Đồ án cẩu giàn trong nhà máy môn kĩ thuật điều kiển động cơ ĐH GTVT TP HCM

Cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạ và chạy ngang, tải M = 5 tấn, vận tốc nâng hạ 0.5 ms, vận tốc chuyển động ngang, 0.9 ms  Điều khiển cẩu giàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn không giữ  Cơ cấu nâng hạ có điều khiển quá trình thắng cơ khi 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, nút đi xuống, nút qua phải, nút qua trái, nút dừng khẩn cấp

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

ĐỀ TÀI: CẨU GIÀN

TP.Hồ Chí Minh 2017

Nhận xét của giáo viên:

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Nội dung báo cáo

1 Giới thiệu đề tài 51.1 Nội dung đề tài 5

1.2 Giới thiệu về hệ thống cấu giàn 5

1.3 Những đặc điểm và yêu cầu của cẩu giàn 6

1.4 Xây dựng đặc tính cơ 7

1.5 Sơ đồ giải pháp 8

2 Tính toán và chọn động cơ 9

2.1 Tính toán và chọn động cơ cơ cấu nâng hạ 9

2.1.1 Tính toán phụ tải tĩnh 9

2.1.2 Tính toán hệ số tiếp điện phụ tải: 11

2.1.3 Tính toán công suất động cơ nâng hạ 12

2.1.4 Tính toán chọn phanh cho cơ cấu nâng hạ 12

2.2 Tính toán cơ cấu chạy ngang 13

3 Chọn thiết bị cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang : 14

3.1 Cơ cấu nâng hạ : 14

3.1.1 Chọn động cơ: 15

3.1.2 Chọn biến tần và các thiết bị bảo vệ 17

3.2 Cơ cấu chạy ngang: 28

3.2.1 Chọn động cơ cho cơ cấu chạy ngang 28

3.2.2 Chọn biến tần và các thiết bị bảo vệ 31

4 Chọn thiết bị cho mạch điều khiển 39

4.1 Chọn MCCB 35

4.2 Chọn MCB 39

4.3 Chọn rơ le trung gian 39

4.4 Chọn nút nhấn 40

4.5 Nút nhấn dừng khẩn cấp 41

4.6 Đèn báo Mục đích 41

4.7 Cáp điện điều khiển Mục đích 41

5 Mô tả hoạt động 42

6 Cài đặt các thông số 44

6.1 Các thông số dành cho động cơ 44

6.1.1 Động cơ nâng hạ 44

6.1.2 Động cơ chạy ngang 44

6.2 Cài đặt các thông số dành cho biến tần 45

6.2.1 Biến tần nâng hạ 45

6.2.2 Biến tần chạy ngang 46

Mục lục hình ảnh Hình 1 Giới thiệu hệ thống cẩu giàn 5

Hình 2 Sơ đồ cơ cấu nâng hạ 9

Hình 3 Động cơ nâng hạ 15

Hình 4 AC Rearctor 22

Hình 5 Cầu chì 25

Hình 6 Bản vẽ loadcell 27

Hình 7 Động cơ chạy ngang 28

Hình 8 AC Rearctor-cơ cấu chạy ngang 34

Hình 9 Cầu chì-cơ cấu chạy ngang 37

Sơ đồ 1 Đặc tính cơ nâng-hạ 7

Sơ đồ 2 Dòng khởi động của tải có momen không đổi 7

Sơ đồ 3 Sơ đồ giải pháp 8

Bảng 1 Chọn động cơ nâng hạ 16

Bảng 2 Thông số động cơ nâng hạ 16

Bảng 3 Chọn phanh cho động cơ nâng hạ 17

Bảng 4 Chọn biến tần động cơ nâng hạ 18

Bảng 5 Chọn nguồn phanh 19

Bảng 6 Chọn điện trở hãm 19

Bảng 7 Chọn Dc chokes 20

Bảng 8 Chọn EMC Filter 21

Bảng 9 Chọn AC Rearctor 22

Bảng 10 Chọn MCCB 23

Bảng 11 Chọn Contactor 24

Bảng 12 Chọn cầu chì 25

Bảng 13 Chọn cáp điện cơ cấu nâng hạ 26

Bảng 14 Chọn loadcell 27

Bảng 15 Chọn động cơ chạy ngang 29

Bảng 16 Thông số động cơ chạy ngang 29

Bảng 17 Chọn phanh cho động cơ chạy ngang 30

Bảng 18 Chọn biến tần cho động cơ chạy ngang 31

Bảng 19 Chọn điện trở hãm cho biến tần động cơ chạy ngang 32

Bảng 20 Chọn DC chokes - cơ cấu chạy ngang 32

Bảng 21 Chọn EMC Filter-cơ cấu chạy ngang 33

