Đồ án cẩu giàn

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

Trường : đại học Giao Thông Vận Tải TPHCM

Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thông

Lớp : TD08

Thành viên nhóm 13 :

Đề tài : Cẩu giàn

Cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạ và chạy ngang, tải M =5 tấn, vận tốc 0.3 m/s cho động cơ nâng hạ, 1 m/s cho động cơ điều khiển chuyển động ngang Chọn động cơ kéo, hộp số, AC drive

- Điều khiển cẩu dàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn, có bảo vệ hành

trình hai đấu, kết hợp điều khiển quá trình thắng cơ khi khi nâng và hạ

I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẨU GIÀN

1 NỘI DUNG ĐỀ TÀI : Cẩu giàn

 Cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạ và chạy ngang, tải M =5 tấn, vận tốc 0.3 m/s cho động cơ nâng hạ, 1 m/s cho động cơ điều khiển chuyển động ngang Chọn động cơ kéo, hộp số, AC drive

 Điều khiển cẩu dàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn, có bảo vệ hành trình hai đấu, kết hợp điều khiển quá trình thắng cơ khi khi nâng và hạ

2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẨU GIÀN :

 Trong công nghiệp cổng trục có nhiệm vụ di chuyển hàng hóa, vật tư, thiết bị

từ vị trí này sang vị trí khác như trong các phân xưởng, các cụm cảng biển, các nhà máy Cổng trục tự động hóa các trình nâng, hạ bốc xếp trang thiết bị, vật

tư, hàng hóa làm giảm sức lao động tăng năng suất và chất lượng lao động

 Cấu tạo của cổng trục gồm có 3 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển xe cầu

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

 Đặc tính cơ của động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lập 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 nghi cũng không đủ để cho nhiệt độ động cơ giảm đến nhiệt độ môi trường (𝜏 = 0) Đồ thị phụ tải và đường cong nhiệt sai động cơ ở chế độ này được biểu diễn hình Đặc trưng cho đồ thị phụ tải ngắn hạn lặp lại là độ lớn của phụ tải Pc hoặc Mc và “thời gian đóng điện tương đối” TĐ hoặc TĐ%:

Trên đồ thị ta thấy khi ω=0, Mc lớn hơn từ 2 đến 2.5 lần,Mc ứng với tốc độ

định mức

Tải momen không đổi cần momen khởi động lớn lúc ban đầu

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

Yêu cầu biến tần điều khiển vector

4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT:

 Sơ đồ hệ thống cẩu giàn

 Chọn động cơ, thiết bị truyền động,thiết bị cung cấp bảo vệ biến tần hãng Siemens, phụ kiện biến tần, điện trở hãm, bộ lọc, các thiết bị bảo vệ như CB,cầu chì…

 Thiết kế bản vẽ mạch điện động lực và mạch điều khiển,tủ điện

 Cài đặt thông số động cơ ,biến tần,các chế độ điều khiển

II TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG :

1 CƠ CẤU NÂNG HẠ :

1.1 Tính toán :

1.1.1 Tính toán phụ tải tĩnh:

Sơ đồ cơ cấu nâng hạ:

Chọn hộp số cho động cơ nâng hạ cẩu trục

Tỉ số truyền của động cơ

- Momen nâng có tải :

t h

1.1.3 Tính toán hệ số tiếp điểm phụ tải:

- Chiều cao nâng : H = 5 m

- 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 :tlv=4tn=16,67*4=66,68(s)

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

- Vận tốc di chuyển xe con theo chiều ngang :v=1m/s

 Thời gian di chuyển xe con trong chu kỳ làm việc :txc=2 28 16( )

Vậy 𝑛𝑡 = 𝑛𝑑𝑐

𝑖 = 150078,5 = 19 (v/p)

1.1.5 Tính toán chọn phanh cho cơ cấu nâng hạ

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

𝑀𝑝ℎ = 2 ∗ 106,157 = 212,3[𝑁𝑚]

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 :36,7 (kw)

 Tỉ số truyền của động cơ :78,5

 Tốc độ đầu ra của động cơ : 19 (v/p)

 Momen phanh :212,3 Nm

1.2 CHỌN ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ:

 Các điều kiện chọn động cơ:

- Độ chịu nhiệt của các lớp cách điện cao (F và H)

- Mômen quán tính bé để giảm thiểu tổn hao năng lượng trong chế độ quá độ

- Có khả năng chụi quá tải cao (Mmax/Mđm= 2,15 ÷ 5 đối với đông cơ không đồng bộ và 2,3 ÷ 3,5 đối với động cơ điện một chiều)

- Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% là 15%, 25%, 40% và 60%

Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền hộp số

và phanh hãm có mã hiệu FD.188B-LG225S4E loại 2KJ1410-ME13-C1

 Thông số về kích thước của động cơ

 Thông số về phanh của động cơ

2 CƠ CẤU CHẠY NGANG :

g G G

) ( )



Trongđó :

g=10(m/s2

) : gia tốc trọng trường

kt=8.10-4 : hệ số ma sát trượt

i

R F

M  b =4953,6.0,065 37,14( )

=0,85 :hiệu suất cơ cấu

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

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

 Động cơ có công suất : 5.8 KW

 Tỉ số truyền của động cơ :10,2

 Tốc độ đầu ra của động cơ : 142,98 (v/p)

2.2 Chọn động cơ :

Các điều kiện chọn động cơ:

- Độ chịu nhiệt của các lớp cách điện cao (F và H)

- Mômen quán tính bé để giảm thiểu tổn hao năng lượng trong chế độ quá độ

- Từ thông lớn để nâng cao khả năng quá tải của động cơ

- Có khả năng chụi quá tải cao (Mmax/Mđm= 2,15 ÷ 5 đối với đông cơ không đồng

bộ và 2,3 ÷ 3,5 đối với động cơ điện một chiều)

- Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% là 15%, 25%, 40% và 60%

Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền hộp số

và phanh hãm có mã hiệu FZ.68B-LA132ZMP4E loại 2KJ1203-HK13-G1

 Thông số về kích thước của động cơ (trang 3/122)

 Thông số về phanh của động cơ

III CHỌN BIẾN TẦN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ

1 CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ NẦNG HẠ :

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 37 KW

• Biến tần điều khiển vector

Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần MICROMASTER 440 của hãng

Siemen mã hiệu 6SE6440-2UD33-7EA1

Catalog biến tần (catalog biến tần mm440 trang 4/9)

 Yêu cầu để chọn phụ kiện cho biến tần 6SE6440-2UD33-7EA1

Ta chọn điện trở hãm ,bộ lọc LC,cuộn kháng theo catalog giới thiệu của biến tần (catalog biến tần MM 440 trang 4/17)

 Điện trở hãm (brake resistor)

Vì biến tần điều khiển động cơ của cẩu,với các tải có quán tính lớn ,vì vậy ta dùng điện trở hãm để dừng hãm động cơ nhanh khi động cơ đang chạy ở tốc độ cao

Điện trở hãm được chon theo thông số biến tần có giá trị 15 Ω

Công suất được tính theo công thức :

Dựa vào Catalog biến tần mm440 trang (4/17) ở đây theo hướng dẫn khi

chọn bộ lọc sóng hài ta chọn được bộ lọc LC FILTER có mã

hiệu:6SE6400-3TD11-5FD0

System SubType: MICROMASTER 410/420/430/440

Manufacturer: Siemens

Alt Manufacturer:

System SubType: MICROMASTER 410/420/430/440

Additional Information:

MICROMASTER 4 OUTPUT CHOKE 380-480 V 3AC 75 A STAND ALONE FS E - 0.3 MH

Approx Dimensions: 0" x 0" x 0" (0cm x 0cm x 0cm)

Approx Weight: 59 lbs, 0 oz (26.8 kg)

 Line commutating choke

 Làm ổn định điện áp từ lưới điện vào biến tần

 Giảm ảnh hưởng của nhiễu do biến tần sinh ra

 Lọc sóng hài bậc cao do biến tần sinh ra và khử xung điện áp cao

Dựa vào Catalog biến tần mm440 trang 4/16 ta chọn mã hiệu

System SubType: MICROMASTER 410/420/430/440

 Chọn CB(circuit-breaker) mã hiệu: 3VL1716- DD33-0AA0

Bảo vệ biến tần,đóng ngắt nhanh khi có sự cố ngắn mạch,quá tải và sụt áp

Type: VL160X Compact Type Rated Current In: 160 A Overload adjustment range: 125-160 A Short circuit adjustment range: 1600 A Flexible range - easy to assemble accessories and retrofit System or Motor Protection options

50kA switching capabilities Box terminal or screw type connections

 Chọn cầu chì (Fuse) có mã hiệu 3NA3832

Cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch nhanh cho hệ thống

 Chọn Contactor cho biến tần

Contactor dùng để đóng cắt mạch cho hệ thống.Để chọn được contactor cho biến tần ta chọn contactor có dòng điện bằng dòng vào định mức của biến tần là

