Báo cáo đồ án truyền động điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
============

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Đề tài: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU
TRỤC

Người hướng dẫn: TS. Lê Văn Chương
Sinh viên thực hiện: 1. Nguyễn Tiến Nam
2. Dương Tuấn Anh
3. Trần Phương An
4. Lê Ngọc Châu
5. Vũ Trần Đạt
Lớp: 62K-Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Khóa: 2021-2026

NGHỆ AN, 2022


MỤC LỤC


LỜI MỞ ĐẦU
Trong nghành cơng nghiệp nói chung để giải quyết một số cơng việc khó
khăn với con người như việc vận chuyển các vật liệu, hàng hóa nặng nhọc, trong
mơi trường khắc nghiệt thì cần đến sự giúp đỡ của các loại máy móc cơng
nghiệp như: băng tải, cần cẩu, cầu trục.
Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất.
Trong dây chuyền công nghệ sản xuất hiện đại, truyền động điện đóng vai trị

quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Từ trước tới nay hệ thống truyền động cơ cấu cầu trục luôn được sử dụng
phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp, kho, bến bãi, hải cảng,…
Với thực tiễn trên nhóm lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ truyền động cơ cấu
nâng hạ cầu trục” để tìm hiểu và nghiên cứu.
Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, thời gian có hạn, lượng kiến thức
lớn nên bản đồ án khơng tránh khỏi một số sai sót, nhóm mong nhận được sự
đóng góp của thầy để bản đồ án được hồn thiện hơn.
Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Văn Chương và
các thầy trong khoa tự động hóa đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn nhóm hồn
thành tốt đồ án này.

Xin chân thành cảm ơn!


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC
1.1. Khái niệm chung về cầu trục
1.1.1. Giới thiệu về cầu trục
Cầu trục (Overhead Crane) là một trong những thiết thiết bị nâng hạ gồm
hai chuyển động chính (ngang, dọc) để đảm bảo các thao tác nâng hạ, di chuyển
tải trong không gian làm việc của cầu trục trong nhà xưởng.

Hình 1.1. Hình ảnh về cầu trục
Cầu trục được sử dụng chủ yếu trong các phân xưởng nhà kho để nâng hạ
và vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn. Cầu trục là một kết cấu dầm hộp
hoặc dàn trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng. Dầm cầu có thể chạy trên các đường
ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu.
Vì vậy mà cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ
điểm nào trong không gian của nhà xưởng.
Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân

với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cạp, nam châm điện,
gầu ngoạm... Đặc biệt, cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp
chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng.


1.1.2. Đặc điểm chung cầu trục
Cầu trục bao gồm 1 hoặc nhiều Pa lăng, gắn trên một khung xe con di
chuyển trái phải, dọc theo dầm chính cầu trục dạng đơn hoặc đơi. Dầm chính
cầu trục được liên kết với dầm biên (cơ cấu di chuyển cầu trục) ở cả hai đầu dầm
chính dạng gối đỡ bằng bu lơng. Dầm biên đóng vai trị giúp cả bộ cầu trục di
chuyển trên đường ray bố trí dọc chiều dài nhà xưởng.
1.2. Phân loại
1.2.1. Theo cơng dụng có các loại cầu trục
- Cầu trục có cơng dụng chung: loại này dùng chủ yếu với móc treo dể xếp dỡ,
lắp ráp và sửa chữa máy móc.
- Cầu trục chuyên dùng: loại này được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện
kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chết độ làm việc rất nặng.
- Cầu trục cảng : Nâng hàng hóa lớn như container tại cảng biển cảng sơng
- Cầu trục thủy điện : Dùng trong vận hành lắp đặt tua bin, trạm nguồn, nâng hạ
cửa xả.
- Cầu trục phòng nổ : Dùng trong các nhà máy khí, gas, hầm lò than…
- Cầu trục luyện kim : Dùng trong các phân xưởng luyện kim rót kim loại, múc
xỉ có nhiệt độ cao.
1.2.2. Theo kết cấu dầm cầu trục:
- Cầu trục một dầm: loại này có kết cấu thép của cầu trục gồm có một dầm chính
liên kết với hai dầm biên ở hai đầu bằng bulông cường độ cao. Trước đây người
ta thường dùng thép cán chữ I làm dầm chính và để đảm bảo độ cứng theo
phương ngang thì phải hàn thêm các thanh giằng hoặc giàn ngang rất phức tạp.
Hiện nay với quy mô sản xuất lớn và cơng nghệ hồn thiện, người ta thường
dùng dầm hộp được tổ hợp từ thép tấm CT3, đảm bảo độ cứng theo phương

ngang bằng cách tăng chiều rộng bản cánh trên của dầm, đảm bảo kiểu dáng
công nghiệp đẹp. Cầu trục một dầm thường chỉ được sử dụng trong trường hợp
khẩu độ dầm nhỏ, tải trọng nâng khơng lớn

Hình 1.1 Cầu trục 1 dầm 3.5 tấn
- Cầu trục hai dầm: gồm có dầm hộp và dầm dàn không gian. Cầu trục hai dầm
được sử dụng phổ biến nhất. Sở dĩ như vậy là vì hai dầm chính liên kết với hai
dầm biên tạo thành hệ khung có độ cứng cao theo cả phương đứng và phương
ngang, có thể đáp ứng được mọi yêu cầu về tải trọng và khẩu độ của cầu trục,
mặt khác xe con đặt trên ray dọc theo hai dầm chính có đủ diện tích và khơng
gian để bố trí 1 đến 3 cơ cấu nâng với các phương án đa dạng khác nhau, đảm
bảo khả thi và giá thành hạ trong mọi điều kiện vật tư và công nghệ.

Hình 1.3. Cầu trục 2 dầm dạng hẹp


Hình 1.4. Cầu trục 2 dầm dạng dàn khơng gian

Hình 1.3 cầu trục hai dầm
1.2.3. Theo cách tựa của cầu trục lên đường ray di chuyển cầu trục:
- Cầu trục tựa: loai này có ưu điểm là có chiều cao nâng lớn nhất nhưng chiều
dài của dường day chỉ bằng chiều dài của nhà xưởng. Được dùng phổ biến.
- Cầu trục treo: loại cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, do
đó có thể phục vụ ở cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển
hàng giữa hai nhà xưởng song song. Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng
thấp hơn so với cầu trục tựa. Dầm của cầu trục treo thường là dầm thép chữ I và

palăng điện chạy dọc theo dầm cầu dể nâng hạ vật. Tuỳ theo khẩu độ của nhà
xưởng mà cầu trục treo có thể chạy dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc
nhiều ray treo. Chính vì có thể treo trên nhiều gối mà kết cấu của cầu trục treo
nhẹ hơn so với cầu trục tựa và có thể làm dầm cầu có độ dài tương đối lớn (đến
100m).

Hình 1.4.Cầu trục một dầm dạng treo
1.2.4. Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục:
- Loại cầu trục dẫn động chung.
- Loại cầu trục dẫn động riêng.


4 3

5

3

2

1

1

2
c>

a>
4

3

2

4

1

2

1
b>

d>

Hình 1.5. Các phương án dẫn động cơ cấu di chuyển cầu trục
a; b; c – dẫn động chung; d- dẫn động riêng
1: động cơ ; 2: hộp giảm tốc; 3: trục truyền; 4: khớp nối; 5: gối trục

1.2.5. Theo nguồn đẫn động cầu trục:
- Cầu trục dẫn động bằng tay: dùng chủ yếu trong sửa chữa, lắp ráp nhỏ và các
cơng việc nâng, vận chuyển hàng hố khơng yêu cầu tốc độ, và sức nâng lớn.

Hình 1.6: Cầu trục dẫn động bằng tay loại một dầm (dạng tựa )
1- dầm cầu trục; 2 – cơ cấu di chuyển cầu trục ;3 – palăng xích
- Cầu trục dẫn động bằng máy: đuợc dùng chủ yếu vì nó dễ sử dụng, cho hiệu
quả cao và tin cậy.


1.2.6. Theo vị trí điều khiển cầu trục:

- Cầu trục được điều khiển bằng nút bấm: thường dùng cho loại cầu trục một
dầm có tải

trọng nâng nhỏ.

- Cầu trục được điều khiển bằng ca bin: thường dùng cho loại cầu trục có tải
trọng nâng lớn.
1.3. Đặc điểm chung của hệ thống truyền động cầu trục
1.3.1. Đặc điểm công nghệ
Cầu trục thường có ba chuyển động chính: Chuyển động nâng hạ( của bộ
phận nâng tải) chuyển động ngang của xe cần. Các động cơ đều làm việc ở chế
độ ngắn hạn lặp lại. Số lần đóng cắt điện lớn, điều kiện mơi trường nặng nề, đặc
biệt là cầu trục ngồi trời, hải cảng trên mặt nước, ở các nhà máy hoá chất và
luyện kim.
Các thiết bị điện cầu trục phải đảm bảo yêu cầu năng suất, an toàn và đơn
giản đảm bảo yêu cầu về năng suất an toàn và đơn giản trong các thao thác.
Các động cơ chuyển động phải có khả năng đảo chiều quay, phạm vi điều
chỉnh tốc độ rộng và có các đặc tính cơ bản thoả mãn yêu cầu công nghệ VD:
Các cầu trục lắp ráp phải thoả mãn yêu cầu về dờng chính xác nên địi hỏi các
đường đặc tính cơ cứng có đường đặc tính cơ thấp có nhiều đường đặc tính
trung gian để mở và hãm êm. Việc điều chỉnh tốc độ các cơ cấu đều thực hiện
bằng phương pháp điện.
Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện điện từ để giữa chặt
các trục chuyển động khi động cơ mất điện ở các cầu trục di chuyển kim loại
nóng chảy để an toàn người ta dùng phanh hãm điện từ trên trục động cơ.
Mạng điện cung cấp cho trục không vượt quá 500V. Mạng điện xoay
chiều: 220V, 380V, mạng điện một chiều là 220V, 440V. Điện áp chiếu sáng


