thiết kế cải tiến cơ cấu nâng hạ cần trục kone

LỜI MỞ ĐẦU
Ở nước ta với địa hình có bờ biển dài và nhiều sông lớn, từ lâu ngành
vận tải thuỷ đã hình thành, phát triển và ngày càng đóng vai trò quan trọng
trong nền kinh tế. Theo đó ngành công nghiệp đóng tàu cũng ngày càng được
quan tâm đầu tư phát triển, để đáp ứng nhu cầu trong nước và hội nhập với
thế giới.
Trong các công ty đóng tàu, nhóm thiết bị cần trục cầu trục có vị trí rất
quan trọng, góp phần lớn vào việc quyết định năng suất và hiệu quả kinh tế
của công ty. Cùng với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, nhóm thiết bị
này cũng ngày càng được hoàn thiện. Đặc biệt các thiết bị nhập khẩu từ nước
ngoài có nhiều tính năng ưu việt, đáp ứng tốt những yêu cầu vận hành như
đáp ứng đủ công suất, mức độ tự động hoá cao, vận hành an toàn hiệu quả…
Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá kỹ thuật nhóm cần trục là rất cần thiết, giúp
cho ta hiểu sâu và khai thác tối ưu năng suất thiết bị. Ngoài ra còn có thể đưa
ra những cải tiến, những giải pháp kỹ thuật hợp lý nhằm hoàn thiện nhóm
thiết bị, phục vụ tốt hơn cho sản xuất mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Em xin chân thành cảm ơn !


Chương 1 : Khái quát chung về dự án thiết kế cải tiến hệ thống điều khiển cơ
cấu nâng hạ hàng cần trục Kone
1.1.

khái quát chung về cơ cấu nâng hạ hàng
Cần trục chân đế KONE được hãng CRANES của Phần Lan thiết kế và lắp đặt

tại Công ty vào trước những năm 1986. Cần trục này có đặc tính điều chỉnh tốc độ
thích hợp cho bốc xếp hàng hoá tại cảng biển và nâng chuyển trong công nghiệp
lắp máy cho ngành đóng và sửa chữa tàu biển.

Hình 1.1 Cần trục Kone trong thực tế
Cần trục Kone có các cơ cấu chính:
Cơ cấu nâng hạ hàng
Cơ cấu nâng hạ cần
Cơ cấu di chuyển chân đế
Cơ cấu quay mâm
Nguyên lý hoạt động chung của cơ cấu nâng hạ hàng:
Động cơ truyền động thông qua hệ thống các bánh răng trong bộ truyền động cơ
khí. Truyền chuyển động tới trống tời. Trống tời quay quấn hoặc nhả dây cáp theo
chiều của tay trang điều khiển.Tại cabin điều khiển, người vận hành sẽ thực hiện
các thao tác điều khiển cũng nhận biết được các chế độ hoạt động của thiết bị. Tại
đây người điều khiển có thể quan sát được tất cả không gian xung quanh cần cẩu.
Kết hợp với sự chỉ dẫn mặt đất thông qua bộ đàm, điều này làm cho việc vận hành


được an toàn đối với công nhân lao động và thiết bị.Đặc điểm của cơ cấu này là
động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng là động cơ không đồng bộ 3 pha
rôto lồng sóc điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp
lại.
1.2.

Xây dựng cấu trúc hệ thống cải tiến truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ
hàng
Động cơ dùng trong cơ cấu nâng hạ hàng là động cơ không đồng bộ rotor dây
quấn loại M25MATS3 có thông số kĩ thuật như sau:
Công suất định mức:
Hệ số công tác ngắn hạn:
Điện áp định mức:
Dòng điện định mức:
Tốc độ định mức:

Điện áp roto:
Dòng điện roto:
Điện trở roto:

1.3.