75A Ta chọn contactor có mã hiệu: 3TF4822

Manufacturer No 3NA3832 Manufacturer SIEMENS Category 18 SIEMENS_3NA+3NE Series Fuses Parameter Explanation

Ampere Rating 125A Volt Rating 500VAC/250VDC Weight

Description SIEMENS_NH00 Series Fuse Size 00

IR 120KA

Product Details for 3TF4822:

Manufacturer: Siemens Sub-Category: Contactors Family: World Series Product Specs:

Phase: 3 Poles: 3 Voltage: 600 Amperage: 75

 Chọn cáp điện cho cơ cấu nâng hạ

Dựa vào yêu catalog hướng dẫn chọn cáp,ta chọn loại cáp có tiết diện dây trong khoảng từ 25 đến 35mm

Ta chọn được cáp điện cadivi 3 lõi như trong catalog dưới đây

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

2 CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ CHẠY NGANG

 Yêu cầu: dựa vào thông số động cơ ta chọn biến tần với yêu cầu sau:

 Công suất biến tần 7,5 KW

 Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần của hãng Siemens mã hiệu

6SE6440-2UD27-5CA1

Catalog biến tần (catalog biến tần mm440 trang 4/9)

 Yêu cầu để chọn phụ kiện cho biến tần 6SE6440-2UD27-5CA1

Ta chọn điện trở hãm ,bộ lọc LC,cuộn kháng theo catalog giới thiệu của biến

tần (catalog biến tần mm440 trang 4/17)

 Điện trở hãm (brake resistor)

Vì biến tần điều khiển động cơ của cẩu,với các tải có quán tính lớn ,vì vậy ta dùng điện trở hãm để dừng hãm động cơ nhanh khi động cơ đang chạy ở tốc độ cao.Điện trở hãm được chon theo thông số biến tần có mã sản phẩm là :

6SE6400-4BD16-5CA0 có giá trị 56 Ω

 LC FILTER (BỘ LỌC SÓNG HÀI)

Dựa vào Catalog biến tần mm440 trang (4/17) hướng dẫn khi chọn bộ lọc sóng

hài ta chọn được bộ lọc LC FILTER có mã hiệu:6SE6400-3TD03-2CD0

 Output choke ( cuộn cảm kháng)

 Giúp ổn định dòng ra

 Giảm nhiễu cho dòng

 Hạn chế dòng khởi động,dòng ngắn mạch

 Làm ổn định điện áp từ lưới điện vào biến tần

 Giảm ảnh hưởng của nhiễu do biến tần sinh ra

 Lọc sóng hài bậc cao do biến tần sinh ra và khử xung điện áp cao

Theo catalog ta chọn mã hiệu:6SE6400-3CC02-2CD3

Chọn các thiết bị bảo vệ cho biến tần theo catalog hướng dẫn (catalog biến tần

mm440 trang 4/18)

 Chọn CB(circuit-breaker) mã hiệu: 3RV1031-4FA10

Bảo vệ biến tần,đóng ngắt nhanh khi có sự cố ngắn mạch,quá tải và sụt áp

mạch điện

 Chọn Cầu chì (fuses) mã hiệu: 3NA3812

Cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch nhanh cho hệ thống

 Chọn contactor cho biến tần

Contactor dùng để đóng cắt mạch cho hệ thống.Để chọn được contactor cho biến tần ta chọn contactor có dòng điện bằng dòng vào định mức của biến tần là 22A

Ta chọn được contactor của hãng Siemens mã hiệu 3TF43 22-0XN2

 Chọn cáp điện cho cơ cấu chạy ngang

Dựa vào yêu catalog hướng dẫn chọn cáp,ta chọn loại cáp có tiết diện dây trong khoảng từ 4mm đến 10mm

Ta chọn được cáp điện Cadivi 3 lõi như trong catalog dưới đây

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

 Chọn công tắc hành trình

Ta chọn công tắc hành trình của Siemens

(catalog công tắc hành trình trang 8)

3 CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

 Chọn MCB 1 pha

Chọn MCB 1 pha ta chọn loại 5SX21067CC của Siemen

Bảo vệ, đóng cắt mạch điều khiển : có dòng định mức là 6A, điện áp 220V Dùng để bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển

 Chọn cầu chì 1 pha

- Chọn cầu chì: 5SB 231 của Siemen có dòng điện định mức là 6A điện áp 220V

Hình ảnh

Thông số kĩ thuật

 Chọn relay:

Chọn relay MCRA031AT có điện áp định mức 220 V,dòng điện định mức 6A

(Catalog relay trang 1)

