NGHIÊN cứu TỔNG QUAN về cầu TRỤC TRONG các NHÀ máy cơ KHÍ THIẾT kế cải TIẾN hệ TRUYỀN ĐỘNG điện

LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập toàn cầu, Việt Nam luôn chú trọng phát triển kinh
tế cũng như việc củng cố quốc phòng, an ninh để có thể đưa Việt Nam thành một
thị trường đầu tư an toàn và có hiệu quả không những trong khu vực mà cũng
như trên toàn thế giới.
Để làm được việc đó Việt Nam phải biết phát triển nền kinh tế từ trong nội
lực của đất nước mình cụ thể hơn là việc vực dậy nền công nghiệp còn non trẻ
của mình và chú trọng đến việc phát triển cơ sở hạ tầng.
Do đó máy móc ngày càng được sử dụng rộng rãi và với mức độ càng
ngày càng hiện đại hơn trong đó bộ phận máy thiết bị nâng và xếp dỡ đóng vai
trò rất quan trọng trong sản xuất và trong vận chuyển hàng hoá, thiết bị nâng đã
góp phần làm giải phóng sức lao động tăng nhanh năng suất lao động tạo điều
kiện cho xí nghiệp đầu tư vào việc cải tiến công nghệ và đưa công nghệ mới vào
quá trình sản xuất.
Cầu trục là một thiết bị nâng được sử dụng rộng rãi trong các nhà xưởng
do nó có nhiều ưu điểm và có kết cấu nhỏ gọn phù hợp với không gian nhà
xưởng. Cầu trục được sử dụng trong xây dựng công trình công nghiệp, trong các
nhà máy luyện kim, trong các nhà máy cơ khí, và trong các cảng biển…
Đặc biệt là trong các nhà máy cơ khí, nhóm thiết bị cầu trục đóng vai trò rất
quan trọng, góp phần lớn vào việc quyết định năng suất và hiệu quả kinh doanh.
Nhưng gắn liền với việc sử dụng cầu trục, là quá trình điều khiển kết hợp giữa
các cơ cấu sao cho đạt được hiệu quả sản xuất là cao nhất. Cùng với sự phát triển
của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, nhóm thiết bị này ngày càng được hoàn thiện,
có tính năng ưu việt hơn, đáp ứng tốt các yêu cầu vận hành như công suất, mức

1


độ tự động hoá cao, vận hành an toàn và hiệu quả… Vì vậy nghiên cứu đánh giá
kỹ thuật nhóm thiết bị này là rất cần thiết, giúp cho ta đi sâu và khai thác tối đa
thiết bị. Ngoài ra còn có thể đưa ra phương án, những giải pháp kỹ thuật hợp lý

để cải tiến phục vụ tốt hơn trong sản xuất.
Sau quá trình học tập tại trường và qua quá trình tìm hiểu thực tế tại công ty
đóng tàu Phà Rừng. Em đã thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu tổng quan về
cầu trục trong các nhà máy cơ khí - Thiết kế cải tiến hệ truyền động điện”.
Đồ án gồm các phần sau:
Chương 1: Khái quát chung về cầu trục phục vụ trong các nhà máy cơ khí.
Chương 2: Đánh giá trang bị điện – điện tử cầu trục ABUS. Đề xuất các
phương án cải tiến hệ truyền động điện.
Chương 3: Tính toán thiết kế cải tiến hệ truyền động điện cầu trục ABUS.
Với sự hướng dẫn tận tình của Ts.Hoàng Xuân Bình, cùng sự giúp đỡ của các
thầy cô trong khoa Điện - Điện tử và các bạn sinh viên lớp ĐC1001, em đã hoàn
thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.
Tuy nhiên do hạn chế về thời gian cũng như về trình độ của bản thân, nên
không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Em mong các thầy cô chỉ bảo để em hoàn
thiện kiến thức của mình hơn nữa.

Hải Phòng, ngày 12 tháng 7 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Bùi Văn Vĩnh

2


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU TRỤC PHỤC
VỤ TRONG NHÀ MÁY CƠ KHÍ
1.1. SƠ LƯỢC CHUNG VỀ CẦU TRỤC PHỤC VỤ TRONG CÁC NHÀ
MÁY CƠ KHÍ
1.1.1. Sự cần thiết của cầu trục trong các nhà máy cơ khí
Ngày nay nền kinh tế thế giới phát triển nhanh chóng gắn liền với sự phát
triển của các ngành sản xuất công nghiệp với mức độ cơ giới hoá, tự động hoá