Pdm = 65 kW
ED = 40%
Udm = 380 V.
Idm = 117 A.
ndm = 964 vg/ph.
U2 = 400V
I2 = 86A.
R2 = 0,049 Ω/200C

Các yêu cầu kĩ thuật với dự án
Cần đảm bảo tốc độ nâng chuyển định mức
Có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng
Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ
Có trị số cos cao
Đảm bảo an toàn hàng hóa
Điều khiển tiện lợi và đơn giản
Ổn định nhiệt cơ điện
Tính kinh tế và kĩ thuật cao


Chương 2: Mạch truyền động điện và trang bị điện cải tiến cơ cấu nâng hạ
hàng cần trục Kone
2.1 Phương án cải tiến cơ cấu nâng hạ hàng
Cấu trúc điều khiển các hệ thống dùng PLC và dùng bộ biến tần cấp cho động cơ

không đồng bộ rô to lồng sóc cho cần trục và cầu trục (Là hệ hay được sử dụng
cho các loại cần trục hiện nay)
Sơ đồ cấu trúc điều khiển độc lập cho hệ thống truyền động điện điều khiển
chuyển động cho cần trục và cầu trục như trên( hình 2.1.1.), chức năng cơ bản của
các khâu như sau:
Tay điều khiển: Tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống tương ứng với 3 trạng thái của
tay điều khiển. Vị trí”0” hệ thống sẵn sàng hoạt động; Khi tay điều khiển được
dịch chuyển về phía “UP - DOWN” đối với cơ cấu nâng hạ hàng hoặc nâng hạ cần:
Về phía “L - P” đối với cơ cấu quay, cơ cấu di chuyển; tay điều khiển tạo ra tín
hiệu chọn chiều cho hệ thống bằng cảm biến vị trí liên động với tay điều khiển.
Đồng thời tay điều khiển được nối liên động với trục của Encoder tạo ra các tín
hiệu dạng số điều khiển giá trị tốc độ quay của động cơ. Thông thường các
Encoder lần lượt là 20, 21, 22, 23 , 23 , 25 26 , 27. Nhờ vậy tay điều khiển sẽ tạo ra 10
bit tín hiệu điều khiển (2 bit chiều và 8 bit tốc độ).
1.Bộ mã hoá: Bộ mã hoá tín hiệu vị trí tay điều khiển nhằm nâng cao năng suất tín
hiệu điều khiển, tăng khả năng chống nhiễu, truyền tín hiệu đi xa.
2.Bộ điều khiển logic khả trình PLC: Bao gồm CPU, các modul dầu vào số DO,
các modul dầu vào ra DI kết nối với các hệ thống điều khiển. Để đảm bảo tính tác
động nhanh cho hệ thống, PLC biến đổi tín hiệu từ tay điều khiển dạng số thành tín
hiệu tương tự điều khiển biến tần. Đồng thời thông qua PLCcung cấp thông tin
giám sát sự hoạt động của toàn bộ hệ thống.
3.Thiết bị đóng cắt: Các công tắc tơ MC dùng để đóng, cắt nguồn cấp cho bộ biến
tần động cơ không đồng bộ và các thiết bị thực hiện khác.
4.Bộ biến đổi: Bộ biến tần dùng để điều khiển điện áp, tần số cấp cho động cơ theo
luật điều khiển được thiết kế và lưu giữ trong CPU của biến tần, đồng thời thông
qua biến tần có thể quan sát và đặt các thông số bảo vệ động cơ...
5.Động cơ thực hiện: Thông thường là động cơ điện không đồng xoay chiều 3 pha
rô to lồng sóc dùng để truyền động cho hệ thống
6.Thiết bị quan sát: Máy phát tốc độ PG là thiết bị đo tốc độ động cơ và cho tín
hiệu dưới dạng xung.

7.Máy tính kết nối với hệ thống: Chức năng chính của PC là để điều khiển và giám
sát hệ thống.


