THIẾT KẾ CẨU GIÀN TRONG NHÀ MÁY

Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG



BÁO CÁO ĐỒ ÁN: KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

•

Giáo viên hướng dẫn :Ts. Lê Quang Đức.

•

Sinh viên thực hiện (Nhóm 14)

:

-HUỲNH CÔNG CƯỜNG MSSV: 1151050005
-VÕ NGỌC HÙNG
MSSV: 1151050017
-TRẦN VĂN NHÂN
MSSV: 1151050036

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẨU GIÀN TRONG NHÀ MÁY .

NHÓM 14– LỚP TD11

1


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

MỤC LỤC:
PHẦN I: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI CẨU GIÀN.
1. Nội dung đề tài.
2. Yêu cầu chọn thiết bị .
3. Hướng giải quyết đề tài.
4. Đặc tính làm việc của biến tần cho động cơ cẩu giàn.
5. Những đặc điểm chế độ làm việc của cẩu giàn.
6. Chọn tang trống và cáp nâng tải.

PHẦN II:TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG.
1.
2.
3.
4.
5.

Tính toán công suất động cơ nâng hạ.
Tính toán công suất động cơ chạy ngang .
Yêu cầu khi chọn động cơ.
Chọn động cơ nâng hạ.
Chọn động cơ chạy ngang.

PHẦN III: CHỌN BIẾN TẦN .
1.

Chọn biến tần cho động cơ nâng hạ.







Yêu cầu chọn biến tần.
Chọn biến tần dựa vào yêu cầu .
Thông số của biến tần .
Chọn phụ kiện của biến tần .
Chọn các thiết bị bảo vệ, đóng cắt, cáp cho biến tần dựa vào catalog hướng
dẫn .

2.

Chọn biến tần cho động cơ chạy ngang .






Yêu cầu chọn biến tần .
Chọn biến tần dựa vào yêu cầu .
Thông số của biến tần .

Chọn phụ kiện của biến tần .

NHÓM 14– LỚP TD11

2


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức



Chọn các thiết bị bảo vệ,đóng cắt,cáp cho biến tần dựa vào catalog hướng



dẫn .
Chọn MCB bảo vệ cho nguồn phanh.

3.

Chọn thiết bị điện cho mạch điều khiển .

 Chọn công tắc hành trình.
 Chọn bộ nguồn cho phanh của động cơ.
 Chọn cáp
 Chọn MCB 1 pha .
 Chọn relay trung gian.
 Chọn đèn báo,nút nhấn .

 Chọn tủ điện.
 Chọn biến áp cách ly.

PHẦN IV:THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC.
1. Yêu cầu và chức năng các bộ phận trong mạch.
2. Sơ đồ đấu nối biến tần.
3. Bản vẽ sơ đồ đấu nối mạch động lực.

PHẦN V : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
1. Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật của mạch điều khiển.
2. Bản vẽ mạch điều khiển.
3. Thuyết minh hoạt động mạch điều khiển.

PHẦN VI: CÀI ĐẶT THÔNG SỐ CHO BIẾN TẦN.
1. Các yêu cầu cài đặt.
2. Các chế độ điều khiển.
3. Các thông số cài đặt.

PHẦN VII: BẢN VẼ AUTOCAD.

NHÓM 14– LỚP TD11

3


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

1. Bản vẽ mạch động lực .

2. Bản vẽ mạch điều khiển.
3. Bản vẽ tủ điện.

PHẦN I:PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI CẨU GIÀN.
1. NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
 Tính toán và thiết kế cẩu hàng trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạ và chạy

ngang, tải M =7 tấn, vận tốc 0.3m/s cho động cơ nâng hạ, 1m/s cho động cơ
điều khiển chuyển động ngang. Chọn động cơ kéo, hộp số, AC drive .
 Điều khiển cẩu giàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn.
 Cơ cấu nâng hạ có điều khiển quá trình thắng cơ khí khi nâng và hạ.
 Cơ cấu nâng hạ và cơ cấu chạy ngang có bảo vệ hành trình hai đầu không

cho thiết bị chạy quá hành trình.
 Điều khiển cẩu bằng hộp nút ấn cầm theo có nút ấn tự nhả :nút đi lên,đi
xuống ,qua phải ,qua trái,dừng khẩn cấp.
2. YÊU CẦU CHỌN THIẾT BỊ:





Chọn biến tần hãng Emerson (control technics).
Chọn MCCB,MCB,contactor,relays hãng ABB.
Các thiết bị điện , tự động, cơ chọn theo hãng có tên tuổi.
Có catalog kèm theo.