ngày càng cao, ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại. Nhờ đó mà
năng suất và hiệu quả các quá trình sản xuất ngày càng được nâng cao giảm bớt
sức lao động của con người, đồng thời khối lượng hàng hoá xã hội tạo ra ngày
càng nhiều, điều này đòi hỏi phải có những máy móc chuyên dùng để thoả mãn
nhu cầu nâng vận chuyển. Trong các bến cảng thì cần trục bốc dỡ hàng hoá từ
trên tàu xuống kho bãi hay vận chuyển hàng hoá từ kho bãi xuống tàu, vận
chuyển các container, các máy móc xuất khẩu qua đường biển. Trong các nhà
máy cơ khí thì cầu trục vận chuyển các phôi gia công để lắp lên máy hay vận
chuyển các chi tiết được gia công xong đưa sang công đoạn khác. Còn trong các
nhà máy luyện kim cầu trục vận chuyển cuộn thép, phôi thép hoặc thùng kim
loại nóng chảy để nó vào khuôn đúc vv…
Khi nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Các nhà
máy cơ khí (các công ty đóng tàu, các nhà máy xi măng…) đã bắt đầu được cơ
giới hoá mạnh mẽ, hàng loạt cầu trục được lắp đặt phục vụ cho công tác sản
xuất, sửa chữa trong các nhà xưởng. Vào thời kỳ này, các nhóm cầu trục như
MHE DEMAG, Scanmer, cầu trục 20 tấn…được trang bị nhằm tạo ra nguồn
năng lực dồi dào cho các ngành cơ khí sửa chữa. Do nền kinh tế ngày càng phát
triển, hàng loạt các nhà máy cơ khí được xây dựng, bên cạnh đó lượng hàng hoá
3


xuất khẩu lưu chuyển tăng nhanh. Vì thế mà các thiết bị nâng chuyển trong các
nhà máy phát triển nhanh về số lượng, đa dạng về chủng loại.
Nhìn chung các loại cầu trục này có seri sau hoàn thiện hơn seri trước về kết
cấu động học cũng như kỹ thuật, thiết bị điều khiển. Chúng thoả mãn được nhiều
công nghệ lắp máy cũng như công nghệ bốc xếp di chuyển hàng hoá. Đồng thời
với sự phát triển của công nghệ điều khiển khi kỹ thuật tin học và điện tử hỗ trợ
thì các cầu trục trong nhà máy cũng đa dạng về chủng loại và kỹ thuật điều
khiển, năng suất lao động và trọng tải được nâng lên rõ rệt. Biến tần và thiết bị
lập trình được được đưa vào trong quá trình điều khiển ngày càng nhiều hơn.

Vì tính đa dạng của nó nên cấu tạo của cầu trục cũng rất khác nhau. Tuy
nhiên chúng có các đặc điểm và cơ cấu chung như: Cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di
chuyển dọc, cơ cấu di chuyển ngang và một số cơ cấu phụ để lấy và giữ hàng.
1.1.2. Phân loại cầu trục
1. Phân loại theo tải trọng nâng chuyển hàng hoá
Cầu trục có tải trọng nhỏ: sức nâng chuyển từ 1-5 tấn, được trình bày trong
hình 1.1.

Hình 1.1. Cầu trục trọng tải nhỏ.
4


Cầu trục có tải trọng trung bình: sức nâng chuyển từ 10-30 tấn, được trình bày
trong hình 1.2.

Hình 1.2. Cầu trục trọng tải trung bình.
Cầu trục có tải trọng lớn: sức nâng chuyển từ 30-60 tấn, được trình bày trong
hình 1.3.

Hình 1.3. Cầu trục có trọng tải lớn.

5


Cầu trục có tải trọng rất lớn: sức nâng chuyển từ 80-1200 tấn, được trình bày
trong hình 1.4.

Hình 1.4. Cầu trục trọng tải rất lớn.
2. Phân loại theo đặc điểm công tác
Cầu trục trang bị cho kho bãi và nhà xưởng, được thể hiện trong hình 1.5:

Cầu trục chạy trên ray trang bị cho kho hàng, các phân xưởng cơ khí.

Hình 1.5. Cầu trục cho các kho bãi.

6


Cầu trục loại này có các cơ cấu điều khiển chuyển động chính: Cơ cấu nâng
hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn. Các cầu trục này
thường được thiết kế điều khiển tại chỗ hoặc từ xa, [tr10; TL1].
Cầu trục khung dầm hộp chạy trên đường ray, được thể hiện trong hình 1.6:

Hình 1.6. Cầu trục có dạng hộp chạy trên đường ray.
Được trang bị cho cảng biển, các nhà máy đóng tàu biển. Loại này thường
được thiết kế có tải trọng nâng lớn, năng suất bốc xếp rất cao, làm việc trong
phạm vi quy định. Gồm 3 cơ cấu điều khiển chuyển động: Cơ cấu nâng hạ hàng,
cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn, [tr11; TL1].
Cầu trục bốc xếp contener, được thể hiện trong hình 1.7.
Cầu trục dạng này thường gồm các cơ cấu: Cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển
xe con, cơ cấu di chuyển giàn. Việc cung cấp nguồn cho cầu trục hoạt động bằng
diezen lai máy phát điện đồng bộ. Đặc điểm làm việc của cầu trục giàn bánh lốp
có tính cơ động, năng suất cao, [tr12; TL1].

7


Hình 1.7. Cầu trục bánh lốp trong các cảng biển bốc xếp contener.
3. Phân loại theo kết cấu dầm
Cầu trục một dầm, được thể hiện trong hình 1.8.

