Cau Truc Can Truc

Cầu/cần trục

Nhiệm vụ:

Vận chuyển dịch chuyển hàng hóa, vật tư thiết bị từ chỗ này sang chỗ khác.

Ví dụ: trong công trình xây dựng

Lắp máy công nghiệp

Nhà máy thép, luyện kim

Nhà máy cơ khí

Cảng biển, kho bãi

Cầu/cần trục

• Thực trạng:

Trước thời gian 1986, nước ta sử dụng các thiết bị nâng hạ thế hệ cũ (cơ khí vẫn tốt), hệ điều khiển lúc này chủ yếu là relay/contactor, động cơ rotor dây quấn hoặc động cơ một chiều.

Sửa chữa, cải tạo để hoạt động được (ít chức năng hơn) -> cơ hội thách thức.

Cầu/cần trục

• Thực trạng:

Sau năm 1990: thế hệ pentumn 2, điện tử hóa rầm rộ. Giá thành phần mềm đắt, vẫn sử dụng các thế hệ máy cũ.

Thay thế, sửa chữa là chủ yếu -> cơ hội + thách thức.

Cầu/cần trục

• Thực trạng:

Hiện nay, sự phát triển hoàn thiện của VXL/ĐTCS/ĐKTĐ/TĐĐ -> xu hướng chung xử dụng hệ thống PLC-Biến tần.

Ví dụ các giải pháp: Simovert, simorect, simocrane của siemens

Đặc trưng: được module hóa

Cấu trúc điều khiển xe con, cơ cấu nâng hạ

Cấu trúc điều khiển xe cầu

• Dòng năng lượng trong quá trình làm việc

bình thường

• Dòng năng lượng khi động cơ làm việc ở

chế độ hãm

Cầu/cần trục • Phân loại:

Theo tải trọng:

Theo đặc điểm công tác:

Phân loại cầu trục

Trang bị cho kho bãi nhà xưởng: chạy trên ray, cố định, điều khiển tại chỗ hoặc từ xa

Phân loại cầu trục

Thường tải trọng rất lớn, sử dụng trong công nghiệp đóng tàu biển

Phân loại cầu trục

Phân loại cầu trục

Cấu tạo cầu trục

Nâng hạ Xe cầu Xe con

Cấu tạo cần trục

Cơ cấu quay cần Cơ cấu thay đổi tầm với Cơ cấu nâng hạ Cơ cấu dịch chuyển

Cấu tạo cầu trục

Bài 2 Những đặc điểm cơ bản về công nghệ và truyền động của cần/cần trục

2.1 Nguồn điện: 2.1.1 Sử dụng hệ thống lưới điện 3 pha của nhà máy: Thường được áp dụng trong cầu trục phân xưởng, hệ thống cung cấp điện từ lưới qua thanh góp điện cố định (thanh dẫn – chổi than) Nhược điểm lớn nhất là vấn đề tiếp xúc ở thanh dẫn, biến tần rất nhậy với tiếp xúc có thể dẫn đến sự cố tạm dừng thường xuyên. 2.1.2 Cung cấp điện từ lưới qua các cuộn cáp điện: Thường được áp dụng cho các cầu trục, cần trục dịch chuyển trên đường ray. 2.1.3 Sử dụng máy phát điện Diezel Thường áp dụng trên các cầu/cần trục di động trên oto, xe khung mang di động trong kho, sân tập kết hàng ở cảng. Ví dụ: Cầu trục Hoàng Sa sử dụng 9 tổ máy phát diezel.

Tủ điện cấp nguồn cho cần trục Tukan 40T – cảng viconship

Cơ cấu bảo vệ trùng cáp nguồn: Khi có hiện tượng trùng cáp nguồn sẽ tác động vào tay gạt. Tín hiệu từ cảm biến tiệm cận đưa về bộ điều khiển trung tâm cho biết trạng thái của dây cáp nguồn.

2.2 Hệ tang – quấn cáp

Bảo vệ trùng cáp: Sử dụng 2 loadcell cảnh báo.