 Chọn nút nhấn Hãng sản xuất: IDEC

Giá: 10.02 $

Hình ảnh:

Catalogue:

 Chọn đèn báo :

 Bộ nguồn dc cấp cho phanh của động cơ nâng hạ:

 Chọn tủ điện hãng TADICO:

IV THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Mạch động lưc được thiết kế và đấu nối theo yêu cầu sau

 Sơ đồ hoạt động của phanh

 Sơ đồ đấu nối biến tần

Bản vẽ mạch động lực (file Auto CAD đính kèm)

V THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

Bản vẽ mạch điều khiển (file Auto CAD đính kèm)

 Nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển

Mạch được cấp nguồn 220vAC

 Khi ta bấm nút start mạch điện cấp nguồn cho các Contactor KM1, KM2, K0 tiếp điểm K0 bên mạch điều khiển đóng lại duy trì nguồn cho mạch,các contactor này có điện làm tác động đến các tiếp điểm của nó bên mạch động lực đóng lại,cấp nguồn cho hệ thống sẵn sàng hoạt động.Đèn D1 sáng báo nguồn hệ thống sẵn sàng

 Khi ta bấm nút nâng ,relay K1 có điện ,các tiếp điểm thường mở K1 đóng lại duy trì nguồn cho relay ,đồng thời tiếp điểm thường đóng K1 mở ra,bên mạch động lực tiếp điểm K1 đóng lại đưa nguồn vào bộ xử lí của biến tần với tần số 50Hz.biến tần điều khiển động cơ nâng tải Đèn D2 sáng báo chế

độ nâng tải,khi tải nâng đến giới hạn nâng của bộ hạn chế nâng tải gắn trên tang LW1,bộ hạn chế này mở ra sẽ ngắt nguồn relay,làm cho K1 mở ra

 Khi ta bấm nút hạ,relay K2 có điện ,các tiếp điểm thường mở K2 đóng lại duy trì nguồn cho relay.Đồng thời tiếp điểm thường đóng K2 mở ra,bên

mạch động lực tiếp điểm K2 đóng lại đưa nguồn vào bộ xử lí của biến tần với tần số 50Hz biến tần điều khiển động cơ hạ tải.đèn D3 sáng báo chế độ

hạ tải, khi tải hạ đến giới hạn hạ của bộ hạn chế hạ tải gắn trên tang LW2,bộ hạn chế này mở ra sẽ ngắt nguồn relay,làm cho K2 mở ra

 Trường hợp động cơ đang nâng hoặc hạ hàng mà ta muốn động cơ dừng lại.khi đó ta bấm nút dừng,các relay mất điện ,các tiếp điểm trả về vị trí ban đầu

 Khi ta bấm nút phải ,relay K3 có điện ,tiếp điểm K3 đóng lại duy trì nguồn cho relay,đồng thời tiếp điểm thường đóng K3 mở ra,bên mạch động lực tiếp điểm K3 đóng lại đưa nguồn vào bộ xử lí của biến tần với tần số 50Hz.biến tần điều khiển động cơ đưa xe con chạy ngang sang bên phải ,đèn D4 sáng báo chế độ chạy sang phải,khi xe con chạy đến cuối đường ray sẽ tác động đến công tắc hành trình LWP,công tắc hành trình tác động làm tiếp điểm của

nó mở ra,ngắt nguồn relay,tiếp điểm K3 mở ra

 Khi ta bấm nút trái ,relay K4 có điện ,tiếp điểm K4 đóng lại duy trì nguồn cho relay,đồng thời tiếp điểm thường đóng K4 mở ra,bên mạch động lực tiếp điểm K4 đóng lại đưa nguồn vào bộ xử lí của biến tần với tần số 50Hz.biến tần điều khiển động cơ đưa xe con chạy ngang sang bên trái đèn D5 sáng báo chế độ chạy sang trái ,khi xe con chạy đến cuối đường ray sẽ tác động đến công tắc hành trình LWT,công tắc hành trình tác động làm tiếp điểm của

nó mở ra,ngắt nguồn relay,tiếp điểm K4 mở ra

 Khi có sự cố biến tần sẽ đưa ra thông tin cảnh báo,khi đó tiếp điểm NO1 bên biến tần được xử lí và đóng lại,relay R1 hoạt đóng tiếp điểm thường đóng R1 mở ,ngắt nguồn toàn bộ hoạt động của hệ thống Đồng thời tiếp điểm thường mở COM-NO sẽ đóng lại cấp nguồn cho đèn báo sự cố Đ6