Bảng 22 Chọn AC Rearctor-cơ cấu chạy ngang 34

Bảng 23 Chọn MCCB-cơ cấu chạy ngang 35

Bảng 24 Chọn contactor-cơ cấu chạy ngang 36

Bảng 25 Chọn cầu chì-cơ cấu chạy ngang 37

Bảng 26 Chọn cáp-cơ cấu chạy ngang 38

Bảng 27 Chọn công tắc hành trình 39

Bảng 28 Chọn MCB 39

Bảng 29 Chọn nút nhấn 40

Bảng 30 Chọn nút dừng khẩn cấp 41

Bảng 31 Chọn đèn báo 41

Bảng 32 Chọn cáp điều khiển 42

Bảng 33 Cài đặt thông số động cơ nâng hạ 44

Bảng 34 Cài đặt thông số động cơ chạy ngang 44

Bảng 35 Cài đặt thông số biến tần nâng hạ 45

Bảng 36 Cài đặt thông số biến tần chạy ngang 46

1 Giới thiệu đề tài

1.1 Nội dung đề tài

 Cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạ và chạy ngang, tải M = 5 tấn, vận tốc nâng hạ 0.5 m/s, vận tốc chuyển động ngang, 0.9 m/s

 Điều khiển cẩu giàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn không giữ

 Cơ cấu nâng hạ có điều khiển quá trình thắng cơ khi 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, nút đi xuống, nút qua phải, nút qua trái, nút dừng khẩn cấp

1.2 Giới thiệu về hệ thống cấu giàn

Hình 1 Giới thiệu hệ thống cẩu giàn (Nguồn: Internet)

 Trong công nghiệp cẩu giàn có nhiệm vụ di chuyển hàng hóa, vật tư, thiết bị từ vị trínày sang vị trí khác trong các phân xưởng, nhà máy Cẩu giàn tự động hóa các trình nâng

hạ, bốc xếp hàng hóa, thiết bị làm giảm sức lao động, tăng nâng suất và chất lượng lao động

 Cấu tạo của cẩu giàn gồm 3 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển xe con

và cơ cấu di chuyển xe cẩu

 phân loại theo tải trọng :

 Loại nhẹ: dưới 10 tấn

Loại trung bình: từ 10 – 15 tấn

Loại nặng: trên 15 tấn

 phân loại theo chế độ làm việc :

Loại nhẹ TĐ% = 15% , số lần đóng cắt trong một giờ là 60

Loại trung bình TĐ% = 25 %, số lần đóng cắt trong một giờ là 120

Loại nặng TĐ% = 40 – 60%, số lần đóng cắt trong một giờ là trên 240

1.3 Những đặc điểm và yêu cầu của cẩu giàn

 Về môi trường làm việc: cẩu giàn thường được lắp đặt trong nhà xưởng hoặc để ngoài trời, do vậy môi trường làm việc của cẩu giàn là rất nặng nề, đặc biệt vào mùa đông

nhiệt độ môi trường giảm làm cho mômen ma sát trong các ổ đỡ tăng lên do đó làm tăng mômen cản tĩnh

 Về chế độ làm việc: cầu giàn làm việc bốc dỡ hàng hóa nhiều lần nên chế độ làm việc của cầu giàn là chế độ ngắn hạn lặp lại và chế độ làm việc của cơ cấu cầu giàn là cực

kỳ nặng nề: tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều liên tục

 Về yêu cầu công nghệ: từ các đặc điểm trên có thể rút ra các yêu cầu đối với hệ truyền động cầu giàn là:

- Cấu trúc hệ truyền động phải đơn giản

- Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản, dễ thay thế

- Cần có mạch bảo vệ quá tải và ngắn mạch

- Cần hạn chế hành trình của xe cầu, xe con, hành trình lên của cơ cấu nâng hạ

- Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp

1.4 Xây dựng đặc tính cơ

Đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ:

Sơ đồ 1 Đặc tính cơ nâng-hạ

(Nguồn:Bài giảng cơ sở truyền động

điện ĐH.GTVT)

Sơ đồ 2 Dòng khởi động của tải có momen không đổi

(Nguồn: Slide bài giảng KTĐK động cơ)

