Luận văn Đánh giá trang bị điện – điện tử cần trục Kone tại công ty đóng tàu Phà Rừng. Đề xuất giải pháp cải tiến hiện đại hóa hệ truyền động điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG.. Luận văn Đánh giá trang bị điện – điện tử cần trục Kone tại công ty đóng tàu Phà Rừng. Đề xuất giải pháp cải tiến hiện đại hóa hệ truyền động điện 1 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. Sau 4 năm học tập tại trường Đại học Dân lập Hải Phòng, được sự tin tưởng động viên của các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử 1001, em đã tiến hành thực hiện đề tài tốt nghiệp “ Đánh giá trang bị điện – điện tử cần trục Kone tại công ty đóng tàu Phà Rừng. Đề xuất giải pháp cải tiến hiện đại hóa hệ truyền động điện ” do thầy giáo Tiến Sỹ Hoàng Xuân Bình hướng dẫn. Đồ án gồm các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan về cần trục nhà máy đóng tàu Phà Rừng Chương 2: Khái quát hệ thống điều khiển cho cần trục Kone. Chương 3: Đề xuất giải pháp cải tiến hiện đại hóa hệ biến tần – động cơ cơ cấu di chyển chân đế . 2 Em hy vọng đồ án sẽ trở thành tài liệu hữu ích cho mọi người, đặc biệt là các bạn sinh viên tham khảo trong việc học tập và ngiên cứu về cần trục Kone . Tuy nhiên trong quá trình thực hiện do vốn kiến thức còn hạn chế, thời gian thực hiện không nhiều nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! 3 Chương 1 Tæng quan vÒ nhãm cÇn trôc nhµ m¸y ®ãng tµu phµ rõng 1.1. lÞch sö ph¸t triÓn cña c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng Công ty đóng tàu Phà Rừng trước đây là công ty sửa chữa tàu biển Phà Rừng, là công trình hợp tác giữa chính phủ Việt Nam và Cộng hòa Phần Lan được đưa vào hoạt động từ ngày 25 tháng 3 năm 1984. Ban đầu công ty được xây dựng để sửa chữa các loại tàu biển có trọng tải đến 15000 tấn. Trải qua hơn 20 năm hoạt động, công ty đã sửa chữa được hàng trăm lượt tàu trong và ngoài nước như: Liên Bang Nga, Đức, Hy Lạp, Hàn Quốc đạt chất lượng cao. Công ty đóng tàu Phà Rừng là một trong những cơ sở hàng đầu của Việt Nam có thương hiệu và uy tín trong lĩnh vực sữa chữa tàu biển. Hình 1.1: Hình ảnh mặt bằng công ty đóng tàu Phà Rừng 4 Những năm gần đây, công ty cũng phát triển công nghiệp đóng mới tàu biển và đã bàn giao cho chủ tàu hàng chục tàu có trọng tải từ 6500 tấn 12500 tấn. Đặc biệt là các loại tàu xuất khẩu yêu cầu công nghệ cao như tàu chở dầu hóa chất 6500 tấn cho Hàn Quốc, tàu chở hàng vỏ kép 34000 tấn cho Vương Quốc Anh. Thực hiện chiến lược phát triển kinh tế biển của Đảng và Nhà nước, chủ trương phát triển ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam, Công ty đã trở thành Tổng Công ty Công nghiệp tàu thủy Phà Rừng, bao gồm công ty mẹ, năm công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên, năm công ty cổ phần vốn góp chi phối của công ty, một truờng dạy nghề. Cùng với hệ thống cơ sở vật chất được đầu tư có hệ thống là đội ngũ nhân lực đông đảo gần 3000 cán bộ công nhân viên trong đó có 390 kỹ sư, cử nhân đặc biệt là lực lượng hàng nghìn công nhân đã và tiếp tục được đào tạo về công nghệ đóng mới tàu biển tại Phần Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc, Na Uy. Tất cả sẽ trở thành động lực cho sự phát triển của Tổng Công ty Công nghiệp tàu thủy Phà Rừng trong tương lai. 1.2. c¸c yªu cÇu vÒ n©ng vËn chuyÓn cña c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp như trong các nghành cơ khí, luyện kim, đóng tàu, xây dựng, các cảng biển việc nâng vận chuyển là yêu cầu hết sức quan trọng góp phần lớn quyết định năng suất, hiệu quả kinh tế. Nhất là đối với một công ty đóng và sửa chữa tàu thuỷ như Công ty tàu biển Phà Rừng, việc nâng vận chuyển các mã hàng, các tấm thép để gia công, các thiết bị và chi tiết để lắp ráp lại càng cần thiết. Để đáp ứng nhu cầu đó công ty đã trang bị rất nhiều nhóm thiết bị cần trục, cầu trục với nhiều chủng loại đa dạng phù hợp đặc điểm công tác ở từng bộ phận sản xuất. Tại các phân xưởng, kho vật tư để vận chuyển hàng hoá, các mã hàng 5 đưa vào vị trí gia công, sửa chữa hay vận chuyển các chi tiết gia công xong đưa sang công đoạn khác công ty đã trang bị các cầu trục chạy trên ray và các cầu trục bán trục. Nhóm thiết bị này có trọng tải từ (5 – 40) tấn, cấu tạo đơn giản điều khiển bằng công tắc tơ và rơle do hãng Cranes của Phần Lan thiết kế hoặc công ty Formach của Việt Nam hợp tác với nước ngoài (thường là Trung Quốc) chế tạo và lắp đặt. Cầu trục loại này có các cơ cấu điều khiển chuyển động chính là: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn; và chúng được thiết kế điều khiển tại chỗ hoặc từ xa. Tại các bãi làm việc ngoài trời, khu vực triền tàu, âu tàu công ty trang bị nhiều loại cần trục, cầu trục hiện đại phục vụ việc làm việc lắp ráp, đóng mới tàu như: 5 cầu trục khung dầm hộp chạy trên đường ray trọng tải 5 tấn phục vụ bãi làm việc các tấm vỏ và thân tàu, loại này dùng điều khiển bằng công tắc tơ và rơle có các cơ cấu chính là cơ cấu nâng hạ, di chuyển xe con và di chuyển giàn, thiết kế điều khiển tại cabin hay từ xa. Để phục vụ việc lắp ráp đóng mới các con tàu công ty lắp đặt bên cạnh âu tàu một số cẩu CQ của Trung Quốc và tại triền tàu một cầu trục 200 tấn của Phần Lan. Đây là những loại cẩu hiện đại dùng hệ điều khiển biến tần và PLC cho tốc độ điều khiển rất láng đáp ứng yêu cầu nâng hạ mã hàng chính xác để lắp ráp. Ngoài bến sửa chữa có lắp đặt một số cẩu chân đế của Trung Quốc và KONE, những loại này dùng công tắc tơ và rơle điều khiển, sức nâng (8- 25) tấn để nâng chuyển lắp máy phục vụ sửa chữa Ngoài ra công ty cũng lắp đặt 2 cẩu tháp phục vụ xây dựng có tải trọng (6 - 20) tấn, tầm với 60m. Và một số cẩu trên ôtô có tính linh hoạt cao, hiệu quả trong sử dụng để vận chuyển các mã hàng liên kết các công đoạn gia công, sửa chữa đóng mới tàu Qua việc thống kê trên ta có thể thấy yêu cầu về nâng vận chuyển của công ty tàu biển Phà Rừng là rất lớn, hầu hết trong các công đoạn sản xuất đều có sự góp mặt của nhóm thiết bị này. Công ty đã trang bị rất nhiều cần trục cầu trục phục vụ sản xuất với nhiều chủng loại đa dạng và ngày càng hiện đại. 6 1.2 1. Cần đảm bảo tốc độ nâng chuyển với tải trọng định mức Tốc độ chuyển động tối ưu của hàng hoá được nâng chuyển là điều kiện trước tiên để nâng cao năng suất bốc xếp hàng hoá, đưa lại hiệu quả kinh tế tốt nhất cho sự hoạt động của cần trục. Nếu tốc độ thiết kế quá lớn sẽ đòi hỏi kích thước trọng lượng của các bộ truyền động cơ khí lớn, điều này dẫn đến giá thành chế tạo cao. Mặt khác tốc độ nâng hạ tối ưu đảm bảo cho hệ thống điều khiển chuyển động cho các cơ cấu thỏa mãn các yêu cầu về thời gian đảo chiều, thời gian hãm, làm việc liên tục trong chế độ quá độ, gia tốc và độ giật thoả mãn yêu cầu. Ngược lại tốc độ quá thấp sẽ ảnh