Hình 1.8. Cầu trục một dầm.
Cầu trục loại này có một thanh dầm dạng hộp hay dạng xương bắc hai bên
nhà xưởng, tuỳ thuộc vào chiều dài nhà xưởng sẽ có loại cầu trục tương ứng.
Cầu trục hai dầm, được thể hiện trong hình 1.9.
Cầu trục loại này có hai thanh dầm dạng hộp hay dạng xương lắp đặt song
song nhau cách nhau một khoảng tuỳ vào trọng tải của mỗi cầu trục.
8


Hình 1.9. Cầu trục hai dầm.
1.1.3. Các phương pháp nghiên cứu đánh giá thiết bị điện của cầu trục
1.Các phương pháp nghiên cứu đánh giá cầu trục
Để nghiên cứu đánh giá về cầu trục người ta dựa trên hai quan điểm đó là:
* Quan điểm điều khiển:
Khi thiết kế hệ thống điều khiển, các nhà thiết kế thông thường đã dùng kỹ
thuật tối ưu hoá các biến điều khiển (tối ưu hoá số tiếp điểm của các công tắc tơ
rơle…) để xây dựng mạch điều khiển cho các cầu trục. Đây là các thiết bị dùng
để thực hiện các luật điều khiển nhất định
Điều khiển chuyển động nâng hạ hàng, di chuyển hàng hoá treo trên móc cầu
trục theo quỹ đạo mong muốn trong không gian hoạt động của cầu trục có thể
thực hiện đồng thời nhờ 3 cơ cấu: nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con và cơ
cấu di chuyển giàn. Việc điều khiển chuyển động của các cơ cấu có thể thực hiện
điều khiển tại chỗ hoặc từ xa.
Tuy nhiên trong thực tế hiện nay điều khiển chuyển động của cầu trục bốc xếp
9


hàng hoá được thiết kế để người vận hành trực tiếp điều khiển quỹ đạo chuyển
động của hàng hoá, quyết định tốc độ nâng hạ và di chuyển tuỳ theo từng điều
kiện công tác và chủng loại hàng hoá cụ thể.

Chính vì vậy mà hệ thống điều khiển chuyển động cho các cơ cấu của cầu
trục thường được thiết kế hoạt động độc lập với nhau. Việc khai thác tối ưu năng
xuất thiết kế phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật điều khiển của người vận hành, cũng
như cấu trúc điều khiển của các hệ thống điều khiển chuyển động. Điều khiển
các hệ thống điều khiển truyền động điện cho chuyển động của các cơ cấu của
cầu trục được thiết kế rất đa dạng. Để thuận tện cho quá trình tổng hợp và phân
tích các hệ thống điều khiển chúng ta dựa vào các đặc điểm sau [tr99;1]:
a. Hệ thống điều khiển sử dụng công tắc tơ – rơle để điều khiển quá trình
khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ cho động cơ thực hiện.
b. Hệ thống điều khiển việc cấp nguồn cho động cơ thực hiện bằng cách
điều khiển các bộ biến đổi công suất như hệ F-Đ (hệ thống máy phát - động cơ);
BBĐT - Đ (bộ biến đổi Tiristor - động cơ điện một chiều); (Bộ biến tần - động
cơ không đồng bộ).
c. Hệ thống điều khiển kết hợp giữa công tắc tơ rơ le cấp nguồn cho động cơ
thực hiện, thay đổi giá trị điện trở phụ trong mạch phần ứng của động cơ một
chiều hoặc điện trở phụ trong mạch rotor của động cơ không đồng bộ rotor dây
quấn, kết hợp điều khiển phụ tải động để tạo ra các đặc tính mong muốn.
d. Hệ thống điều khiển ứng dụng thiết bị PLC điều khiển các hệ thống
truyền động điện với sự giám sát bằng máy tính.
Mạch cấp nguồn cho các hệ thống điều khiển truyền động điện cho các cơ cấu
chính, các hệ thống truyền động phụ và hệ điều khiển giám sát sự hoạt động của
cầu trục có các đặc điểm sau:
Điều khiển cấp nguồn cho toàn bộ cầu trục trong chế độ hoạt động và chế độ

10


không hoạt động. Nguồn điện dùng cho cầu trục bao gồm nguồn điều khiển,
nguồn động lực cung cấp cho các động cơ truyền động. Đồng thời hệ thống cấp
nguồn thực hiện các bảo vệ cần thiết cho cầu trục như: bảo vệ ngắn mạch động

lực, bảo vệ không, bảo vệ quá tải các động cơ truyền động.
* Quan điểm năng lượng:
Cầu trục trong các nhà xưởng thường được thiết kế với tải trọng nâng hạ hoặc
di chuyển trung bình và lớn. Vì vậy khi nghiện cứu cần phải chú ý đến khả năng
cung cấp công suất cũng như độ an toàn, tin cậy của các động cơ thực hiện. Để
phân tích được các đặc tính đặc trưng của hệ truyền động điện các nhóm cầu trục
này thì ta phải xuất phát từ các nguyên tắc cơ bản của truyền động điện sử dụng
trong thiết bị nâng chuyển. Khi đã phân tích được điều đó mới có thể ứng dụng
và vận dụng một cách thành thạo các công tác điều chỉnh hệ thống thoả mãn các
yêu cầu công nghệ.
Hiện nay phần lớn các cơ cấu của cầu trục được thực hiện bởi các động cơ
điện, cung cấp điện cho hệ thống truyền động có dạng sau:
- Cung cấp điện từ lưới qua các thanh góp điện cố định, loại này thường là
cầu trục phân xưởng.
- Cung cấp điện từ lưới qua các cuộn cáp điện, loại này thường dùng đối với
cầu trục di chuyển theo đường ray trên mặt đất.
2. Phương pháp chung để đánh giá khả năng phục vụ của thiết bị điện
của cầu trục
Để đánh giá khả năng phục vụ của thiết bị điện phục vụ bốc xếp hàng hoá
thường có 2 phương pháp sau:
- Phương pháp thứ nhất: Đó là phương pháp thống kê khả năng hoạt động
và số lần hỏng hóc trong một giai đoạn nhất định, trong một năm hoặc trong
nhiều năm mà đưa ra kết luận.