- Tải mômen không đổi CT cần mômen khởi động lớn lúc ban đầu

- Dòng khởi động đạt tới hơn 150% định mức trong 1 phút

- Nếu động cơ không khởi động được, hoặc dòng khởi động > 150% quá 1 phút, biến tần sẽ “trip”

- Yêu cầu biến tần điều khiển vector

Hộp số + phanh

Biến tần chạyngang

Động cơ

LW

Hộp số + phanh

- Hướng giải quyết:

 Chọn động cơ nâng hạ và chạy ngang của hãng siemens phù hợp với công suất tính toán

 Chọn biến tần hãng schneider kèm phụ kiện biến tần

 Dùng công tắc hành trình bảo vệ hai đầu

 Chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực và mạch điều khiển của hãng ABB

 Thiết kế bản vẽ mạch động lực và mạch điều khiển

 Cài đặt thông số động cơ, biến tần

2.Tính toán và chọn động cơ

2.1 Tính toán và chọn động cơ cơ cấu nâng hạ

2.1.1 Tính toán phụ tải tĩnh

 Sơ đồ cơ cấu nâng hạ:

Hình 2 Sơ đồ cơ cấu nâng hạ

Sơ đồ 3 Sơ đồ giải pháp

(Nguồn: Bài giảng cơ sở truyền động điện ĐH.GTVT)

- Tỉ số truyền của động cơ

i = = 47.12

Với: bán kính tang trống =150mm

N tốc độ động cơ = 1500(vòng/phút) tốc độ nâng tải =30(m/phút)

 Tính công suất và moment:

Trong đó: u: số nhánh của cơ cấu nâng

ŋ: hiệu suất của cơ cấu

- Công suất nâng có tải :

Pn= 34.7 (kw)

- Momen nâng không tải:

- Momen hạ có tải:

- Momen hạ không tải:

* Các công thức được lấy từ Giáo trình cơ khí – Máy nâng chuyển

2.1.2 Tính toán hệ số tiếp điện phụ tải:

- Chiều cao nâng : H=8m

- Vận tốc nâng : v=0,5m/s

=> Thời gian nâng vật

- Nếu coi thời gian của 4 giai đoạn : nâng có tải, hạ có tải ,nâng không tải và hạ không tải là như nhau => tổng thời gian làm việc (s)

- Chiều dài di chuyển xe con theo chiều ngang : L=8m

- Vận tốc di chuyển xe con theo chiều ngang : v=0.9m/s

=> Thời gian di chuyển xe con trong chu kỳ làm việc:

- Tổng thời gian móc + dỡ hàng :

=> Tổng thời gian làm việc trong một chu kỳ:

- Hệ số tiếp điện phụ tải tính theo công thức :

- Hằng số thời gian đóng mạch tương đối của động cơ theo tiêu chuẩn tương ứng vớichế độ làm việc nặng nề :

Hệ số tiếp điện tiêu chuẩn: 15%, 25%, 40%, 60%

* Các công thức tính toán được lấy từ chương V sách bài giảng truyền động điện-

2.1.4 Tính toán chọn phanh cho cơ cấu nâng hạ

Trong quá trính hoạt động, nếu xảy ra xự cố bất thường như tuột cáp, vật nâng đang di chuyển bị va đập chướng ngại vật hoặc trường hợp cần dừng khẩn cấp vì vậy chúng ta cần phải có thiết bị hãm để dừng chuyển động của hệ thống lại để tránh gây hư hại cho các bộ phận khác hoặc tránh gây tai nạn xảy ra

- Momen của hệ thống:

Trong đó: Gđm : tải trọng định mức

Go : trọng lượng của cơ cấu bốc hàng

 Dựa vào các số liệu tính toán được ta chọn được động cơ theo yêu cầu sau:

 Động cơ 4 cực,tốc độ rotor :1500 (v/p)

 Động cơ có công suất :41 (kw)

 Tỉ số truyền của động cơ :47.12

 Tốc độ đầu ra của động cơ : 32 (v/p)

-Động cơ có công suất thấp nhất là 6,2kw

- Tốc độ đầu ra của động cơ sau hộp số là 132 v/p

- Tỉ số truyền của động cơ là 11.34

3 Chọn thiết bị cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang :

3.1Cơ cấu nâng hạ :

3.1.1 Chọn động cơ:

Yêu cầu

 Động cơ 4 cực,tốc độ rotor :1475 (v/p)

 Động cơ có công suất :41 (kw)