hưởng đến năng xuất bốc xếp hàng hoá. Thông thường tốc độ chuyển động của hàng hoá ở chế độ định mức nằm trong phạm vi (0,2-1)m/s hay (12-60)m/p. 2. Có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng Phạm vi điều chỉnh tốc độ của các cơ cấu điều khiển chuyển động là điều kiện cần thiết để nâng cao năng xuất bốc xếp đồng thời thoả mãn yêu cầu của công nghệ bốc xếp với nhiều chủng loại hàng hoá. Cụ thể là: khi nâng và hạ móc không hay tải trọng nhẹ với tốc độ cao, còn khi có yêu cầu khai thác phải có tốc độ thấp và ổn định để hạ hàng hoá vào đúng vị trí yêu cầu. Vì vậy số cấp tốc độ cho các cơ cấu điều khiển chuyển động của cần trục ít nhất là 3 cấp tốc độ. Cấp tốc độ thấp nhằm thoả mãn công nghệ khi nâng và hạ hàng chạm đất, cấp tốc độ cao là tốc độ tối ưu cho từng cơ cấu, giữa hai cấp tốc độ này thường được thiết kế thêm các tốc độ trung gian để thoả mãn công nghệ bốc xếp hàng hoá cũng như sự ổn định của cần trục. 3. Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ Các cơ cấu điều khiển chuyển động trên cần trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, thường hệ số đóng điện ε% = 40% vì vậy thời gian quá độ chiếm hầu hết thời gian công tác. Do đó việc rút ngắn thời gian quá độ là biện 7 pháp cơ bản để nâng cao năng xuất. Thời gian quá độ trong các chế độ công tác là thời gian khởi động và thời gian hãm trong quá trình tăng tốc và giảm tốc. Để rút ngắn thời gian quá độ cần sử dụng các biện pháp như: Chọn động cơ có mômen khởi động lớn; Giảm mômen quán tính của các bộ phận quay; Dùng động cơ điện có tốc độ không cao (1000-1500) v/ph. Đối với động cơ điện một chiều, mômen khởi động phụ thuộc vào giới hạn của các phiến góp vì vậy thường chọn dòng khởi động Ikđ = (2-2,5)Iđm. Đối với động cơ xoay chiều mômen khởi động phụ thuộc vào loại động cơ, với động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc mômen khởi động có thể đạt 1,5Iđm, còn với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn về nguyên tắc mômen khởi động có thể chọn bằng mômen tới hạn Mmax. 4. Có trị số hiệu suất cosφ cao Công tác khai thác hợp lý cần trục trong bốc xếp hàng hoá là một yếu tố để nâng cao tính kinh tế của hệ thống điều khiển. Như chúng ta đã biết hệ thống truyền động điện của các cần trục thường không sử dụng hết khả năng công suất, hệ số tải thường trong khoảng 0,3 - 0,4. Do vậy khi chọn các động cơ truyền động phải chọn loại có hiệu cosφ cao và ổn định trong phạm vi rộng. 5. Đảm bảo an toàn hàng hoá Đảm bảo an toàn cho hàng hoá, thiết bị và công nhân bốc xếp là yêu cầu cao nhất trong công tác khai thác vận hành cần trục. Để thực hiện điều đó thì các bộ truyền động cần phải có quy trình an toàn cho công tác v hành và điều khiển cần trục trong quá trình hoạt động. Trong quá trình tính toán thiết kế phải chọn các hệ số dự trữ hợp lý. Kỹ thuật điều khiển chuyển động cần trục cần có các hệ thống giám sát, bảo vệ tự động các hệ thống. Ngoài ra còn có các hệ thống đo lường và bảo vệ quá tải cho cơ cấu nâng hạ hàng. 8 Hệ thống điều khiển bắt buộc phải có đầy đủ các bảo vệ sự cố, bảo vệ không, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải cho động cơ thực hiện và bảo vệ dừng khẩn cấp. Các loại phanh hãm cho các hệ thống làm việc phải có tính bền vững cao. 6. Điều khiển tiện lợi và đơn giản Để đảm bảo thuận lợi cho người điều khiển, việc thiết kế thiết bị điều