Các hệ thống điều khiển kiểu này có rất nhiều ưu điểm hơn so với hệ điều khiển
dùng công tắc tơ và rơ le : Tạo ra được nhiều cấp tốc độ, vì vậy hệ thống hoạt
động êm, độ giật nhỏ, khả năng tự động hoá cho từng cần trục, cầu trục cũng như
toàn bộ hệ thống điều khiển khu vực Cảng trong bốc xếp hàng hoá. Dạng hệ thống
này ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho hệ điều khiển của cần trục và cầu trục.

Hình 2.1.1 Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu dùng Computer –Plc-bộ biến tần –
động cơ không đồng bộ cho cần trục cầu trục


2.2 Mạch động lực , mạch điều khiển cơ cấu nâng hạ hàng
Giới thiệu phần tử :
Các công tắc tơ Ac1,Ac2 làm nhiệm vụ khởi động và đảo chiều cho 2 động cơ
Các công tắc tơ Ac402, Ac412, Ac401, Ac411, Ac400, Ac 410 là các công tắc tơ
loại bỏ các cấp điện trở phụ cho 2 động cơ
Ad40:Ad41 là các rơ le thời gian
Tay trang có 9 vị trí , 8 vị trí trên ứng với chế độ nâng và hạ hàng và vị trí “0”


Chương 3 : Lập trình và mô phỏng trên phần mềm PLC
3.1 Tín hiệu vào ra PLC
Bảng 3.1.1 Đầu vào ra PLC

3.2 Chọn trạm PLC

Hình 3.2.1 Khai báo phần cứng trên phần mềm SIMATIC S7-300


3.4 Chương trình PLC



Thuyết minh nguyên lý hoạt động :


(Chế độ nâng )
+Vị trí 1
Khi muốn nâng hàng với tốc độ 1, ta đưa tay điều khiển lên vị trí 1 nó làm tiếp
điểm (Z1-R) của tay điều khiển đóng làm cho Ac1 có điện và nó đóng Ac1 trong
mạch động lực lại và cả hai động cơ được cấp nguồn nâng theo chiều thuận với
toàn bộ điện trở phụ trong mạch roto
+Vị trí 2
Khi muốn nâng hàng với tốc độ 2 , ta đưa tay điều khiển lên vị trí 2 , lúc này tiếp
điểm I của tay điều khiển đóng, Khi đó Ac1 vẫn được cấp điện như ở tốc độ 1 và
cả hai động cơ vẫn được cấp nguồn , đồng thời Ac402 và Ac412 được cấp điện
đóng tiếp điểm trong mạch động lực lại để loại bỏ một cấp điện trở phụ trong mạch
roto lại .Đồng thời rơ le thời gian Ad40 có điện , Nó đóng tiếp điểm Ad40 (3-4) lại
sẵn sàng làm việc ở cấp tốc độ 3
+Vị trí 3
Khi muốn nâng hàng với tốc độ 3 , ta đưa tay điều khiển lên vị trí 3 , lúc này tiếp
điểm II của tay điều khiển đóng, Khi đó Ac1 vẫn được cấp điện cả hai động cơ
được cấp nguồn , động thời Ac401,Ac411 được cấp điện trên mạch động lực lại để
loại bỏ thêm một cấp điện trở phụ trên mạch roto . Đồng thời Ac402, Ac412 mất
điện .Còn rơ le thời gian Ad41 lại có điện và đóng tiếp điểm Ad41(3-4) lại sẵn
sàng làm việc ở tốc độ 4