11


- Phương pháp thứ hai: Là dựa vào tính năng kỹ thuật, kết cấu của từng
thiết bị, khí cụ điện, máy điện cũng như xuất xứ của chúng. Phương pháp này
cho kết quả nhanh song đòi hỏi người đánh giá phải có chuyên môn cao. Cũng từ

kết quả đánh giá đó xây dựng quy trình khai thác vận hành cho hợp lý.
1.2. ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỌ CẦU TRỤC
TRONG CÁC NHÀ MÁY CƠ KHÍ
1.2.1. Đặc điểm chung
Cầu trục là thiết bị nâng vận chuyển được dùng nhiều ở các bến bãi, các phân
xưởng trong các nhà máy nơi có yêu cầu về nâng vận chuyển hàng hoá. Cầu trục,
có nhiều chuyển động, các cơ cấu chính của cầu trục là:
- Cơ cấu nâng hạ hàng
- Cơ cấu di chuyển xe con
- Cơ cấu di chuyển giàn
Ngoài ra cầu trục còn có các cơ cấu truyền động phụ như: Cơ cấu thu thả dây
cáp nguồn, điều khiển và giữ cho cáp khung cầu luôn căng, các thiết bị thông gió
cho cabin công tác.
Phần lớn môi trường làm việc của các cầu trục trong các nhà máy cơ khí là rất
khắc nghiệt, nóng ẩm và nhiều bụi. Chế độ làm việc của các cầu trục này là chế
độ ngắn hạn lặp lại, khởi động và hãm thường xuyên.
Tất cả truyền động cho các cơ cấu đều cần phải điều chỉnh tốc độ, lực và gia
tốc. Hàng hoá được dịch chuyển theo quỹ đạo trong không gian, cho nên thường
phải phối hợp hai hoặc ba truyền động cùng một lúc…
Do vậy để đảm bảo có được những đặc điểm trên thì đối với những thiết bị
nâng chuyển nói chung và đối với cầu trục trong các nhà máy cơ khí nói riêng
các bộ truyền động phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật dưới đây.

12


1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ truyền động sử dụng trong cầu trục
[tr16; TL1]
1. Cần đảm bảo tốc độ nâng chuyển với tải trọng định mức
Tốc độ chuyển động tối ưu của hàng hoá được nâng chuyển là điều kiện trước

tiên để nâng cao năng suất bốc xếp hàng hoá, đưa lại hiệu quả kinh tế tốt nhất
cho sự hoạt động của cầu trục. Nếu tốc độ thiết kế quá lớn sẽ đòi hỏi kích thước
trọng lượng của các bộ truyền động cơ khí lớn, điều này dẫn đến giá thành chế
tạo cao.
Mặt khác tốc độ nâng hạ tối ưu đảm bảo cho hệ thống điều khiển chuyển
động cho các cơ cấu thỏa mãn các yêu cầu về thời gian đảo chiều, thời gian hãm,
làm việc liên tục trong chế độ quá độ, gia tốc và độ giật thoả mãn yêu cầu.
Ngược lại tốc độ quá thấp sẽ ảnh hưởng đến năng xuất bốc xếp hàng hoá. Thông
thường tốc độ chuyển động của hàng hoá ở chế độ định mức nằm trong phạm vi
(0,2-1)m/s hay (12-60)m/p.
2. Có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng
Phạm vi điều chỉnh tốc độ của các cơ cấu điều khiển chuyển động là điều kiện
cần thiết để nâng cao năng xuất bốc xếp đồng thời thoả mãn yêu cầu của công
nghệ bốc xếp với nhiều chủng loại hàng hoá. Cụ thể là: khi nâng và hạ móc
không hay tải trọng nhẹ với tốc độ cao, còn khi có yêu cầu khai thác phải có tốc
độ thấp và ổn định để hạ hàng hoá vào đúng vị trí yêu cầu.
Vì vậy số cấp tốc độ cho các cơ cấu điều khiển chuyển động của cầu trục ít
nhất là 3 cấp tốc độ. Cấp tốc độ thấp nhằm thoả mãn công nghệ khi nâng và hạ
hàng chạm đất, cấp tốc độ cao là tốc độ tối ưu cho từng cơ cấu, giữa hai cấp tốc
độ này thường được thiết kế thêm các tốc độ trung gian để thoả mãn công nghệ
bốc xếp hàng hoá cũng như sự ổn định của cầu trục.
3. Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ

13


Các cơ cấu điều khiển chuyển động trên cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn
lặp lại, thường hệ số đóng điện ε% = 40% vì vậy thời gian quá độ chiếm hầu hết
thời gian công tác. Do đó việc rút ngắn thời gian quá độ là biện pháp cơ bản để
nâng cao năng xuất. Thời gian quá độ trong các chế độ công tác là thời gian khởi