3. HƯỚNG GIẢI QUYẾT:

 Mô hình cẩu giàn.

NHÓM 14– LỚP TD11

4


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

Cấu tạo cẩu giàn gồm 3 cơ cấu chính:
+ cơ cấu xe cầu.
+cơ cấu xe con.
+cơ cấu nâng hạ.
Cấu tạo của cẩu giàn trong đề tài gồm có 2 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di
chuyển xe con(di chuyển ngang).



Hoạt động của cẩu giàn:

NHÓM 14– LỚP TD11

5


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ



GVHD: Ts.Lê Quang Đức

Mô hình giải quyết vấn đề:

NHÓM 14– LỚP TD11

6


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ





GVHD: Ts.Lê Quang Đức

Đồ thị tải cơ cấu nâng hạ và của động cơ lai cơ cấu .

Về chế độ làm việc: cầu giàn làm việc bốc dỡ hàng hóa nhiều lần và giữa
thời gian hoạt động có thời gian nghỉ, nên chế độ làm việc của cầu giàn là chế
độ ngắn hạn lặp lại.

NHÓM 14– LỚP TD11

7


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ



GVHD: Ts.Lê Quang Đức

Đặc tính cơ tải nâng hạ:

-Momen cản Mc là momen thế năng, là hằng số và không phụ thuộc vào chiều
quay của động cơ.
4.

ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ CẨU
GIÀN:





Tải momen không đổi cần momen khởi động lớn lúc ban đầu .
Dòng khởi động có thể đạt tới 150% định mức trong vòng 1 phút .
Yêu cầu biến tần điều khiển vector .

NHÓM 14– LỚP TD11

8


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ





GVHD: Ts.Lê Quang Đức

Đồ thị tải của xe con và động cơ kéo:

Đặc tính cơ của xe con:

NHÓM 14– LỚP TD11

9


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

-Xe con hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại với momen tải không đổi.
5.


ĐẶC ĐIỂM CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CẨU GIÀN:
Về môi trường làm việc: làm việc trong nhà máy với nhiều khói bụi.
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 nghỉ cũng không đủ để cho
nhiệt độ động cơ giảm đến nhiệt độ môi trường .Đặc trưng cho đồ thị phụ tải
ngắn hạn lặp lại là độ lớn của phụ tải Mc và “thời gian đóng điện tương đối”

ε pt

-

:

NHÓM 14– LỚP TD11

10


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

Đồ thị phụ tải và đường cong nhiệt sai.

ε pt =

tlv
100
tck

Trong đó : tlv là thời gian làm việc (có tải); tck = tlv + tn là thời gian của chu
kỳ, tn là thời gian nghỉ .


Về tốc độ làm việc: cần đảm bảo tốc độ di chuyển hàng hóa đúng yêu cầu.



Về yêu cầu công nghệ: từ các đặc điểm trên có thể rút ra các yêu cầu đối với
cẩu giàn là:
Cần hạn chế hành trình của xe cẩu, xe con, hành trình của cơ cấu nâng hạ.
Cần có mạch bảo vệ quá tải và ngắn mạch .
Đảm bảo nâng, hạ hàng ở tốc độ qui định .
Phải phối hợp nhịp nhàng giữa việc hãm ,nhã phanh và tăng tốc.
Khi gặp sự cố phanh phải hoạt động giữ tải đứng yên đảm bảo an toàn.
Cấu trúc hệ truyền động phải đơn giản.







6.

CHỌN TANG TRỐNG VÀ CÁP NÂNG TẢI:

-Chọn tang có tải trọng nâng lớn hơn tải yêu cầu( 7 tấn).

NHÓM 14– LỚP TD11

11


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

(catalog trang 8).
-Chọn tang có mã RN30W của hãng RUFNEK. Tải trọng nâng khoảng 9,768
tấn.