khiển phải được bố trí thuận tiện và thống nhất giữa các loại cần trục. Đồng thời người điều khiển có thể sử dụng các lệnh khẩn cấp một cách thuận tiện và dễ dàng. 7. Ổn định nhiệt cơ và điện Các cần trục thông thường được lắp ráp để vận hành ở các nơi có nhiệt độ và độ ẩm cao, các khu vực làm việc thường có nhiệt độ biến đổi theo mùa rõ rệt. Vì vậy các thiết bị điện phải được chế tạo thích hợp với môi trường công tác. 8. Tính kinh tế và kỹ thuật cao Thiết bị chắc chắn, kết cấu đơn giản, trọng lượng và kích thước nhỏ, giá thành hạ, chi phí bảo quản và chi phí năng lượng hợp lý. 1.2.2. Các phương pháp nghiên cứu đánh giá 1.Các phương pháp nghiên cứu đánh giá cần trục Để nghiên cứu đánh giá về cần trục người ta dựa trên hai quan điểm đó là: * Quan điểm điều khiển: Khi thiết kế hệ thống điều khiển, các nhà thiết kế thông thường đã dùng kỹ thuật tối ưu hoá các biến điều khiển (tối ưu hoá số tiếp điểm của các công tắc tơ rơle) để xây dựng mạch điều khiển cho các cần trục. Đây là các thiết bị dùng để thực hiện các luật điều khiển nhất định. Điều khiển chuyển động nâng hạ hàng, di chuyển hàng hoá treo trên móc cần trục theo quỹ đạo mong muốn trong không gian hoạt động của cần trục có thể thực hiện đồng thời nhờ 3 cơ cấu: nâng hạ hàng, cơ cấu quay mâm 9 và cơ cấu di chuyển . Việc điều khiển chuyển động của các cơ cấu có thể thực hiện điều khiển tại chỗ hoặc từ xa. Tuy nhiên trong thực tế hiện nay điều khiển chuyển động của cần trục bốc xếp hàng hoá được thiết kế để người vận hành trực tiếp điều khiển quỹ đạo chuyển động của hàng hoá, quyết định tốc độ nâng hạ và di chuyển tuỳ theo từng điều kiện công tác và chủng loại hàng hoá cụ thể. Chính vì vậy mà hệ thống điều khiển chuyển động cho các cơ cấu của cần trục thường được thiết kế hoạt động độc lập với nhau. Việc khai thác tối ưu năng suất thiết kế phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật điều khiển của người vận hành, cũng như cấu trúc điều khiển của các hệ thống điều khiển chuyển động. Điều khiển các hệ thống điều khiển truyền động điện cho chuyển động của các cơ cấu của cần trục được thiết kế rất đa dạng. Để thuận tiện cho quá trình tổng hợp và phân tích các hệ thống điều khiển chúng ta dựa vào các đặc điểm sau: a. Hệ thống . b. Hệ thống điều . c. Hệ thống điều . Mạch cấp nguồn cho các hệ thống điều khiển truyền động điện cho các cơ cấu chính, các hệ thống truyền động phụ và hệ điều khiển giám sát sự hoạt động của cần trục có các đặc điểm sau: Điều khiển cấp nguồn cho toàn bộ cần trục trong chế độ hoạt động và chế độ không hoạt động. Nguồn điện dùng cho cần trục bao gồm nguồn điều khiển, nguồn động lực cung cấp cho các động cơ truyền động. Đồng thời hệ thống cấp nguồn thực hiện các bảo vệ cần thiết cho cần trục như: bảo vệ ngắn mạch động lực, bảo vệ không, bảo vệ quá tải các động cơ truyền động. * Quan điểm năng lượng: Cần trục trong các nhà xưởng thường được thiết kế với tải trọng nâng hạ hoặc di chuyển trung bình và lớn. Vì vậy khi nghiện cứu cần phải chú ý 10 đến khả năng cung cấp công suất cũng như độ an toàn, tin cậy của các động cơ thực hiện. Để phân tích được các đặc tính đặc trưng của hệ truyền động điện các nhóm cần trục này thì ta phải xuất phát từ các nguyên tắc cơ bản của truyền động điện sử dụng trong thiết bị nâng chuyển. Khi đã phân tích được điều đó mới có thể ứng dụng và vận dụng một cách