao (M
max
/M
đm
= 2,15 ÷ 5 đối với đông cơ không
đồng bộ và 2,3 ÷ 3,5 đối với động cơ điện một chiều)
- Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% là 15%, 25%, 40% và 60%.
 Yêu cầu:dựa vào số liệu tính toán chọn động cơ ta chọn động cơ theo yêu
cầu sau:
 Động cơ có công suất từ :0.5kw

 Tốc độ đầu ra của động cơ là :73,4 v/phút
 Tỉ số truyền của động cơ là :20,4
 Động cơ có gắn liền hộp số và phanh hãm
Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có mã hiệu
Z.28-LA71ZMP4
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

 Động cơ có công suất 0.55 kw
 Tốc độ định mức 1370 v/phút
 Tỉ số truyền 18.63
 Tốc độ đầu ra 74(v/phút)
 Điện áp định mức 400v
 Dòng điện định mức 1.54 A
 Hệ số công suất 0.73
Catalog thông số của động cơ (catalog động cơ trang 2/25)

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


Thông số về kích thước của động cơ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


Thông số về phanh của động cơ (catalog động cơ trang 8/43)

PHẦN 3:CHỌN BIẾN TẦN
CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ NẦNG HẠ
Yêu cầu: dựa vào động cơ đã chọn ta chọn biến tần phù hợp với yêu cầu sau:
 Biến tần chuyên dùng cho thiết bị nâng hạ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

 Biến tần có công suất 7.5kw
 Biến tần điều khiển vector
Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần của hãng Siemens
Ta chọn được biến tần MM 440 mã hiệu 6SE6440-2UD27-5CA1

Catalog biến tần (catalog biến tần mm440 trang 4/9)

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


Yêu cầu để chọn phụ kiện cho biến tần 6SE6440-2UD27-5CA1

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

Ta chọn điện trở hãm ,bộ lọc LC,cuộn kháng theo catalog giới thiệu
của biến tần
(catalog biến tần mm440 trang 4/17)

Điện trở hãm (brake resistor)
 Vì biến tần điều khiển động cơ của cẩu,với các tải có quán tính
lớn ,vì vậy ta dùng điện trở hãm để dừng hãm động cơ nhanh khi
động cơ đang chạy ở tốc độ cao
Điện trở hãm được chon theo thông số biến tần có mã sản phẩm là
6SE6400-4BD16-5CA0 có giá trị 56 Ω

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

LC FILTER (BỘ LỌC SÓNG HÀI)

 Nguồn gốc sinh ra sóng hài là do các tải phi tuyến, các tải này bao
gồm các thiết bị điện tử (như các bộ chỉnh lưu, nghịch lưu, ) và
các thiết bị điện từ(như mạch từ của động cơ, máy biến áp bị méo phi
tuyến). Tác hại của sóng hàicũng rất nhiều như nó gây phát nóng cho động
cơ, máy biến áp và làm giảm tuổi thọ của thiết bị dùng điện….Từ đó
đưa ra các giải pháp để hạn chế chúng như dùng các bộ lọc (bao
gồm bộ loc rẽ nhánh, bộ lọc nối tiếp để bẫy sóng hài, bộ l ọ c
t h ô n g thấ p L C) và mộ t s ố t h i ết b ị k há c có t á c d ụ ng
t ươn g t ự (sử d ụ ng phương pháp đa xung, máy biến áp nối zigzag )
 Ở đây theo hướng dẫn khi chọn bộ lọc sóng hài ta chọn được bộ lọc LC
FILTER có mã hiệu:6SE6400-3TD03-2CD0
(Catalog biến tần mm440 trang 4/14)

Output choke ( CUỘN CẢM KHÁNG)
 Giúp ổn định dòng ra
 Giảm nhiễu cho dòng
 Hạn chế dòng khởi động,dòng ngắn mạch
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


Line commutating choke
 Làm ổn định điện áp từ lưới điện vào biến tần
 Giảm ảnh hưởng của nhiễu do biến tần sinh ra
 Lọc sóng hài bậc cao do biến tần sinh ra và khử xung điện áp cao
(Catalog biến tần mm440 trang 4/16)

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


Chọn các thiết bị bảo vệ cho biến tần theo catalog hướng dẫn (catalog biến tần

mm440 trang 4/18)


chọn CB(circuit-breaker) mã hiệu: 3RV1031-4FA10
 Bảo vệ biến tần,đóng ngắt nhanh khi có sự cố ngắn mạch,quá tải
và sụt áp mạch điện.
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


Chọn Cầu chì (fuses) mã hiệu: 3NA3812
 Cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch nhanh cho hệ thống


Chọn contactor cho biến tần
 CB chỉnh dòng Siemens 3RV1031-
4FA10
 Size S2, Class 10
 Bảo vệ quá tải động cơ 3 pha
400VAC, 18.5 kW
 Dòng điện định mức: In = 40 A
 Dải dòng điện điều chỉnh: 28 40 A
 Dòng cắt ngắn mạch tức thời: Im =
520 A
 Dòng cắt ngắn mạch tới hạn: Icu = 50
kA
 Tiếp điểm phụ: 0
 Độ bền tiếp điểm:
o Cơ: 50,000 lần
o Điện: 25,000 lần

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

Contactor dùng để đóng cắt mạch cho hệ thống.
Để chọn được contactor cho biến tần ta chọn contactor có dòng điện
bằng dòng vào định mức của biến tần là 22A
Ta chọn được contactor của hãng Siemens mã hiệu 3TF43 22-0XN2

Chọn cáp điện cho cơ cấu nâng hạ
Dựa vào yêu catalog hướng dẫn chọn cáp,ta chọn loại cáp có tiết diện dây trong
khoảng từ 4 đến 10mm
Ta chọn được cáp điện cadivi 3 lõi như trong catalog dưới đây
Thông số lắp đặt :
- Nhiệt độ không khí 300C
Nhiệt độ ruột dẫn tối đa khi cáp tải dòng điện định mức 700C
Dòng điện định mức và độ sụt áp của cáp ruột đồng CVV , cách điện PVC, vỏ
PVC không giáp bảo vệ, lắp trên không

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC


CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ CHẠY NGANG
 yêu cầu: dựa vào thông số động cơ ta chọn biến tần với yêu cầu sau:
 Công suất biến tần lớn hơn 0.55kw
 Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần của hãng Siemens mã hiệu
6SE6440-2UD17-5AA1

Catalog biến tần (catalog biến tần mm440 trang 4/9)
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NHÓM 51—GVHD:TS.LÊ QUANG ĐỨC

Chọn các thiết bị bảo vệ cho biến tần theo yêu cầu sau

Line commutating choke
 Làm ổn định điện áp từ lưới điện vào biến tần