NHÓM 14– LỚP TD11

12


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

( bản vẽ kích thước tang catalog trang 8)
-Tang có bán kính khoảng197 (mm).

-Chọn cáp nâng:

Theo khuyến cáo của nhà sản xuất thì chọn cáp có đường kính 0,5625 (in)=14
(mm).

NHÓM 14– LỚP TD11

13


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

(catalog trang 61).
-Chọn cáp có đường kính 14(mm) loại Dyform 6 của GLOBAL LIFTING
GROUP.

PHẦN 2: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN
ĐỘNG.
-Tính công suất cho động cơ cho nâng – hạ hàng theo yêu
cầu đề tài.
NHÓM 14– LỚP TD11

14


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

-Tính toán phụ tải tĩnh:

-Tính toán theo hướng dẫn sách trang bị điện –điện tử ( VŨ QUANG
HỒI,NGUYỄN VĂN CHẤT,NGUYỄN THỊ LIÊN ANH).


Xét cơ cấu nâng hạ có:
ηp

-Palang (ròng rọc) có bội số u, hiệu suất

.

- Bộ hộp số ( bộ truyền động) có tỷ số truyền động là
i=

2π .Rt .n
u.vn

-Tang trống có bán kính Rt .
-Hộp số có hiệu suất ηi.

-Tỉ số truyền của hộp số tính theo công thức :

NHÓM 14– LỚP TD11

15


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

i=

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

2π .Rt .n 2π .0,197.1470
=
= 101,1
u.vn
1.18

-với:
-�� �à �á� �í�ℎ ���� ��ố��: Rt=197 (��) = 0,197(m).

- � �à �ố� độ độ�� �ơ: chọn khoảng 1470 (vòng/phút).
- �n �à �ố� độ �â�� �ả�: vn=0,3 (m/s) = 18(�/�ℎú�).
-u=1 là bội số truyền của palang.
-Khi nâng tải:
Giả sử:
-G- trọng lượng tải trọng.
Khối lượng tải m=7000kg , suy ra G=70000N(chọn g=10m/s2).
-G0- trọng lượng của cơ cấu mang vật (chọn theo tiêu chuẩn của liên xô).
G0=0,025G=70000.0,025=1750N.
-Lực căng của dây cáp khi mang tải và không tính tới mất mát:
To =

(G + G0 )
u

-Lực căng thực tế khi tính tổn hao:
T0 =



T0 (G + G0 )
=
ηp
uη p

Momentvật nặng gây ra trên tang trống:
M vat = T0 .Rt =



(G + G0 ) Rt
( N .m)
uη p

Moment trên trống tời tác động lên trục đông cơ:
M trucdongco =

NHÓM 14– LỚP TD11

M vat (G + G0 ) Rt
=
( N .m)
i.η i
i.η i .u.η p

16


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ



GVHD: Ts.Lê Quang Đức

Muốn nâng được vật lên, động cơ phải phát ra 1 momen thắng được moment
cản của tải trên trục động cơ:
M nâng = M trucdongco =

M vat (G + G0 ) Rt
=

( N .m)
i.η i
i.η i .u.η p

η = η i .η p = 0,9

Gọi

là hiệu suất chung của cơ cấu nâng hạ .

η

- được lấy bằng định mức khi tải là định mức, nếu tải trọng khác định mức thì
η

xác định theo hệ số mang tải k.
k=

(G + G0 )
(G0 + Gdm )

- Momen nâng có tải :
M nâng =

NHÓM 14– LỚP TD11

(G + G0 ) Rt (70000 + 1750).0,197
=
= 155,3( Nm)
i.u.η

1.101,1.0,9

17


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

-Công suất nâng có tải :
Pnâng =

M nâng .ω n
1000

=

M n 2π .n 155,3 2π .1470
=
= 24(kw)
1000 60
1000
60

-Momen nâng không tải:
M no =

G0 Rt
1750.0,197
( N .m) =

= 3,8( Nm)
i.u.η
101,1.1.0,9

-Công suất nâng không tải:
Pno =

M n 0 .ωn
= 0,6(kw)
1000

-Khi hạ tải:
Có 2 trạng thái hạ tải:
+ Hạ động lưc.
+ Hạ hãm.
-

Moment tải trọng trên trục động cơ khi không có tổn hao:

Mt =

(G + G0 ) Rt
( N .m)
i .u

-Khi hạ tải, năng lượng truyền từ phía tải trọng đến cơ cấu truyền và
động cơ nên :
M h = M t − ∆M = M t .η

Trong đó:

Mh: moment trên trục động cơ khi hạ tải.