 Tỉ số truyền của động cơ :47.12

 Tốc độ đầu ra của động cơ : 32 (v/p)

Bảng 1 Chọn động cơ nâng hạ (Nguồn: catalog động cơ trang 310)

Bảng 2 Thông số động cơ nâng hạ (Nguồn: catalog động cơ trang 926)

Chọn phanh theo khuyến cáo của nhà sản suất:

Ứng với động cơ momen định mức là 291 N.m thì chọn phanh có mã L400/300 với

momen phanh là 300N.m ứng với kích thước motor là 225 (catalogue động cơ trang

868)

3.1.2 Chọn biến tần và các thiết bị bảo vệ.

3.1.2.1 Chọn biến tần:

- Là biến tần điều khiển vector

- Dùng để điều khiển động cơ

- Phù hợp với công suất động cơ

NHÓM CHỌN BIẾN TẦN CỦA HÃNG SCHNEIDER

 Yêu cầu: dựa vào động cơ đã chọn ta chọn biến tần phù hợp với yêu cầu sau:

• Biến tần chuyên dùng cho thiết bị nâng hạ

• Biến tần có công suất 45 KW

• Biến tần điều khiển vector

Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần ATV71 của hãng schneider mã hiệu

ATV71WD45N4

Bảng 4 Chọn biến tần động cơ nâng hạ (Nguồn: catalog biến tần trang 21)

 Điện áp : 3 Pha 380AC

- Công suất : 45KW

- Dòng định mức đầu vào: 104A

- Dòng định mức đầu ra :94A

 Chọn card I/O mở rộng

- Mục đích: để điều khiển phanh động cơ

- Nhóm chọn card I/O mã VW3 A3E 201 của hãng Schneider (catalog biến

tần trang 55)

 Nguồn phanh cấp cho cấu nâng hạ và chạy ngang

Bảng 5 Chọn nguồn phanh (Nguồn: catalog động cơ trang 870)

Theo khuyến cáo của NSX ta chọn bộ nguồn có điện áp ra là 24v dc có tên mã C66

3.1.2.1 Chọn các thiết bị bảo vệ

 Chọn điện trở hãm, phanh hãm theo catalog của biến tần.

- Điện trở hãm có chức năng:giúp biến tần xả bớt năng lượng dư thừa lúc này động

cơ chuyển thành máy phát

- Được chọn theo hướng dẫn của biến tần

Điện trở hãm có giá trị 5 ohm

Dựa vào catalog của biến tần ta chọn cuộn cảm kháng có mã hiệu VW3A4511 (

catalog biến tần trang 79)

Bảng 7 Chọn Dc choke (Nguồn: ( catalog biến tần trang 79)

 EMC Filter (bộ lọc sóng điện từ)

Dùng để lọc sóng điện từ đầu vào biến tần

Dựa vào catalog của biến tần ta chọn EMC Filter có mã hiệu VW3A4408 ( catalog biến

tần trang 87)

Bảng 8 Chọn EMC Filter (Nguồn: catalog biến tần trang 87)

Hình 4 AC Rearctor (Nguồn:

catalog AC Reactor trang 1)

Bảng 9 Chọn AC Reactor (Nguồn: Catalog AC Reactor trang 2)

 Chọn MCCB: Dùng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho mạch động lực

 Yêu cầu :

- Iđm của MCCB >=1,2 Iđm của biến tần

- Dòng ngắn mạch cực đại In > hoặc = 36KA

 Giải pháp:

- Ở đây nhóm chọn MCCB của hãng ABB ( catalog MCCB trang 6 ) mã sản phẩm

1SDA050923R1

• Chọn contactor loại 3 pole có dòng lớn hơn (1.2- 1.5 )

• Như vậy ở đây dòng để chọn contactor là I =1,2.Idm≈125A

Giải pháp:

• Chọn contactor mã 1SFL531001R8011, loại AC3 của ABB ( catalog contactor

trang 7 ) Có dòng định mức 140A, 3pha ,3 cực

Yêu cầu: dòng điện > lớn hơn dòng điện định mức của mạch

Giải pháp: chọn cầu chì tên mã 1SCA022627R3090, của hãng ABB (catalog cầu

chì trang 7)

- Dòng định mức: 125A

- Công suất hao phí Ph: 11W

• Chọn cáp điện cho cơ cấu nâng hạ

Dựa vào catalog hướng dẫn chọn cáp,ta chọn loại cáp có tiết diện dây 35mm

Ta chọn được cáp điện cadivi 3 – 4 lõi như trong catalog

Thông số lắp đặt :