động và thời gian hãm trong quá trình tăng tốc và giảm tốc. Để rút ngắn thời gian
quá độ cần sử dụng các biện pháp như: Chọn động cơ có mômen khởi động lớn;
Giảm mômen quán tính của các bộ phận quay; Dùng động cơ điện có tốc độ
không cao (1000-1500) v/ph.
Đối với động cơ điện một chiều, mômen khởi động phụ thuộc vào giới hạn
của các phiến góp vì vậy thường chọn dòng khởi động Ikđ = (2-2,5)Iđm.
Đối với động cơ xoay chiều mômen khởi động phụ thuộc vào loại động cơ,
với động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc mômen khởi động có thể đạt 1,5I đm,
còn với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn về nguên tắc mômen khởi động
có thể chọn bằng mômen tới hạn Mmax.
4. Có trị số hiệu suất cosφ cao
Công tác khai thác hợp lý cầu trục trong bốc xếp hàng hoá là một yếu tố để
nâng cao tính kinh tế của hệ thống điều khiển. Như chúng ta đã biết hệ thống
truyền động điện của các cần trục thường không sử dụng hết khả năng công suất,
hệ số tải thường trong khoảng 0,3 - 0,4. Do vậy khi chọn các động cơ truyền
động ta phải chọn loại có hiệu cosφ cao và ổn định trong phạm vi rộng, làm việc
tin cậy.
5. Đảm bảo an toàn hàng hoá
Đảm bảo an toàn cho hàng hoá, thiết bị và công nhân bốc xếp là yêu cầu cao
nhất trong công tác khai thác vận hành cầu trục. Để thực hiện điều đó thì các bộ
truyền động cần phải có quy trình an toàn cho công tác vạn hành và điều khiển
cầu trục trong quá trình hoạt động.

14


Trong quá trình tính toán thiết kế phải chọn các hệ số dự trữ hợp lý. Kỹ thuật
điều khiển chuyển động cầu trục cần có các hệ thống giám sát, bảo vệ tự động
các hệ thống. Ngoài ra còn có các hệ thống đo lường và bảo vệ quá tải cho cơ
cấu nâng hạ hàng.

Hệ thống điều khiển bắt buộc phải có đầy đủ các bảo vệ sự cố, bảo vệ không,
bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải cho động cơ thực hiện và bảo vệ dừng khẩn
cấp.
Các loại phanh hãm cho các hệ thống làm việc phải có tính bền vững cao.
6. Điều khiển tiện lợi và đơn giản
Để đảm bảo thuận lợi cho người điều khiển, việc thiết kế thiết bị điều khiển
phải được bố trí thuận tiện và thống nhất giữa các loại cầu trục. Đồng thời người
điều khiển có thể sử dụng các lệnh khẩn cấp một cách thuận tiện và dễ dàng.
7. Ổn định nhiệt cơ và điện
Các cầu trục thông thường được lắp ráp để vận hành ở các nơi có nhiệt độ và
độ ẩm cao, các khu vực làm việc thường có nhiệt độ biến đổi theo mùa rõ rệt. Vì
vậy các thiết bị điện phải được chế tạo thích hợp với môi trường công tác.
8. Tính kinh tế và kỹ thuật cao
Thiết bị chắc chắn, kết cấu đơn giản, trọng lượng và kích thước nhỏ, giá thành
hạ, chi phí bảo quản và chi phí năng lượng hợp lý.
1.3. CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ CẦU TRỤC TRONG
NHÀ MÁY CƠ KHÍ
1.3.1. Đặt vấn đề
Nhóm các cầu trục SWF 50/10 tấn, ABUS, MHE, cổng trục dầm đôi SWL 10
tấn, cầu trục 20 tấn… được sử dụng hầu hết ở các nhà máy cơ khí, đóng tàu và
sửa chữa tàu biển. Đặc biệt ở Hải Phòng, nhóm cầu trục này được sử dụng ở nhà

15


máy đóng tàu Phà Rừng, Nam Triệu, Bạch Đằng, xi măng Ching Fong Hải
Phòng,…
Nhóm cầu trục MHE, cầu trục 20 tấn thuộc nhóm các thiết bị sản xuất trước,
do đó kết cấu hệ thống tư ơng đối đơn giản. Vật tư thiết bị lắp ráp từ nước ngoài.
Đối với nhóm cầu trục SWF, cổng trục dầm đôi, cầu trục ABUS thuộc nhóm

các thiết bị sản xuất sau, do đó kết cấu được trang bị đồng bộ hơn về kỹ thuật và
được cải tiến hơn về công nghệ thuận lợi hơn về điều kiện hoạt động, song đòi
hỏi sự chính xác khi hoạt động cũng như người vận hành phải có kiến thức nhất
định.
Tóm lại, để đánh giá được ưu nhược điểm của họ cầu trục chúng ta phải tìm
hiểu về mạch kết cấu cũng như thiết bị điều khiển, tìm ra được những giống nhau
và khác nhau giữa chúng. Trên cơ sở kết hợp với thực tiễn đánh giá một cách
khách quan về khả năng hoạt động của chúng.
1.3.2. Đánh giá về mạch và thiết bị điều khiển
1. Với cầu trục 20 tấn
Cầu trục 20 tấn là một trong những cầu trục được sử dụng lâu đời và rộng rãi
trong các nhà máy, xí nghiệp.
Về thiết bị điều khiển: Thiết bị điều khiển hầu hết là đơn giản, không hiện
đại. Các phần tử chính chuyên dùng là các công tắc tơ, rơle, các nút ấn. Các thiết
bị bảo vệ còn thiếu và ít có khả năng tự động nên độ an toàn cho người và thiết
bị còn thấp.
Về mạch: Cầu trục 20 tấn có cấu tạo mạch đơn giản, các động cơ truyền động
cho các cơ cấu là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có sử dụng phanh đĩa
AC 380V kiểu điện từ thường đóng (nguồn điện cấp cho phanh được lấy từ
nguồn điện động cơ). Có thể đảo chiều quay các động cơ bằng tiếp điểm các