NHÓM 14– LỚP TD11

18


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

∆M

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

:mất mát trong cơ cấu truyền động.
η ηi. .η p

Xem tổn hao khi nâng và hạ tải là như nhau:
∆M =



=

Mt
1
− Mt = Mt (
− 1)( N .m)
η i. .η p
η i. .η p

Moment trên trục động cơ khi hạ tải:

(G + G0 ) Rt
1
1
1
(70000 + 1750).0,197
1
Mh = Mt − Mt (
− 1) = M t .( 2 −
)=
.( 2 −
)=
.( 2 −
η i. .η p
η i. .η p
i .u
η i. .η p
101,1.1
0,9

-công suất khi hạ có tải:
Ph =

M h .ω n
= 19,1(kw)
1000

Momen hạ không tải:

-

M h0 =

G0 Rt
1 1750.0,197
1
.( 2 − ) =
.( 2 −
) = 3( Nm)
i .u
η
101,1.1
0,9

-Công suất hạ không tải:
Ph 0 =

M h 0 .ω n
= 0,5(kw)
1000

-Tính toán thời gian hoạt động:
-

Giả sử chiều cao nâng : H=10m

-

vận tốc nâng

: v=0,3m/s
n

-

Thời gian nâng vật : t =

NHÓM 14– LỚP TD11

H 10
=
= 33,3( s)
v 0,3

19


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

-Coi thời gian của 4 giai đoạn : nâng có tải,hạ có tải ,nâng không tải và hạ không
tải là như nhau.
lv

n

=>tổng thời gian làm việc :t =4t =33,3.4=133,2(s)
-Giả sử chiều dài di chuyển xe con theo chiều ngang

-vận tốc di chuyển xe con theo chiều ngang

:L=15m
:v=1m/s
t xe = 2



thời gian di chuyển xe con trong chu kỳ làm việc

ph

-Coi tổng thời gian móc hàng và dỡ hàng


:

L
15
= 2 = 30( s )
v
1

:t = 20 (s)

Tổng thời gian làm việc trong 1 chu kỳ:
ck

lv

xc

t =t +t +t

ph

=133,2+30+20=183,2(s)

ε pt

-Tính toán hê số tiếp điện tương đối

.

-Chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng – hạ bao gồm các giai đoạn sau : hạ không
tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải (giữa các giai đoạn thường có thời
gian nghỉ).
-Khi tính toán hệ số tiếp điện tương đối,coi như bỏ qua thời gian hãm máy
và mở máy.
ε pt =

Ttv
133,2
.100% =
*100% = 72,7%
Tck
183,2

-Hằng số thời gian đóng mạch tương đối của động cơ theo tiêu chuẩn tương
ứng với chế độ làm việc cẩu hàng :

ε tc

=40%(do nhà sx chế tạo).

-Tính công suất động cơ.

NHÓM 14– LỚP TD11

20


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

P = Pnâng



GVHD: Ts.Lê Quang Đức

ε pt
72,7
= 24
= 32,4(kw)
ε tc
40

Vận tốc tang cuốn:
ntan =

n 1470
=
= 15(vòng / phút )
i 101,1

-Tính toán momen phanh:
-Trong quá trình hoạt động, nếu xảy ra sự cố bất thường như tuột cáp,vật mang
trong khi di chuyển bị va chạm với chướng ngại vật trong nhà xưởng phải có
thiếtbị hãm chuyển động của hệ thống lại,tránh hư hỏng cho các bộ phận khác và
tránh gây tai nạn trong sản xuất.
-Momen lớn nhất: Mh=155,3(Nm).
-Momen cơ cấu phanh: Mphanh=k.Mh
Với k là hệ số phanh.Chọn k=2 vì động cơ làm việc chế độ nặng.