- Nhiệt độ không khí 300C

Nhiệt độ ruột dẫn tối đa khi cáp tải dòng điện định mức 700C

Dòng điện định mức và độ sụt áp của cáp ruột đồng CVV , cách điện PVC, vỏ

PVC không giáp bảo vệ, lắp trên không

Bảng 13 Hướng dẫn chọn cáp điện (Nguồn: Tài liệu hướng dẫn chọn cáp điện (internet))

Theo như hướng dẫn ta chon cáp CADIVI có tên mã 1060317 (catalogue CADIVI trang 4)

CABLE-Bảng 14 Chọn cáp điện cơ cấu nâng hạ (Nguồn: catalogue CABLE-CADIVI trang 4)

 Chọn loadcell:

Mục đích: giám sát trọng lượng nâng của cẩu

Giải pháp: - Loadcell tên mã 3BSE027062R50 tải trọng tối đa 50kN của hãng ABB (catalog loadcell trang 9)

- Bộ hiển thị và điều khiển tên mã PFEA 113 (catalog loadcell1 trang 11)

Hình 6 Bản vẽ loadcell (Nguồn: catalog loadcell trang 29)

Bảng 15 Chọn bộ hiển thị và điều khiển loadcell (Nguồn: catalog loadcell1

trang11)

3.2 Cơ cấu chạy ngang:

3.2.1 Chọn động cơ cho cơ cấu chạy ngang

Yêu cầu:

-Động cơ có công suất thấp nhất là 6,2kw

- Tốc độ đầu ra của động cơ sau hộp số là 132 v/p

- Tỉ số truyền của động cơ là 11.34

Hình 7 Động cơ chạy ngang

(Nguồn: catalog động cơ trang 13)

Bảng 16 Chọn động cơ chạy ngang (Nguồn: catalog động cơ trang 296)

Bảng 17 Thông số động cơ chạy ngang (Nguồn: catalog động cơ trang 926)

 Chọn phanh theo khuyến cáo của nhà sản suất

Ứng với động cơ momen định mức là 49.2 N.m thì chọn phanh có mã L80/50 với momen phanh là 50N.m

ứng với kích thước motor là 132 ( catalogue động cơ trang 867)

Bảng 18 Chọn phanh cho động cơ chạy ngang (Nguồn: catalog động cơ trang 687)

3.2.2 Chọn biến tần và các thiết bị bảo vệ.

3.2.2.1 Chọn biến tần

 Yêu cầu: dựa vào động cơ đã chọn ta chọn biến tần phù hợp với yêu cầu sau:

• Biến tần chuyên dùng cho động cơ chạy ngang có công suất 7.5kw

• Biến tần có công suất 7.5 KW

• Biến tần điều khiển vector

 Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần ATV71 của hãng schneider mã hiệu

ATV71HU75N4

Catalog biến tần (catalog biến tần trang 19)

Bảng 19 Chọn biến tần cho động cơ chạy ngang (Nguồn: catalog biến tần trang 19)

 Điện áp : 3 Pha 380AC

- Công suất : 7.5KW

- Dòng định mức đầu vào: 27A

- Dòng định mức đầu ra :17.6A

 Chọn card I/O mở rộng

- Mục đích: để điều khiển phanh động cơ

- Nhóm chọn card I/O mã VW3 A3E 201 của hãng Schneider(catalog biến tần

trang 55)

3.2.2.2 Chọn các thiết bị bảo vệ

 Chọn điện trở hãm, phanh hãm:

theo catalog của biến tần.

-Điện trở hãm có chức năng:giúp biến tần xả bớt năng lượng dư thừa lúc này động

cơ chuyển thành máy phát

- Được chọn theo hướng dẫn của biến tần

- Điện trở hãm có giá trị 60 ohm có tên mã VW3A7702( catalogue trang 68)

Bảng 20 Chọn điện trở hãm cho biến tần động cơ chạy ngang (Nguồn: catalog biến

Bảng 21 Chọn DC chokes - cơ cấu chạy ngang (Nguồn: Catalog biến tần trang 79)

 EMC Filter (giảm nhiễu điện từ)

Dùng để lọc nhiễu cho đầu vào biến tần

Dựa vào catalog của biến tần ta chọn EMC Filter có mã hiệu VW3A4403

(catalogue biến tần trang 87)

Bảng 22 Chọn EMC Filter-cơ cấu chạy ngang (Nguồn: catalog biến tần trang 87)