2.3 Hệ thống lấy container

2.3 Đặc tính phụ tải: 2.3.1 Cơ cấu dịch chuyển (xe cầu + xe con) Dạng tải ma sát: Dạng tải có tính chất phi tuyến, khi

di chuyển lực ma sát tỉ lệ với tốc độ. Mc0 = 2 – 2,5 Mcđm

2.3 Đặc tính phụ tải: 2.3.1 Cơ cấu dịch chuyển (xe cầu + xe con) Dạng tải ma sát:

Đặc tính phụ tải cơ cấu di chuyển

Do tải ma sát luôn chống lại chiều chuyển động. Momen cản không tải 30-50% Mđm đối với xe con. Momen cản không tải 50-55% Mđm đối với xe cau. Chú ý: Khi đưa tay điều khiển về tốc độ ‘0’ thì hệ thống phanh thủy lực sẽ tác động.

2.3 Đặc tính phụ tải: 2.3.1 Cơ cấu dịch chuyển (xe cầu + xe con)

Một chu kz làm việc của xe cầu/xe con.

Yêu cầu truyền động: -Yêu cầu có momen khởi động lớn để thắng được momen cản sinh ra do lực ma sát tĩnh. -Khả năng đảo chiều -Độ chính xác: không yêu cầu cao, phụ thuộc nhiều vào người điều khiển.

2.3 Đặc tính phụ tải: 2.3.1 Cơ cấu nâng hạ: Dạng tải thế năng: không bị đổi dấu khi đảo chiều tốc độ. Đặc tính phụ tải của cơ cấu nâng hạ làm việc ở 3 góc phần tư. -Momen không tải khi nâng móc câu Mc0

= 15-20% Mđm. - Momen khi hạ tải biến đổi từ -(15-20)% Mđm cho đến -80% Mđm

2.3 Đặc tính phụ tải: 2.3.1 Cơ cấu nâng hạ: Góc 1: Nâng tải, làm việc ở chế độ động cơ. Móc vào tải trọng, động cơ sinh momen để kéo hàng lên. Góc 3: Hạ động lực. Khi trọng lượng của móc câu và hàng (quá nhẹ) không thắng được lực ma sát, động cơ phải sinh công để hạ tải. Góc 4: Hạ hãm: Quá trình hạ có tải, do momen tải có giá trị lớn nên để đảm bảo ổn định được tốc độ hạ cần sinh momen hãm để khống chế tốc độ.

Yêu cầu truyền động: -Yêu cầu thay đổi tốc độ êm ái để đảm bảo an toàn cho hàng. -Khả năng đảo chiều -Độ chính xác: không yêu cầu cao, phụ thuộc nhiều vào người điều khiển.

Chú ý: Gia tốc trong các chuyển động của cầu/cần trục là đại lượng quan trọng cần khống chế để đảm bảo an toàn cho các hàng hóa, an toàn cho các hệ thống cơ khí, dây cáp v..v Việc điều khiển điện ảnh hưởng nhiều đến độ bền cơ khí và ổn định của các máy.

2.3 Đặc tính phụ tải: 2.3.1 Cơ cấu nâng hạ:

2.3 Đặc tính phụ tải: 2.3.1 Cơ cấu nâng hạ: Chu kz làm việc:

Hệ thống điều khiển sử dụng PC – PLC – Biến tần

Yêu cầu về hệ thống điều khiển truyền động cầu trục: Các chỉ tiêu theo các hãng: 1. Cần đảm bảo tốc độ nâng chuyển với tải trọng định mức:

Yêu cầu về hệ thống điều khiển truyền động cầu trục: 2. Có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng:

Cần tối thiểu có 3 cấp tốc độ, thường sử dụng là 5 cấp tốc độ

Yêu cầu về hệ thống điều khiển truyền động cầu trục: 3. Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ:

Sử dụng động cơ điện có tốc độ không cao trong hệ thống cơ một mặt rút ngắn được quá trình quá độ, huy động được momen lớn, mặt khác nâng cao được hiệu suất khi chúng ta chỉ cần sử dụng bộ điều tốc cơ khí có tỉ số nhỏ hơn.

Động cơ: thường sử dụng động cơ rotor dài, đường kính bé để giảm momen quán tính J của động cơ. Dòng khởi động lớn nên thường sử dụng loại rãnh sâu hoặc lồng sóc kép. (double squirrel cage motor)

Yêu cầu về hệ thống điều khiển truyền động cầu trục: 4. Có hệ số công suất cos phi cao.