Mphanh=2.155,3=310,6(Nm)

-Tính toán công suất cho cơ cấu di chuyển xe con theo yêu
cầu đề tài:
-Đối với cơ cấu di chuyển, lực cản tĩnh phụ thuộc vào khối lượng hàng (G)
và khối lượng của cơ cấu. Trạng thái đường đi của cơ cấu di chuyển trên nó, cấu
tạo và chế độ bôi trơn cho cơ cấu (cổ trục, khớp nối, bản lề v.v…). Đối với cầu trục
lắp đặt ngoài trời còn chịu tác động phụ của gió.
n xe =

v xe
60
=
= 159(vòng / phút )
π .D xe 3,14.0,12

Trong đó :
-v = 1( m/s)=60(m/phút) : vận tốc di chuyển xe con.
- Dxe=0,12 m : đường kính bánh xe.

NHÓM 14– LỚP TD11

21


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

-Tỷ số truyền hộp giảm tốc :
n
1470
=
= 9,2
n xe
159

i=

-Lực cản chuyển động được tính theo biểu thức:
F=

(G + G xe ) g
( k t .rct + f )k br [ N ]
Rb

Trong đó:
G: trọng lượng tải .(70000N)
Gxe:trọng lượng của xe và cơ cấu nâng vật. Chọn khối lượng xe khoảng
500kg.
Vậy Gxe=5000+1750=6750N.
g - gia tốc trọng trường.Chọn g=10 (m/s2).
Rb - bán kính bánh xe khoảng 60mm=0,06m.

-

t

k - hệ số ma sát trượt khoảng (8.10-4 – 15.10-4). Chọn 8.10-4.
rct- bán kính cổ trục bánh xe khoảng 20mm=0,02m.

-

f - hệ số ma sát lăn (5.10-4m).
kbr- hệ số ma sát giữa bánh xe va đường ray .kbr= 1,2 ÷ 1,5. Chọn 1,3.

-



F=

(70000 + 6750).10
(
0,06

8.10-4.0,02+5.10-4).1,3=8580,7(N)

-Momen động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động :
M =

F .Rb
i.η

8580 ,7.0,06
= 62,2( Nm)
9,2.0,9

=
-Công suất động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động :

NHÓM 14– LỚP TD11

22


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

P=

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

F .v
8580 ,7.1
=

= 9,5( kw)
1000.η 1000.0,9

ε pt
-Tính toán hê số tiếp điện tương đối
.
-cơ cấu chạy ngang gồm 2 hành trình: chạy tiến và chạy lùi.( theo tính toán mất
30s).
-Khi tính toán hệ số tiếp điện tương đối,coi như bỏ qua thời gian hãm máy và mở
máy.
ε pt =

Ttv
30
.100% =
.100% = 16,4%
Tck
183 ,2

-Hằng số thời gian đóng mạch tương đối của động cơ theo tiêu chuẩn tương ứng
với chế độ làm việc nhẹ hơn động cơ nâng –hạ :

ε tc

=25%(do nhà sx chế tạo).

-Tính công suất động cơ.
PXE = P



ε pt
16,4
= 9,5
= 7,7(kw)
ε tc
25

CHỌN ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ:

Dựa vào các số liệu tính toán :






Động cơ có công suất khoảng :32,4 (kw)
Tốc độ khoảng :1470 (vòng/phút)
Tỉ số truyền của động cơ :101,1
Tốc độ đầu ra của động cơ : 15 (vòng/phút)
Momen phanh khoảng : 310,6(Nm )

-Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền hộp
số và phanh hãm có mã hiệu FD.208-LG225S4E. (catalog kèm theo trang
3/57).
Động cơ thực tế:

NHÓM 14– LỚP TD11

23


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ









GVHD: Ts.Lê Quang Đức

Công suất : 37 kW
Tốc độ định mức : 1470 vòng/phút
Tỉ số truyền : 100,21
Tốc độ đầu ra : 14,7 vòng/phút
Điện áp định mức : 400V
Dòng điện định mức : 66 A
Hệ số công suất : 0.87

NHÓM 14– LỚP TD11

24


Đồ Án Môn Học : Điều Khiển Động Cơ

NHÓM 14– LỚP TD11

GVHD: Ts.Lê Quang Đức

25