Đồ án cẩu giàn

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CỦA CẨU GIÀNVề chế độ làm việc: cầu giàn làm việc bốc dỡ hàng hóa nhiều lần nên chế độlàm việc của cầu giàn là chế độ ngắn hạn lặp lại và chế độ làm việc của cơ

Trường : đại học Giao Thông Vận Tải TPHCM

Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thông

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.3 m/s cho động cơ nâng hạ, 1 m/s cho động cơ điều khiển chuyển động ngang





0

Chọn động cơ kéo, hộp số, AC drive

Điều khiển cẩu dàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn, có bảo vệ hành trìnhhai 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, cácnhà 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 độngCấu tạo của cổng trục gồm có 3 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu dichuyển xe con, cơ cấu di chuyển xe cầu



3 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU CỦA CẨU GIÀN

Về chế độ làm việc: cầu giàn làm việc bốc dỡ hàng hóa nhiều lần nên chế độlàm việc của cầu giàn là chế độ ngắn hạn lặp lại và chế độ làm việc của cơ cấucầu 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 hệtruyền 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

Đặc điểm của chế độ này là thời gian làm việc (có tải) không đủ cho nhiệt độđộng cơ tăng đến giá trị ổn định, và thời gian nghi cũng không đủ để cho nhiệt độđộng cơ giảm đến nhiệt độ môi trường (휏 = 0) Đồ thị phụ tải và đường cong nhiệtsai động cơ ở chế độ này được biểu diễn hình Đặc trưng cho đồ thị phụ tải ngắnhạn lặp lại là độ lớn của phụ tải P hoặc M và “thời gian đóng điện tương đối” TĐc c

Trên đồ thị ta thấy khi ω=0, M lớn hơn từ 2 đến 2.5 lần,M ứng với tốc độc cđịnh 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 hãngSiemens, phụ kiện biến tần, điện trở hãm, bộ lọc, các thiết bị bảo vệ nhưCB,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 :

Sơ đồ cơ cấu nâng hạ:

Chọn hộp số cho động cơ nâng hạ cẩu trục

Tỉ số truyền của động cơ

2휏휏휏휏 2 휏 ∗ 0.15 ∗1500

- Momen nâng có tải :

(GG )R (5000012500) * 0,15

i.u. 1* 78, 5* 0,9-

H v

5

- Thời gian nâng vật : tn =   16,67(s)

0,3

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

lv n

-Chiều dài di chuyển xe con theo chiều ngang

Vận tốc di chuyển xe con theo chiều ngang

:L=8m:v=1m/s

Động cơ 4 cực,tốc độ rotor :1500 (v/p)Động cơ có công suất :36,7 (kw)

Tỉ số truyền của động cơ :78,5Tốc 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 (M /M = 2,15 ÷ 5 đối với đông cơ không

max đm

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

Công suấtTốc độ định mức

Tỉ số truyền

37 Kw

1470 vòng / phút74,58Tốc độ đầu ra 19,7 vòng / phút

400 V

Điện áp định mứcDòng điện định mức

 Thông số về kích thước của động cơ

 Thông số về phanh của động

cơ

2 CƠ CẤU CHẠY NGANG :

kbr =1,2

:hệ số ma sát lăn:hệ số ma sát giữa bánh xe và đường ray (1,2-1,5)

=0,85 :hiệu suất cơ cấu

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

Động cơ có công suất : 5.8 KW

Tỉ số truyền của động cơ :10,2Tốc độ đầu ra của động cơ : 142,98 (v/p)

-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 (M /M = 2,15 ÷ 5 đối với đông cơ không đồngmax đm

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

Công suấtTốc độ định mức

Tỉ số truyền

7,5 Kw

1455 v/phút10,31

400 V

Điện áp định mứcDòng điện định mức

 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

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 tadùng 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 Name: MICROMASTER

System SubType: MICROMASTER 410/420/430/440

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

Manufacturer: Siemens

Alt Manufacturer:

System Name: MICROMASTER

System SubType: MICROMASTER 410/420/430/440

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

System Name: MICROMASTER

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

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

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

Explanation Parameter

Ampere Rating 125A Volt Rating

 Chọn Contactor cho biến tần

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

75A Ta chọn contactor có mã hiệu: 3TF4822

Product Details for 3TF4822:

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

Phase: 3 Poles: 3 Voltage: 600

 Chọn cáp điện cho cơ cấu nâng hạ

Dựa vào yêu catalog hướng dẫn chọn cáp,ta chọn loại cáp có tiết diện dây trongkhoảng 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, vỏPVC 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 biếntần (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 tadùng điện trở hãm để dừng hãm động cơ nhanh khi động cơ đang chạy ở tốc độcao.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 raGiảm nhiễu cho dòngHạn chế dòng khởi động,dòng ngắn mạch

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

Bảo vệ quá tải động cơ 3 pha 400VAC, 18.5kW

Độ bền tiếp điểm:

o Cơ: 50,000 lần

o Điện: 25,000 lần

 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 chobiến tần ta chọn contactor có dòng điện bằng dòng vào định mức của biến tần là2A

2

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 trongkhoảng 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

 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 220VDùng 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

 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

Khi ta bấm nút nâng ,relay K1 có điện ,các tiếp điểm thường mở K1 đóng lạiduy trì nguồn cho relay ,đồng thời tiếp điểm thường đóng K1 mở ra,bênmạch động lực tiếp điểm K1 đóng lại đưa nguồn vào bộ xử lí của biến tầnvới 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 trêntang 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 lạiduy 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 tầnvới 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,bộhạn 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 dừnglại.khi đó ta bấm nút dừng,các relay mất điện ,các tiếp điểm trả về vị trí banđầu

Khi ta bấm nút phải ,relay K3 có điện ,tiếp điểm K3 đóng lại duy trì nguồncho relay,đồng thời tiếp điểm thường đóng K3 mở ra,bên mạch động lực tiếpđiểm K3 đóng lại đưa nguồn vào bộ xử lí của biến tần với tần số 50Hz.biếntần điều khiển động cơ đưa xe con chạy ngang sang bên phải ,đèn D4 sángbáo chế độ chạy sang phải,khi xe con chạy đến cuối đường ray sẽ tác độngđến 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 nguồncho relay,đồng thời tiếp điểm thường đóng K4 mở ra,bên mạch động lực tiếpđiểm K4 đóng lại đưa nguồn vào bộ xử lí của biến tần với tần số 50Hz.biếntần điều khiển động cơ đưa xe con chạy ngang sang bên trái đèn D5 sángbáo chế độ chạy sang trái ,khi xe con chạy đến cuối đường ray sẽ tác độngđến 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 điểmthường đóng R1 mở ,ngắt nguồn toàn bộ hoạt động của hệ thống Đồng thờitiếp điểm thường mở COM-NO sẽ đóng lại cấp nguồn cho đèn báo sự cố Đ6

COM1- Mạch được thiết kế bảo vệ 0,khi hệ thống đang hoạt động mà đột ngột mấtđiện,khi có điện lại thì hệ thống phải được khởi động lại từ đầu chứ không tựđộng chạy tiếp

 Chế độ bảo vệ của mạch điều khiển :Khi xảy ra hiện tượng quá tải ,quádòng,ngắn mạch điều khiển thì cầu chì một pha và CB 1 pha sẽ tác động,bảo vệ mạch