16


công tắc tơ. Việc thay đổi tốc độ hoạt động của động cơ chưa được đề cập đến, ở
đây cầu trục làm việc chỉ với một tốc độ nhất định có nút dừng khẩn cấp.
Nói chung phần mạch và các thiết bị của cầu trục có độ chính xác không cao.
Nhưng nhìn chung vẫn hoạt động bình thường và chưa có sự cố nghiêm trọng
xảy ra.
2. Với cầu trục SWF 50/10 tấn

Về mạch: Có cấu tạo mạch không quá phức tạp, nguồn cấp cho cầu trục dùng
thanh quẹt – ray điện an toàn. Cấp điện cho cơ cấu xe con bằng cáp mềm sâu đo.
Về thiết bị điều khiển: Ngoài các phần tử chính chuyên dùng là các công tắc
tơ, rơle để cải thiện điều kiện làm việc của cầu trục còn có thêm các thiết bị bảo
vệ như: cầu chì, aptomat, thiết bị bảo vệ quá tải MCE, công tắc giới hạn hành
trình, còi báo lỗi… Giúp cho các thiết bị được đảm bảo an toàn trong công tác
vận hành.
Trong các cơ cấu của cầu trục còn sử dụng biến tần để điều chỉnh tốc độ động
cơ, cụ thể là: cơ cấu di chuyển xe con được điều khiển bởi biến tần E - A1
D2M003FP10AWN; còn cơ cấu di chuyển xe cầu được điều khiển bởi biến tần
SJ300 - 110HFEF của hãng HITACHI. Việc sử dụng biến tần trong quá trình
hoạt động của cầu trục tạo được nhiều ưu điểm, như:
- Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị đặt mong muốn
- Giảm được các xung lực khi khởi động.
- Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở
không đổi trong vòng điều chỉnh mômen.
- Độ tin cậy cao, với kỹ thuật tin học và điện tử công suất ngày càng phát
triển, các thiết bị bán dẫn và kỹ thuật biến đổi điện năng công suất lớn được đưa
vào sử dụng phổ biến thì ngày càng làm cho kỹ thuật điều chỉnh tốc độ đạt được
chỉ tiêu về chất lượng và kinh tế.

17


Việc sử dụng bộ biến tần trong hai cơ cấu di chuyển xe con và xe cầu làm
cho hệ thống cầu trục đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều chỉnh tốc độ
rộng, điều khiển trơn, hãm dừng chính xác.
3. Với cổng trục dầm đôi SWL 10 tấn
Cổng trục SWL thuộc thế hệ sản xuất sau hơn do đó cấu tạo mạch có phức tạp
hơn, tuy nhiên thiết bị điều khiển hiện đại hơn, do đó nâng cao được khả năng

làm việc.
Về mạch: Việc cấp nguồn cho toàn hệ thống cổng trục hoạt động được sử
dụng hệ dẫn điện kiểu thanh quẹt 3 pha trong hộp kín. Mạch các thiết bị bảo vệ
và báo lỗi được trang bị đầy đủ hơn các thế hệ cầu trục trước, có thêm bộ kiểm
pha kiểm tra nguồn động lực, có thêm mạch điện chiếu sáng trong quá trình làm
việc.
Về thiết bị điều khiển: Ngoài các phần tử chính chuyên dùng là các công tắc
tơ, rơle để cải thiện điều kiện làm việc của cầu trục còn có thêm các thiết bị bảo
vệ như: Aptomat, cầu chì, bộ kiểm pha, hệ thống đèn quay, đèn báo lỗi, các đèn
báo pha, đèn lỗi nguồn.
Trong các cơ cấu của cổng trục còn sử dụng các thiết bị điều khiển là biến
tần, thiết bị bảo vệ quá tải, cụ thể là: Trong cơ cấu nâng hạ hàng có thêm bộ giới
hạn tải, nếu hệ thống bị quá tải thì bộ giới hạn sẽ có còi báo lỗi và cắt nguồn cấp
cho quá trình nâng hạ. Còn trong cơ cấu di chuyển xe con và di chuyển cổng trục
sử dụng biến tần SJ200, SJ700 của hãng HITACHI để điều khiển tốc độ và đảo
chiều quay cho các động cơ di chuyển. Cũng như đã nhận xét ở cầu trục SWF
50/10 thì việc sử dụng biến tần cũng được nhiều ưu điểm trong quá trình hoạt
động nên các thế hệ cầu trục càng về sau càng sử dụng nhiều hơn nhằm đạt hiệu
quả sản xuất cao nhất.