+ Vị trí 4
Khi muốn nâng hàng với tốc độ 4 , ta đưa tay điều khiển lên vị trí 3 , lúc này tiếp
điểm III của tay điều khiển đóng, Khi đó Ac1 vẫn được cấp điện cả hai động cơ
được cấp nguồn , động thời Ac400,Ac410 được cấp điện trên mạch động lực lại để
loại bỏ hết cấp điện trở phụ trên mạch roto . Động cơ làm việc ở cấp tốc độ nâng
lớn nhất
(Chế độ hạ )
+ Vị trí 1
Khi muốn hạ hàng với tốc độ 1 , ta đưa tay điều khiển lên vị trí 1 , lúc này tiếp
điểm L của tay điều khiển đóng, Khi đó Ac2 được cấp điện động cơ làm việc chế
độ hạ , động thời Ac402 trong mạch động lực của động cơ và cả hai động cơ làm
việc theo chế độ hạ hàng , đồng thời Ac2 (15-16) mở ra làm cho Ac1 mất điện
(Khóa chiều nâng hàng bằng khóa liên động về điện )
+Vị trí 2
Ở vị trí 2 của tay điều khiển , tiếp điểm I được đóng lại dẫn đến Ac402, Ac412 và
rơ le thời gian Ad40 có điện . Các tiếp điểm của Ac402 Ac412 trong mạch roto
đóng lại loại bỏ một cấp điện trở phụ trong mạch roto và động cơ tăng lên tốc độ
hạ 2. Đồng thời sau 1,5s rơ le thời gian Ad 40 thì tiếp điểm mở chậm Ad40 (3-4)
đóng lại sẵn sàng cho cấp tốc độ 3
+Vị trí 3
Ở vị trí 3 của tay điều khiển phía hạ , có thêm tiếp điểm II được đóng lại dẫn đến
Ac401,Ac411 và các rơ le thời gian Ad41 có điện . Các tiếp điểm của Ac401, Ac
411 trong mạch roto đóng lại loại bỏ thêm một cấp điện trở phụ .Tốc độ hạ tăng lên
3 .Sau 1,5s rơ le thời gian Ad 40 có điện thì tiếp điểm thường đóng mở chậm
Ad41(3-4) đóng lại sẵn sàng cho cấp tốc độ 4 . Khi đó thì Ac401 (15-16) đã mở ra
làm cho Ad40 mở ra . Tuy nhiên Ac401 vẫn cấp nguồn do tiếp điểm duy trì Ac401
(1-2) đã được đóng


+Vị trí 4

Ở vị trí 4 của tay điều khiển phía hạ , có thêm tiếp điểm III được đóng lại , dẫn đến
Ac400, Ac410 có điện .Các tiếp điểm của Ac400,Ac410 trong mạch roto đóng lại
loại bỏ hết điện trở phụ trong mạch roto và động cơ làm việc tốc độ lớn nhất .
Đồng thời tiếp điểm tự duy trì Ac400(13-14) cho Ac400 và Ac410 luôn được cấp
nguồn mặc dù tiếp điểm Ac400 (15-16) đã mở nên rơ le thời gian Ad41 bị mất
nguồn và mở Ad41 (3-4)ra.


KẾT LUẬN
Sau một thời gian thực hiện đồ án môn học với sự giúp đỡ của thầy
PGS.TS.Hoàng Xuân Bình , đề tài của em là “Thiết kế cải tiến hệ thống điều
khiển cơ cấu nâng hạ hàng cần trục Kone ” đã hoàn thành.
-

Trong đề tài này em đã nghiên cứu,xây dựng được như sau
Khái quát chung về dự án thiết kế cải tiến hệ thống nâng hạ hàng
Thiết kế hệ thống cải tiến cơ cấu nâng hạ PLC
Lập trình và mô phỏng trên phần mềm PLC
Tuy nhiên do còn hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm thực tế, tài liệu
tham khảo, nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận
những ý kiến đóng góp quý báu từ thầy và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn. Máy điện, Nhà xuất bản xây dựng.
2. Bùi Quốc Khánh, Hoàng Xuân Bình (2006). Trang bị điện - điện tử tự động
hoá cầu trục và cần trục. NXB KH&KT, Hà Nội.
3. Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Văn Liễu -Nguyễn Thị Hiền ( 1996)
Truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội .