thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục, chương 1 ppt

Ch-ơng 1: Mô tả công nghệ và yêu cầu hệ
truyền động
1.1. Mô tả công nghệ

Cầu trục là một loại máy nâng - vận chuyển đ-ợc sử dụng
phổ biến trong nhiều ngành kinh tế khác nhau nh- trong nhà máy
cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công tr-ờng xây dựng, hầm mỏ, hải
cảng
Thông th-ờng cầu trục đ-ợc điều khiển nhờ ng-ời lái ngồi
điều khiển trong cabin, theo yêu cầu của nơi sản xuất, bộ điều
khiển có thể đặt ngoài cầu trục, từ một tủ điều khiển đặt ở nền phân
x-ởng.
Phân loại cầu trục :
+ Theo đặc điểm cấu tạo :
Cầu trục kiểu cầu (cầu trục)
Cầu trục hình cổng
Cầu trục cáp.
+ Theo trọng tải :
Loại nhẹ < 5 ữ 10 tấn
Loại trung bình 10 ữ 15 tấn
Loại nặng > 15 tấn

+ Theo chế độ làm việc :
Loại nhẹ : hệ số tiếp điện TĐ% = 10 ữ 15 %, số lần đóng
máy trong một giờ là 60.
Loại trung bình : TĐ% =15 ữ 25%, số lần đóng máy
trong một giờ là 120.
3
2
1
Loại nặng : TĐ% = 25 ữ 40%, số lần đóng máy trong một

giờ là 240.
Loại rất nặng : TĐ% = 40 ữ 60%,số lần đóng máy trong
một giờ > 240.
+ Theo chức năng :
Cầu trục vận chuyển : sử dụng rộng rãi, yêu cầu chính
xác không cao.
Cầu trục lắp ráp : phần lớn dùng trong các nhà máy, xí
nghiệp nhất là trong các nhà máy cơ khí. Nó dùng để lắp
ghép các chi tiết máy móc, yêu cầu có độ chính xác cao.
1.1.1 Cấu tạo cơ bản của cầu trục
Cầu trục hai dầm hiện nay đ-ợc sử dụng rộng rãi trong các
nhà máy, xí nghiệp, dùng để cẩu các cấu kiện sắt thép, các phôi sản
phẩm, lắp ráp các thiết bị máy móc
Tuỳ theo tải trọng, theo chế độ làm việc hoặc theo cấu tạo của
cơ cấu di chuyển, cầu trục hai dầm cũng đ-ợc chia thành nhiều
loại. Nh-ng dù có cấu tạo đơn giản hay phức tạp thì cấu tạo cơ bản
của cầu trục gồm ba phần : xe cầu, xe con và cơ cấu nâng hạ.
1 - Xe cầu:
Xe cầu có hai dầm chính hoặc khung dàn chính đ-ợc chế tạo
băng kép có độ cứng không gian đặt cách nhau một khoảng t-ơng
ứng với khoảng cách bánh xe của xe con. Hai đầu cầu đ-ợc liên kết
cơ khí với hai dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt
phẳng ngang.
Các bánh xe của cầu trục đ-ợc thiết kế trên các dầm ngang
của khung hình chữ nhật, tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt
phân x-ởng. Tải trọng sẽ do trọng l-ợng bản thân cầu, trọng l-ợng
xe con cùng vật nâng sẽ truyền qua bánh xe qua đ-ờng ray. Trên
mặt bằng kết cấu khung có lắp đặt cơ cấu di chuyển xe cầu.
2 - Xe con:
Xe con đ-ợc thiết kế lắp đặt trên xe cầu, di chuyển dọc cầu,

tạo điều kiện cho cầu trục phục vụ đ-ợc suốt khẩu độ gian nhà
phân x-ởng.
3 - Cơ cấu nâng hạ:
Cơ cấu nâng hạ th-ờng có tang cắt thành rãnh xoắn hai chiều
để cuộn cáp nâng và hạ. Cuối hai đầu dây cáp mắc palăng kép để
đảm bảo nâng hạ tải trọng theo ph-ơng thẳng đứng, đồng thời tăng
số l-ợng cáp có khả năng chịu lực tốt. Toàn bộ cơ cấu tang, hộp
truyền bánh răng và động cơ xe con đ-ợc đặt trên xe con di chuyển
ngang nhà phân x-ởng.
Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm, gồm ba loại : phanh guốc,
phanh đĩa và phanh đai. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào l-ới điện
thì đồng thời động cơ phanh cũng có điện, mở má phanh giải
phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi động cơ ngừng làm
việc, động cơ phanh mất điện, ép chặt má phanh vào trục động cơ
để hãm. Cầu trục loại nặng th-ờng dùng hai phanh để đảm bảo an
toàn.
1.1.2. Các chuyển động của cầu trục
+ Chuyển động của xe cầu : chuyển động này giúp cho toàn
bộ cầu trục tiến hay lùi theo ph-ơng ngang, dọc theo đ-ờng ray.
+ Chuyển động của xe con : chuyển động theo ph-ơng vuông
góc với chuyển động của xe cầu trên mặt phẳng ngang.
+ Chuyển động của cơ cấu nâng hạ : nâng hạ tải trọng theo
ph-ơng đứng.
1.1.3. Đặc điểm công nghệ của cầu trục
Cầu trục làm việc trong môi tr-ờng rất nặng nề, đặc biệt là ở
ngoài hải cảng, trong các nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim
Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ truyền động và trang bị
điện cầu trục phải làm việc tin cậy trong điều kiện nghiệt ngã của
môi tr-ờng.
Các động cơ truyền động cầu trục th-ờng mô men thay đổi

theo tải trọng, nhất là cơ cấu nâng hạ, mô men thay đổi rõ rệt.
Hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục yêu cầu quá trình
tăng tốc và giảm tốc xảy ra rất êm. Bởi vậy mô men động trong quá
trình quá độ phải đ-ợc hạn chế theo kĩ thuật an toàn.
Năng suất của cầu trục quyết định bởi hai yếu tố : tải trọng
của các thiết bị và số chu kì bốc ,xúc trong một giờ. Số l-ợng hàng
hoá bốc, xúc trong mỗi một chu kì không nh- nhau và nhỏ hơn tải
trọng định mức cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt ( 60
70 )%
công suất định mức của động cơ.
Do làm việc trong điều kiện nặng nề, th-ờng xuyên làm việc
quá tải nên cầu trục đ-ợc chế tạo có độ bền cơ khí cao, khả năng
chịu quá tải lớn.

Nguyên lí làm việc cầu trục hai dầm : Biến các chuyển
động quay tròn của các động cơ điện dẫn động qua hộp giảm tốc
thành các chuyển động tịnh tiến, vào ra, lên xuống.
1.2. Yêu cầu truyền động điện
Các động cơ truyền động đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp
lại có số lần đóng điện lớn. Đa số các cầu trục đều làm việc trong
điều kiện môi tr-ờng nặng nề nh- trong các nhà máy cơ khí, hoá
chất, luyện kim ,chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy và đảo
chiều.
Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo đ-ợc các yêu cầu về công nghệ
và năng suất, đảm bảo an toàn cho ng-ời và thiết bị, đơn giản trong
các thao tác. Cụ thể là :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.
Trên hình vẽ là giản đồ phụ tải của cơ cấu nâng hạ với thời gian mở
máy và thời gian phanh coi nh- bằng 0. Trong đó:

t
1
: Thời gian hạ không tải t
2
: thời gian nâng tải
t
01
: thời gian nghỉ t
3
: thời gian hạ tải
t
4
: thời gian nâng không tải t
02
: thời gian nghỉ
Qua giản đồ phụ tải ta thấy đây là phụ tải ngắn hạn lặp lại biến đổi.
Động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với yêu cầu có đảo
chiều.
b. Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động
- Đối với truyền động nâng hạ tải gia tốc khởi động nhỏ nhất là t
kd

5V (s)
với v - tốc độ nâng tải (m/s)
- Thời gian hãm cũng đ-ợc tính t-ơng tự nh- trên
c. Yêu cầu về hàm và dừng khẩn cấp
t1 t2
t01
t3
t4 t02

M w
0
M(t)
w(t)
t
- 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.
d. Độ chính xác.
- Dải điều chỉnh tốc độ
1
30
05,0
5,1
D
min
max




e. Những yêu cầu khác.
+ Các động cơ truyền động phải có khả năng đảo chiều quay,
phạm vi điều chỉnh tốc độ đủ rộng và có các đ-ờng đặc tính thoả
mãn yêu cầu công nghệ.
VD: các cầu trục lắp ráp phải thoả mãn yêu cầu về dừng máy
chính xác nên đòi hỏi có đ-ờng đặc tính cơ cứng, có đ-ờng đặc
tính cơ thấp, có nhiều đ-ờng đặc tính trung gian để mở máy và hãm
êm. Việc điều chỉnh tốc độ các cơ cấu đều đ-ợc thực hiện bằng

ph-ơng pháp điện trong phạm vi t-ơng đối rộng (ở các cầu trục
thông th-ờng D
3 : 1; ở các cầu trục lắp ráp D 10 : 1 hoặc lớn
hơn ).
+ Bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ để giữ
chặt các trục truyền động khi động cơ mất điện. ở cầu trục di
chuyển kim loại nóng chảy, để cho an toàn ng-ời ta dùng hai
phanh hãm trên trục động cơ.
Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của cầu
trục. Phanh dùng trong cầu trục th-ờng có 3 loại: Phanh guốc,
phanh dĩa và phanh đai. Nguyên lý hoạt động cơ bản giống nhau
mô tả cơ cấu phanh đai gồm
1.Má phanh,
Gph
3
2
1
Nc
2.Cuộn dây nam châm phanh ( hoặc dùng động cơ bơm thuỷ lực
tạo lực đóng mở)
;
3.Đối trọng phanh. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào l-ới điện
thì đồng thời động cơ phanh cũng có điện bơm thuỷ lực mở má
phanh giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi động cơ
ngừng làm việc thì động cơ phanh mất điện ép chặt má phanh vào
trục động cơ để hãm. Đối với cơ cấu nâng hạ cầu trục loại nặng
th-ờng ng-ời ta dùng 2 phanh để đảm bảo an toàn.
+ Công suất động cơ cần phải đủ để đảm bảo thời gian khởi
động trong quy định
+ Việc tăng công suất động cơ lên quá lớn cũng không cho

phép do:
+ Khi
P có khả năng làm tăng gia tốc cầu trục (cơ cấu
nâng hạ) có thể dẫn tới đứt dây treo hay tải bị dật mạnh.
+ Tăng vốn đầu t- 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.
- Điện áp cung cấp cho cầu trục không v-ợt quá 500 V.
- Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220 V, 380V.
- Mạng điện một chiều là 220V, 440V.
- Điện áp chiếu sáng của cầu trục không đ-ợc v-ợt quá 220V
.
- Điện áp chiếu sáng khi sửa chữa phải nhỏ hơn 36V, không
dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạch điện chiếu sáng,
sửa chữa.
+ Các mạch điện và các động cơ phải đ-ợc bảo vệ ngắn mạch
và quá tải trên 200% bằng các rơle dòng điện cực đại, không dùng
bảo vệ nhiệt vì các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
Trong mạch khống chế phải bố trí các thiết bị bảo vệ để loại trừ
hiện t-ợng động cơ tự khởi động khi điện áp l-ới phục hồi (sau khi
mất điện).
+ Đối với cầu trục cỡ lớn, phải dùng các thiết bị khắc phục
hiện t-ợng vênh giàn cầu.
Trong hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục ,các động cơ có
sơ đồ điều riêng biệt. Chính vì thế việc tổng hợp bộ điều chỉnh cho
từng loại cơ cấu truyền động là độc lập nhau .
Động cơ truyền động cầu trục, nhất là đối với cơ cấu nâng hạ
,mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt .Khi không có tải trọng (

không tải ) mômen của động cơ không v-ợt quá (15
20)% M
đm
.
Đối với động cơ di chuyển xe con mômen của động cơ bằng (35

50)% M
đm
,và bằng (50 55 )% M
đm
đối với động cơ di chuyển xe
cầu.
Quan hệ giữa mô men và tải trọng mô tả trên hình
M/M
đm
1
2
3
0,2 0,4 0,6 0,8
Trong hệ truyền động các cơ cấu cấu máy nâng - vận chuyển nói
chung và cầu trục
nói riêng ,yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm.
Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải đ-ợc hạn chế
theo yêu cầu kĩ thuật an toàn.
Những năm gần đây ,do sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn, kĩ
thuật biến đổi điện năng công suất lớn ,các hệ truyền động điện cho
cầu trục đã dùng nhiều bộ biến đổi Thyristor thay cho các hệ cổ
điển dùng máy điện khuếch đại cũng nh- khuếch đại từ. Hệ truyền
động các cơ cấu cầu trục dùng bộ biến đổi Thyristor - DC Motor
(T-Đ) đối với cơ cấu di chuyển, do có ảnh h-ởng của mômen phản

kháng cho nên sơ đồ khống chế đảo chiều đơn giản dùng các
Contactor đảo chiều trong mạch phần ứng của động cơ.
Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đ-ợc xác định từ yêu
cầu của quá trình công nghệ ,chức năng của cầu trục trong dây
chuyền sản xuất . Cấu tạo và kết cấu của cầu trục rất đa dạng. Khi
thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và hệ thống truyền động
điện phải phù hợp với từng loại cụ thể. Ví dụ nh- cầu trục trong
G/G
đm
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
phân x-ởng luyện thép lò Mactanh ,trong các phân x-ởng nhiệt
luyện phải đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật trong chế độ quá độ. Cầu
trục trong các phân x-ởng lắp ráp phải đảm bảo quá trình mở máy
êm ,dải điều chỉnh tốc độ rộng ,dừng chính xác đúng nơi lấy hàng
và hạ hàng v.v
Từ những đặc điểm trên đây có thể đ-a ra những yêu cầu cơ bản
đồi với hệ truyền động cho các cơ cấu của cầu trục nh- sau:
Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản.
Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo
và thay thế dễ dàng.
Sơ đồ bảo vệ phải có mạch bảo vệ điện áp " không " ,bảo vệ
quá tải và ngắn mạch.
Quá trình mở máy diễn ra theo một quy luật định sẵn.
Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến ,lùi cho xe
cầu ,xe con và hạn chế hành trình lên xuống của cơ cấu nâng
- hạ.

Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp .
Tự động cắt nguồn cấp khi có ng-ời làm việc trên xe cầu.
Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ phải riêng biệt .