không vượt quá 220V, điện áp sửa chữa phải nhỏ hơn 36V. Không được dùng

máy biến áp tự ngẫu để cung cấp điện cho mạch chiếu sáng và sửa chữa.
Các mạch điện và các động cơ phải được bảo vệ ngắn mạch và quá tải
trên 200% bằng rơ le dòng điện cực đại. Khơng dùng rơle nhiệt vì các động cơ
làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Trong việc khơng chế phải bố trí khâu bảo vệ
khơng để động cơ lự khởi động khi điện áp lưới tợ phục hồi.
Để đảm cho người và thiết bị vận hành trong sơ đồ khống chế phải có
cơng tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu khi chúng đi lên vị trí
giới hạn ( Đối với cơ cấu nâng chỉ hạn chế hành trình nâng mà khơng cần hạn
chế hành trình hạ).
Gia tốc của cầu trục là một thơng số hết sực quan trọng. Hầu hết cầu trục
có hạn chế gia tốc. Ở bộ phận nâng hạ cầu trục có yêu cầu hạn chế gia tốc. Ở bộ
phận nâng hạ cầu trục gia tốc cho phép thường được quy định theo khả năng
chịu đựng phụ tải động cơ của cơ cấu. VD: đối với cơ cấu nâng hạ cầu trục gia
tốc phải nhỏ hơn 0,2 m/s2 để không bị giật đứt dây cáp.
1.3.2. Yêu cầu công nghê:
1.3.2.1. Đặc tính tải:
Phụ tải của cơ cấu nâng hạ là phụ tải thế năng. Động cơ cho truyền động nâng
hạ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Có đảo chiều.
1.3.2.2. Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động:
Đối với truyền động nâng hạ tải gia tốc khởi động nhỏ nhất là t kđ > 5v(s) với v tốc độ nâng tải (m/s)
Thời gian hãm cũng được tính tương tự như trên
1.3.2.3. Yêu cầu về hàm và dừng khẩn cấp:


Sử dụng phanh hãm để hạn chế tốc độ khi chuẩn bị dừng và khi mất điện phanh
hãm phải dừng truyền động ở hiện trạng tránh rơi tự do.
Dừng chính xác tại nơi lấy và trả tải.
1.3.2.4. Độ chính xác:
Dải điều chỉnh tốc độ

1.3.2.5. Những yêu cầu khác:
Vấn đề tính chọn công suất động cơ.
Đảm bảo chiều quay
Khi làm việc với thời gian đóng máy cho trước động cơ khơng bị đốt nóng q
mức.
Cơng suất động cơ cần phải đủ để đảm bảo thời gian khởi động trong quy
định
Không cho phép tăng công suất động cơ lên quá lớn:
- Tăng công suất lên quá lớn làm cho tăng gia tốc cầu trục (cơ cấu nâng hạ) có
thể dẫn tới tải bị giật mạch và có thể đứt dây treo.
- Tăng vốn đầu tư ban đầu.
Phải thiết kế để cơ cấu làm việc an toàn ở chế độ nặng nề nhất.
Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo làm việc an toàn ở điện áp bằng 85% điện áp
định mức.


Khi khơng có tải trọng (khơng tải) mơ men của động cơ khơng vượt q
(15÷20)% Mdm, đối với cơ cấu nâng của cầu trục gầu ngoạm đạt tới 50% M dm,
đối với động cơ di chuyển xe con bằng (50÷55)% Mdm.
1.4. Giới thiệu một số hệ truyền động cầu trục trong thực tế

Hình …

Hình…


Hìn…


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG HẠ

2.1. Phân tích yêu cầu thiết kế
Thiết kế cơ cấu nâng hạ cầu trục với các thông số như sau:
- Khối lượng tải trọng định mức Gđm = 20 [tấn];
- Khối lượng bộ phận mang tải G0 = 1 [tấn];
- Hiệu suất của cơ cấu c = 0.85 (khi nâng tải bằng định mức) và
= 0.25 (khi nâng không tải) ;
- Tỉ số truyền i = 80;
- Bội số của hệ thống rịng rọc u = 1;
- Bán kính tang nâng Rt = 0,5 [m].
2.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống (Vẽ sơ đồ bằng Solidworks)