Việc sử dụng hợp lý các loại cần trục, cần trục phù hợp với tải cũng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất nên cần phải phân loại các loại tải trọng khác nhau. Ví dụ: Nếu sử dụng cầu trục 100T để nâng hàng 20T thì không thể có hiệu suất cao hay cos phi cao được

5. Đảm bảo an toàn hàng hóa

Phanh hãm điện từ

Nguyên lý làm việc :

Khi cuộn dây phanh

hãm của nam châm

được đóng vào lưới

điện, lực hút của nam

châm thắng lực cản của

lò xo làm cho má phanh

giải phóng cổ trục của

động cơ

Đối với cầu trục có tải trọng rất lớn (hàng trăm tấn) để đảm bảo an toàn cần ngoài cơ cấu phanh hãm điện tử còn phải sử dụng phanh hãm kiểu thủy lực. Khi động cơ thủy lực có điện má phanh thủy lực mở ra để động cơ nâng hạ hoạt động bình thường. Khi mất điện má phanh sẽ ép chặt lấy trục động cơ không thể quay được, tang cuốn cáp sẽ được giữ chặt lại.

Yêu cầu về hệ thống điều khiển truyền động cầu trục: 6. Điều khiển tiện lợi và đơn giản:

7. Ổn định nhiệt, cơ và điện:

8. Tính kinh tế và kỹ thuật cao:

Quan điểm về điều khiển cầu trục: Cầu trục gồm có 3 chuyển động vì thế có thể nhìn nhận dưới quan điểm robot 3 bậc tự do, tuy nhiên hệ thống điều khiển sẽ trở nên rất phức tạp. Hơn nữa độ chính xác của cầu trục không yêu cầu quá cao và phụ thuộc nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của người điều khiển. Vì vậy, các hệ thống điều khiển đều thiết kế trên quan điểm 3 chuyển động độc lập nhau.

Hệ thống truyền động và điều khiển cầu trục/cần trục

Nhiệm vụ: •Điều khiển dòng năng lượng cho động cơ hoạt động •Điều khiển để đáp ứng công nghệ.

Cấu trúc của hệ truyền động điện

Cấu trúc hệ truyền động sử dụng trong cần trục/cầu trục được đưa ra dưới hai dạng phổ biến như sau: a.

1. Động cơ truyền động 2. Phanh hãm dừng điện từ 3. Bộ truyền cơ khí (hộp số) 4. Trống tời quấn cáp nâng hạ 5. Phanh hãm an toàn cho cơ cấu nâng hạ

Ưu điểm: Kết cấu hệ thống đơn giản, chi phí đầu tư thấp, phạm vi điều chỉnh tốc độ rất lớn. Nhược điểm: Độ trơn của hệ thống không cao, gây nên lực giật lớn trong quá trình làm viêc, tính bền vững ko cao. Thương sử dụng cho các cầu/cần trục yêu cầu nâng/hạ không cao.

Cấu trúc của hệ truyền động điện

Cấu trúc hệ truyền động sử dụng trong cần trục/cầu trục được đưa ra dưới hai dạng phổ biến như sau: b.

1. Động cơ truyền động 2. Phanh hãm dừng điện từ 3. Bộ truyền cơ khí (hộp số) 4. Phụ tải động 5. Tang quấn cáp nâng hạ 6. Phanh hãm an toàn cho cơ cấu nâng hạ

Để khắc phục đưa ra cấu trúc hệ thống kín.

Cấu trúc này rất thích hợp cho các loại cần trục/cầu trục sử dụng trong công nghệ lắp máy, xây dựng, bốc xếp container …

Cấu trúc của hệ truyền động điện

Cấu trúc hệ truyền động sử dụng trong cần trục/cầu trục được đưa ra dưới hai dạng phổ biến như sau: b.

Ưu điểm: Đặc tính điều chỉnh tốt, độ trơn điều chỉnh cao, có khả năng điều chỉnh sâu cả hai phía nâng hạ, quay trái-phải. Nhược điểm: Hệ điều khiển phức tạp và là hệ kín, giá thành tổng đầu tư cao, hiệu suất ở vùng điều chỉnh sau tốc độ thấp.

Chú ý: -Cơ cấu di chuyển giàn của cầu trục và cơ cấu di chuyển quay có thể sử dụng nhiều động cơ. - Cơ cấu thay đổi tầm với của cần trục thường sử dụng bộ truyền cơ khí kiểu bánh răng-thanh răng. - Cơ cấu quay thườn sử dụng bộ truyền cơ khí dạng trục vít vô tận với bánh răng nón dẫn động cho trụ quay.