18


Tóm lại, qua chương 1 ta đã hiểu qua về sự phát triển của cầu trục trong các
nhà máy cơ khí tại Hải Phòng. Chúng ta đã chỉ ra được những đặc điểm nổi bật
của họ cầu trục được sản xuất từ trước đến nay. Đánh giá khách quan về những
ưu điểm của mỗi dòng cầu trục. Từ đó chúng ta có một cái nhìn tổng quan về cầu
trục trong các nhà máy, về sự phát triển của chúng trong việc vận chuyển hàng
hoá. Ở chương tiếp theo, chúng ta sẽ đi sâu phân tích trang bị điện điện tử của
Cầu trục ABUS để từ đó đưa ra các phương án thiết kế cải tiến hệ truyền động

điện của cầu trục.

19


CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CẦU
TRỤC ABUS. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN HỆ
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN.
2.1. TRANG BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ CHO CẦU TRỤC ABUS PHỤC VỤ
TRONG NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU PHÀ RỪNG
2.1.1. Các bộ phận chính của cầu trục ABUS
Các bộ phận chính của cầu trục ABUS được thể hiện trong hình 2.1 [TL2]
Bao gồm:
- Tời nâng.
- Xe con.
- Tủ điện điều khiển.
- Động cơ xe con.
-

Ray xe con.

- Dầm cầu trục.
- Dầm biên.
- Động cơ dầm biên.
- Tủ điện cầu trục.
- Cáp cấp nguồn xe con.
- Tay điều khiển nút bấm.
- Ray điện an toàn cầu trục.
Tuỳ thuộc vào tải trọng nâng và không gian hoạt động mà cấu trúc của cầu
trục có thể có thêm cabin điều khiển và một số bộ phận khác. Cầu trục ABUS có

cabin được bố trí ở phía dưới mặt sàn thao tác của cầu trục sao cho phù hợp với
tầm quan sát của người ngồi điều khiển khi cầu trục hoạt động. Bên trong cabin
là chỗ ngồi điều khiển, có các bảng điều khiển và tay trang điều khiển.
20


c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng iso 9001 - 2000
cÇu trôc 40t x 31.11 m

abus

Hình 2.1. Sơ đồ tổng thể các bộ phận cầu trục ABUS.

21


Một số điểm cần lưu ý khi sử dụng cầu trục ABUS
Cầu trục dầm đôi với 2 dầm chính dạng hộp chống xoắn. Khi chế tạo hàng
loạt thì không có mặt sàn.
Giới hạn hành trình xe chạy được hàn trên phần đệm xe chạy và được lắp trên
cả hai bên của dầm chính.
Dầm bánh xe di chuyển tải (dầm đầu) ở dạng hộp được hàn tự động. Ổ đỡ
bánh xe và bề mặt dầm chính được kẹp chặt với nhau bằng máy CNC đảm bảo
chính xác vị trí của bánh xe. Dầm chính và dầm chuyển tải được bắt với nhau bởi
bulông độ căng dãn cao nó phải được bắt chặt ở mô men xoắn xác định.
Hệ thống bánh răng dẫn động đảm bảo di chuyển và dừng nhẹ nhàng, ít phải
bảo dưỡng khi chuyển đổi cực của động cơ.
Thiết bị điện: Sử dụng loại phích nối điện đảm bảo nối điện an toàn nhanh
chóng và dễ dàng.
Công việc liên quan đến hệ thống điện phải là người có chuyên môn. Nguồn

điện cung cấp phải được ngắt trước khi bắt đầu công việc.
Đường điện chính: Tiết diện dây dẫn đối với mạch điện từ mạch điện trung
tâm qua công tắc chính tới tiếp điểm dây dẫn đầu vào phải được xác định bởi
người điều khiển. Tiết diện của dây dẫn phải đảm bảo hiệu điện thế tại đầu vào
của hệ thống dây dẫn không dưới giá trị nhỏ nhất quy định, sai số không quá 5%.
Công tắc chính không ở trong hệ thống cầu trục hoặc Palăng và mục đích
chính của nó là ngắt mạch tới hệ thống cầu trục và palăng từ nguồn điện để phục
vụ việc sửa chữa và bảo dưỡng. Khi cần thiết công tắc này có thể được dùng để
dừng mọi chuyển động trong trường hợp khẩn cấp.
Hệ thống dây nối tiếp điểm dựa an toàn ABUS ASL được sử dụng cho cầu
trục giàn và xe chạy tự hành. 4 thanh góp ( 3 dây pha + 1 nối đất ) với bảo vệ
tiếp điểm được lắp đặt trong vỏ bọc nhựa. Dây nối được lắp trên giá công xon