thành thạo các công tác điều chỉnh hệ thống thoả mãn các yêu cầu công nghệ. 2. Phương pháp chung để đánh giá khả năng phục vụ thiết bị điện của cần trục Để đánh giá khả năng phục vụ của thiết bị điện phục vụ bốc xếp hàng hoá thường có 2 phương pháp sau: Phương pháp thứ nhất: Đó là phương pháp thống kê khả năng hoạt động và số lần hỏng hóc trong một giai đoạn nhất định, trong một năm hoặc trong nhiều năm mà đưa ra kết luận. Phương pháp thứ hai: Là dựa vào tính năng kỹ thuật, kết cấu của từng thiết bị, khí cụ điện, máy điện cũng như xuất xứ của chúng. Phương pháp này cho kết quả nhanh song đòi hỏi người đánh giá phải có chuyên môn cao. Cũng từ kết quả đánh giá đó xây dựng quy trình khai thác vận hành cho hợp lý. 1.3. cÇn trôc trong c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng 1.3.1. Kết cấu bố trí lắp đặt * Cách bố trí trên cabin điều khiển Cabin chính trên cần cẩu được đặt phía trên cao để người điều khiển có tầm quan sát mọi hoạt động. Tại cabin này người điều khiển có thể thao tác vận hành di chuyển cần cẩu từ bảng điều khiển nằm ở phía chân cần cẩu. 11 Bảng 1.1: B điều khiển cabin chính STT Chi tiết Chức năng Công dụng VH 1 Tay điều khiển Slew left Quay cần sang trái 2 Tay điều khiển Slew right Quay cần sang phải 3 Tay điều khiển Luff up Nâng cần lên 4 Tay điều khiển Luff down Hạ cần xuống 5 Công tắc nút ấn Control on Bật điều khiển 6 Công tắc nút ấn Control off Tắt điều khiển 7 Đèn báo Lamp test Ấn để thử chế độ làm việc của cần cẩu 8 Công tắc Luff word/maintenance Chọn chế độ làm việc của cơ cấu nâng cần 9 Đèn báo Luff ready Cơ cấu nâng cần sẵn sàng 10 Đèn báo Slew ready Cơ cấu quay mâm sẵn sàng 11 Đèn báo Luff endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu nâng cần hoạt động 12 Đèn báo Luff maintain endpoint Dừng chế độ nâng hạ cần khi chọn chế độ bảo dưỡng 13 Công tắc nút ấn Litmit bypass Ấn để bỏ qua chế độ ngắt cuối 14 Công tắc nút ấn Rail brake up Ấn để nhấc phanh ray trước khi cơ cấu dừng 15 Công tắc nút ấn Rain brake down Ấn để hạ phanh ray 16 Công tắc nút ấn Spare Bật nguồn dự trữ 17 Tay điều khiển Gantry left Di chuyển cẩu sang trái 18 Tay điều khiển Gantry right Di chuyển cẩu sang phải 19 Tay điều khiển Hoist up Nâng hàng 12 STT Chi tiết Chức năng Công dụng VH 20 Tay điều khiển Hoist down Hạ hàng 21 Công tắc bật Main/aux . hoist Chọn cơ cấu nâng hạ ( chế độ phụ) 22 Đèn báo Main hoist ready Chế độ nâng chính sẵn sàng 23 Đèn báo Gantry ready Chế độ di chuyển sẵn sàng 24 Công tắc nút ấn E – stop Dừng mọi hoạt động 25 Công tắc nút ấn Main contactor on Bật công tắc tơ chính 26 Công tăc tơ nút ấn Main contactor off Tăt công tắc tơ chính 27 Công tắc tơ nút ấn Solalart buzzer Bật còi báo 28 Công tắc tơ nút ấn Volt switch Bật đồng hồ vôn kế Bảng 1.2: Bảng điều khiển (nằm ở phía dưới cẩu) STT Chi tiết Chức năng Công dụng VH 1 Công tắc Gantry left Di chuyển cẩu sang trái 2 Công tắc Gantry right Di chuyển cẩu sang phải 3 Công tắc Gantry stop Dừng di chuyển 4 Công tắc Rail brake up Ấn để nhấc phanh ray trước khi cơ cấu chân đế di chuyển 5 Công tắc Rail brake down Ấn để hạ phanh ray sau khi cơ cấu chân đế dừng 1.3.2. vận hành cần trục 1. Chỉ những người hội đủ các điều kiện sau mới được làm việc với cần cẩu Có tuổi trong độ tuổi lao động do nhà nước quy định. Đã qua kiểm tra khám sức khoẻ bởi cơ quan y tế. 13 Được đào tạo chuyên môn phù hợp, được