Hình 2.1. Dầm cuối và cơ cấu di chuyển


Hình 2.2. Ba lăng và cơ cấu di chuyển

Hình 2.3. Dầm chính

Hình 2.4. Dầm chính và cơ cấu di chuyển


Hình 2.5. Tổng thể cầu trục

2.3. Tính chọn cơng suất động cơ truyền động

Hình 2.1. Sơ đồ động học cơ cấu nâng hạ


2.3.1 Các thông sô của hê thông:
Tải trong định mức của tải Gđm = 20 Tấn

Tái trọng định mức của cẩu G0 = 1 Tấn
Bán kính tay nâng Rt = 0,5 m
Bội số của hệ thống ròng rọc u = 1
Tỉ số truyền i = 80
Hiệu suất cơ cấu truyền động khi có tải định mức ηc = 0,85
Hiệu suất cơ cấu truyền động khi không tải η0 = 0,25
Chọn vận tốc nâng: vnâng = 30 m/phút = 0,5 m/s
2.3.2. Tính tốn phụ tải tĩnh
Tỷ số truyền
i

2 Rt n
iv
80.30
 n

764  v / p 
v
2 Rt 2.3,14.0,5

Mô men khi nâng không tải (ηc = 0,25)
M n0 

G0 Rt 1.0,5.1000

21,33  kGm  209 N .m
i u
0, 25.80.1

Mômen khi hạ không tải

M h0 

G0 Rt
1 1.0,5.1000
1
(2  ) 
(2 
)  12,5  kGm  123 N .m
iu

80.1
0, 25

Mô men trên trục động cơ khi nâng tải định mức:
Mn 

(G0  G ) Rt (20  1).0,5.1000

154, 4  kGm  1514 N .m
iuc
80.1.0,85

Mô men trên trục động cơ khi hạ tải bằng định mức:


M h0 

(G0  G ) Rt
1
(20  1).0,5.1000

1
(2  ) 
(2 
) 108kGm 1059 N .m
iu

80.1
0,85

Mô men hạ không tải Mh0 < 0 có nghĩa là cơ cấu làm việc ở chế độ hạ động lực
2.3.3. Tính hệ số tiếp điện tương đối TD%
Khi tính tốn hệ số tiếp điện tương đối ta có thể bỏ qua thời gian mở máy và
hãm máy.
Chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ bao gồm 4 giai đoạn chính: Hạ khơng tải,
nâng tải, hạ tải và nâng không tải. Giữa các giai đoạn trên cịn có thời gian nghỉ.
Giả thiết tốc độ làm việc và chiều cao nâng hạ trong các giai đoạn như sau:

T

lv

4

H
60 30 s
V

Giả sử vân tốc xe cầu là 100m/phút và giả thiết lấy tải từ đầu phân xưởng đến
cuối phân xưởng.

T

nghi

1
2 60 90s
V

TCK  Tlv   Tnghi 30  60 120s

Hệ số tiếp điện tương đối.
TD % 

Tlv
30
.100% 
.100% 25%
TCK
120

2.3.4. Chọn sơ bộ công suất động cơ theo hệ số tiếp điện tương đối
Chọn sơ bộ công suất động cơ theo phụ tải đẳng trị kết hợp với hệ số tiếp điện
tương đối:
M dt 

M
TCK

2
i i

t



(1059 2  1514 2  1232  209 2 ).7,5
466( N .m)
120


Công suất động cơ chọn sơ bộ sẽ là:
Pc 

M dt .ndm 466.720

35,11kW
9550
9550

Công suất quy đổi tương ứng với hệ số tiếp điện chuẩn 25%:
Pcqd Pc

TD%
25
Pc
35,11kW
TDtc %
25

Từ công suất chọn sơ bộ ta chọn động cơ rotor dây quấn có các thông số

sau:
MTKb 512-8

380/220V 50Hz TĐ 25%

Pđm = 37 kW
M th
M dm = 3,6
M kd
M dm =3,3
Uđm=380 V; nđm = 720v/p
Istdm = 104A; Rs = 0,08; Xs = 0,17; Rr = 0,19; Xr = 0,16
J = 1,32 kgm2
Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác.

⇒

Xét đến thời gian mở máy, hãm máy

và thời gian nghỉ của động cơ

M

W
M(t)
w(t)
t
0

t1

t 01

t2

t 02

t3

t0 3

t4

t 04