Phụ tải động

Phụ tải động dùng để điều chỉnh tốc độ của hệ thống theo nguyên lý tạo ra momen cản chống lại momen của động cơ, cho phép điều chỉnh sâu tốc độ. • Sử dụng máy phát động bộ • Sử dụng máy phát điện một chiều • Phanh hãm điện từ

Chú ý: -Máy phát đồng bộ được sử dụng nhiều nhất. -Phụ tải động dùng cho các cấp tốc độ thấp 1,2,3 -Tốc độ 4,5 cao không sử dụng PTĐ. -Đây là phương pháp điều chỉnh không kinh tế, gây tôn hao năng lượng.

Phụ tải động

Sử dụng máy phát đồng bộ.

Nguyên lý làm việc: Máy phát đồng bộ được nối đồng trục với động cơ nâng hạ. Điều chỉnh K1 để thay đổi điện trở phụ mạch rotor. Mục đích để tạo ra momen cản Mp luôn ngược với chiều quay.

Phụ tải động

Sử dụng máy phát điện một chiều

Nguyên lý làm việc: Máy phát điện một chiều được nối đồng trục với động cơ nâng hạ. Điều chỉnh Ra để thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng. Mục đích để tạo ra momen cản Mp luôn chống chiều quay.

Ra

Phụ tải động

Sử dụng phanh điện từ:

Nguyên lý làm việc: Cuộn dây stator được cấp nguồn kích từ có thể thay đổi được. Rotor lõi thép được khoét sâu xuống và đặt các nam châm sao cho ép được đường sức từ trường đi theo đường mong muốn. Mục đích để tạo ra Mp chống lại chiều quay. Mp ~ Ikt Khi đó điều chỉnh Ikt sẽ điều chỉnh được Mp. Hệ thống có đặc tính điều chỉnh tốt, thường hay sử dụng cho cơ cấu nâng hạ hàng hóa cho cảng biển, các dây chuyền lắp máy.

N S

Mạch động lực cơ cấu nâng hạ cần trục KONE Sử dụng cấu trúc phụ tải động kiểu phanh điện từ. Động cơ Am1 65kW, As1 cuộn dây stator phanh. Am5: phanh điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi dòng điện cấp cho cuộn dây stator, bằng cách đóng cắt điện trở phụ R53, được điều khiển bở KA481. Mạch rotor động cơ Am1 sử dụng các điện trở phụ để khắc phục quá tải momen, dòng điện ở tốc độ cao.

Chú ý: Động cơ rotor dây quấn trong cầu/cần trục được nối 2 pha trước, một pha để hở để tạo ra quá trình khởi động không đối xứng.

Đặc tính cơ

Tồn tại d hở giữa 2 bánh răng tại thời điểm khởi động (lực ma sát lớn -> tải lớn). Chạy ở chế độ không đối xứng sẽ có đặc tính momen khởi động lớn nhưng tốc độ thấp, giảm được chấn lực giữa 2 bánh răng trong quá trình khởi động.

HỆ THỐNG ĐiỀU KHIỂN CẦU/CẦN TRỤC

Có 4 dạng thiết kế: -Hệ relay/contactor -Hệ sử dụng phụ tải động -Hệ sử dụng biến tần – động cơ không đồng bộ - PLC -Hệ sử dụng biến tần – động cơ không đồng bộ - PLC – Máy tính

Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu sử dụng PLC – Biến tần – Động cơ không đồng bộ

Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu sử dụng PLC – Biến tần – Động cơ không đồng bộ

1. Control Panel: Chứa tay điều khiển, các nút công tắc chọn chế độ, hiển thị trạng thái làm việc.

• Nguyên l{ làm việc của tay điều khiển: Mục đích là xác định chiều và tốc độ nâng-hạ, sang phải – sang trái, tiến-lùi. Tay điều khiển được nối liên động với encoder (thường sử dụng loại 8-10bit) để xác định tốc độ đặt. Bản tin thường sử dụng 2bit báo chiều + 8bit tốc độ (đối với encoder 10bit).

Ban đầu khi thay đổi góc nghiêng thì tốc độ cơ cấu thay đổi nhỏ, sau đó thay đổi nhỏ góc nghiêng thì tốc độ thay đổi nhiều. Ưu điểm của tay điều khiển kiểu encoder là có thể có nhiều cấp tốc độ nên đi rất êm. Chú ý phải hạn chế tốc độ nâng max và hạ max.