22


song song trên cầu trục hoặc xe chạy. Khoảng cách công xon tối đa là 2000 mm
hoặc có thể ít hơn.
Công tắc giảm tốc độ cầu trục hoặc xe chạy tới tốc độ thấp trước khi kết thúc
đường chạy. Công tắc dạng này ngăn chặn cầu trục và palăng đang chạy với tốc
độ cao đột ngột dừng lại gây ra rung động tải trọng dẫn đến nguy hiểm có thể
gây ra hư hỏng hoặc tai nạn. Công tắc giới hạn tốc độ trên cả 2 phương. Cầu trục
hoặc palăng có thể được tăng tốc khi ra rời khu vực tốc độ thấp đạt được tốc độ
đúng của nó trong hướng khác.
2.1.2. Chức năng các phần tử và nguyên lý làm việc của cầu trục
1. Giới thiệu chung
Cầu trục ABUS hai dầm chính 40 tấn gồm 06 động cơ chính lai các cơ cấu
truyền động và 02 động cơ quạt gió làm mát động cơ nâng hạ hàng, các phanh
điện từ và các phần tử khác:
Động cơ M61 và M62 là động cơ di chuyển xe cầu, di chuyển dọc phân

xưởng (bridge drive).
Động cơ 1M21 và 2M21 là hai động cơ nâng hạ hàng (hoist motor) được lắp
chung vào một hộp số (có thông số giống nhau). Hai quạt gió M11 gắn trực tiếp
ở đuôi động cơ 1M21 và 2M21 để làm mát.
Động cơ M41 và M42 là động cơ di chuyển xe con (trolley drive motor).
Các động cơ này sử dụng phương pháp hãm dừng bằng phanh điện từ.
Mạch điện bao gồm các động cơ, phanh điện từ, dây dẫn, cầu đấu dây, hộp
điều khiển, và các khí cụ điện cần thiết như cầu dao aptomat hay công tắc tơ, cầu
chì...
2. Chức năng các phần tử cơ bản và nguyên lý làm việc của cơ cấu di
chuyển xe cầu.

23


Trước khi đi vào phân tích các chức năng của cầu trục ABUS ta qui ước các
bản vẽ của cầu trục. Sheet 1, 2, 3... là số thứ tự các bản vẽ, from là số thứ tự tập
bản vẽ. Ví dụ 1A là bản vẽ tay trang điều khiển, 2A, 3A, 4A là bản vẽ biểu diễn
mạch nguyên lý của cơ cấu di chuyển xe cầu. Bản vẽ 5A và 7A biểu diễn cơ cấu
nâng hạ, bản vx 6A, 8A biểu diễn cơ cấu di chuyển xe con....
*) Mạch động lực:
Sơ đồ mạch động lực của cơ cấu di chuyển cầu được thể hiện trên bản vẽ 2A,
[TL2].
Mạch động lực được lấy điện trực tiếp từ nguồn điện chính của cầu trục. Bao
gồm các thiết bị chính như sau:
T61, T62 là bộ cảm kháng nguồn.
Z62 là bộ lọc chính.
R67 là điện trở hãm.
U61 là bộ biến tần để điều khiển thay đổi tốc độ động cơ di chuyển xe cầu.
U62 là khối chỉnh lưu có nhiệm vụ tạo ra dòng một chiều cung cấp cho

phanh điện từ.
M61 và M62: Hai động cơ là 2 động cơ truyền động cho cầu trục di chuyển
dọc nhà xưởng.
Y1 là phanh điện từ.
F60 cầu chì bảo vệ ngắn mạch.
S71.1, S71.2: Công tắc giới hạn hành trình (theo chiều tiến); S71.3 và S71.4
(theo chiều lùi).
*) Mạch điều khiển
Sơ đồ vị trí tay trang điều khiển được biểu diễn trên bản vẽ 1A và sơ đồ mạch
điều khiển trên hình 4A, [TL2].
Mạch gồm có:

24


S31.1 tiếp điểm công tắc giới hạn hành trình đảm bảo sự chuyển mạch an
toàn.
K1: Cuộn hút của công tắc tơ K1.
S71.1, S71.2, S71.3, S71.4: Các tiếp điểm của các công tắc giới hạn hành
trình hoặc thay thế là các tiếp điểm của các cảm biến quang (đèn báo di chuyển)
B74 và B75.
*) Nguyên lý hoạt động
Nguồn cấp điện chính cho hệ thống là 3/PE-50Hz; 380V, được lấy qua hệ
thống thanh trượt và cấp cho cầu trục qua phích cắm X0. Nguồn chính được bảo
vệ bởi cầu chì tổng F1 và được khống chế bởi contactor chính K1. Thông qua
biến áp hạ áp T1 (380/48 V) cấp nguồn cho mạch điều khiển (bảo vệ nguồn sơ
cấp là F10, F11 và bên thứ cấp là F12).
Ban đầu cầu trục chưa hoạt động, tức vị trí của tay điều khiển S61 ở vị trí 0,
K1 chưa có điện, chưa cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động.
Giả sử cầu trục đang ở chế độ làm việc bình thường. K1 đã đóng cấp điện cho

toàn bộ hệ thống.
Khi di chuyển theo chiều tiến về phía trước (có sự tham gia của tay trang điều
khiển S61):
Đưa tay điều khiển S61 tới vị trí 1, làm đóng tiếp điểm S61(13-14) đưa điện
qua chân số 5 của khối chỉnh lưu U62 và đưa tới đầu X2(13, 8, 9) của biến tần
U61 để thực hiện điều khiển di chuyển cơ cấu xe cầu tiến về phía trước với tốc
độ chậm.
Nếu muốn di chuyển với tốc độ nhanh hơn thì ta chuyển tay trang S61 sang vị
trí 2, khi đó S61(13-14) vẫn đóng nhưng có thêm S61(33-34) đóng đưa điện vào
chân số 3 của U62, sau đó vào U61 và từ đây đưa ra tín hiệu điều khiển cầu di
chuyển với tốc độ nhanh hơn.

25