• Bộ mã hóa: Nhận tín hiệu từ tay điều khiển để truyền về bộ điều khiển trung tâm PLC. Chức năng bộ mã hóa là kiểm tra thông tin, đảm bảo thông tin đúng định dạng, tăng khả năng chống nhiễu khi truyền tín hiệu xa.

CABIN ĐiỀU KHIỂN

Nguyên tắc bố trí cabin: 2 tay sẽ điều khiển các cơ cấu dịch chuyển và nâng hạ. 2 chân sẽ điều khiển hệ thống còi báo + đèn chiếu.

Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu sử dụng PLC – Biến tần – Động cơ không đồng bộ

Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu sử dụng PLC – Biến tần – Động cơ không đồng bộ

3. Biến tần: Điều khiển điện áp, tần số cấp cho động cơ theo luật đã cài đặt, trong đó các tham só công nghệ quan trọng nhất như: gia tốc, tốc độ, các giá trị giới hạn bảo vệ v..v Biến tần được ghép nối với PLC để nhận các lệnh thay đổi tốc độ, cho phép đảo chiều, đông thời báo các trạng thái làm việc về PLC.

Biến tần hệ Simatic của cần trục TUKAN

Biến tần hệ Sinamics của cần trục TUKAN

Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu sử dụng PLC – Biến tần – Động cơ không đồng bộ

4. Động cơ không đồng bộ chuyên dụng, thường có cấu tạo dài để giảm momen quán tính. Stator có thể đổi nối sao/tam giác. 5. Pulse generator (PG): Thường sử dụng encoder.

Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu sử dụng PLC – Biến tần – Động cơ không đồng bộ

7. Các cảm biến: - Công tắc hành trình giới hạn - Cảm biến đo dòng, áp, tốc độ - Cảm biến áp suất dầu thủy lực

Cầu trục RTG (RUBBER TIRED GANTRY CRANNE)

Cầu trục RTG • Cấu trúc:

Cầu trục RTG • Thông số:

Cầu trục RTG • Thông số:

Cầu trục RTG • Thông số:

Sơ đồ cấp điện cầu trục RTG

Nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ cấp điện cầu trục RTG

Nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ cấp điện cầu trục RTG

Sơ đồ chức năng máy phát diesel

Cấu trúc điều khiển máy phát ACG

Vấn đề điều khiển trong Máy phát điện Diezel? -Điều chỉnh tốc độ: Tốc độ máy phát sẽ bằng tốc độ của động cơ diesel, tốc độ thay đổi sẽ làm cho tần số thay đổi (cho phép sai số 2,5%)

-Điều chỉnh kích từ: Điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát để thay đổi điện áp đầu ra máy phát

Sơ đồ mạch lực máy phát điện

Sơ đồ điều khiển máy phát điện

Sơ đồ điều khiển máy phát ACG Cấu tạo máy phát điện ACG

PT1A,B là 02 máy biến áp đo lường. WL1, 1VM là đèn báo nguồn và Volt kế.

1FM – đồng hồ đo tần số.

Sơ đồ điều khiển máy phát ACG Cấu tạo máy phát điện ACG

AVR bộ điều chỉnh tự động điện áp. EX cuộn kích từ máy phát PMG - máy phát kích từ SPACE HEATER: bộ sấy máy phát. 0V - LV – cảm biến bảo vệ tần số điện áp ra máy phát mức CAO (110% fđm) và THẤP (90% fđm). Khi tần số trong khoảng 90-110% thì các tiếp điểm LV và 0V = 0 UV – Relay kiểm tra điện áp đầu ra. Khi Ura > 85% Udm thì cuộn UV không tác động, làm cho tiếp điểm thường mở = 0. Tiếp điểm GB là tiếp điểm cho phép bộ AVR hoạt động, cấp nguồn cho cuộn kích từ máy phát.

Sơ đồ điều khiển máy phát ACG

để điều khiển thời gian đóng cấp điện cho các relay trung gian GB và GBT

Sơ đồ điều khiển máy phát ACG

NGUYÊN LÝ LÀM ViỆC:

Sơ đồ điều khiển máy phát ACG NGUYÊN LÝ LÀM ViỆC:

Sơ đồ điều khiển máy phát ACG

CÁC BẢO VỆ:

CẤU TRÚC BỘ BiẾN TẦN

Điện áp đầu vào 460Vac Điện áp sau chỉnh lưu cỡ 600Vdc