huấn luyện BHLĐ và có các chứng chỉ kèm theo. ( gồm người lái, người làm tín hiệu, người móc tải). Định kỳ 12 tháng 1 lần những người này phải được huấn luyện và kiểm tra kiến thức chuyên môn và an toàn. Được giao quyết định điều khiển cần cẩu bằng văn bản có chữ ký của giám đốc. 2. Chỉ cho phép công nhân làm việc trên cần cẩu đã qua kiểm định và được cơ quan lao động cấp giấy phép cho phép hoạt động theo đúng luật định. Cần cẩu chưa có giấy phép của ngành lao động không được phép hoạt động. 3. Công nhân làm việc trên cần cẩu phải sử dụng đúng và đủ các PTBVCN được cấp theo chế độ gồm : áo quần vải dày, mũ cứng, găng tay vải bạt, áo mưa, găng vải ngắn cổ. 4. Trước khi vận hành phải kiểm tra tình trạng kỹ thuật hoàn hảo của các chi tiết và bộ phận quan trọng của cần cẩu, thử lần lượt từng bộ phận của nó ở trạng thái không tải xem hoạt động của chúng có bình thường không. Chú ý xem xét tình trạng chất lượng của móc, cáp, dây tiếp đ , trụ chắn kh chế hành trình, bộ phận chặn hoặc thiết bị chống lật cần, thiết bị chống tự di chuyển, thắng hãm các loại...vv. Nếu có bộ phận, chi tiết nào hư hỏng phải báo cáo cho người phụ trách để tìm biện pháp khắc phục mới được vận hành. 5. Giữa người lái và người làm tín hiệu phải phối hợp nhịp nhàng thống nhất theo ngôn ngữ quy ước giữa hai bên mà quy phạm kỹ thuật an toàn thiết bị nâng đã quy định. Trong trường hợp người lái nhìn thấy tải trọng trong suốt quá trình nâng chuyển thì người móc tải kiêm luôn tín hiệu viên. 6. Khi cho cần cẩu làm việc trong vùng bảo vệ của đường dây tải điện phải có phiếu thao tác. Phiếu phải chỉ rõ các biện pháp an toàn, trình tự thực hiện các thao tác, vị trí đặt cần trục tháp. Phiếu này do thủ trưởng đơn vị sử dụng cần cẩu ký và giao trực tiếp cho người lái. 14 Cấm thiết bị nâng làm việc dưới đường dây điện cao thế. Khi di chuyển hay bắt buộc phải bố trí cần cẩu đứng làm việc dưới đường dây tải điện hạ thế phải đảm bảo khoảng cách tối thiểu từ thiết bị nâng đến dây không nhỏ hơn 1 m. 7. Trước khi bắt đầu làm việc phải báo cho những người không có trách nhiệm ra khỏi khu vực nâng, chuyển và hạ tải. cửa b phải đóng lại và có khóa (chốt). Cửa kính quan sát buồng phải được lau sạch thường xuyên. 9. Phải che chắn các bộ phận : Truyền động bánh răng, xích, trục vít. Khớp nối có bu lông và chốt lồi ra ngoài. Các khớp nối nằm gần chổ người qua lại. Trống (tambour) cuộn cáp đặt gần người lá hay gần lối đi lại nhưng không được làm cản trở người lái theo dõi cáp cuộn trên trống. Các trục truyền động có thể gây nguy hiểm. 10. Phải bao che các phần mang điện hở mà con người có thể chạm phải khi làm việc trong buồng điều khiển. 11.Công tắc hạn chế hành trình của cơ cấu di chuyển phải đặt sao cho việc ngắt động cơ xảy ra ở cách trụ chắn một khoảng không nhỏ hơn toàn bộ quãng đường thắng (phanh) cơ cấu có ghi trong lý lịch máy. 12. Làm việc ban đêm phải có đèn pha chiếu sáng đủ cho khu vực làm việc, công tắc đèn phải bố trí ở chân cần cẩu. Ngoài ra phải có đèn chiếu sáng đầy đủ cho buồng điều khiển với mạng điện riêng để khi ngắt điện thiết bị nâng không làm tắt đèn. 13. Người điều khiển thiết bị di chuyển, hạ tải phải nắm vững : Cách xác định chất lượng, sự phù hợp của cáp và tiêu chuẩn loại bỏ cáp. Trọng tải được phép nâng và cách ước tính trọng lượng của tải. Cách kiểm tra hoạt động của các cơ cấu và thiết bị an toàn. 15 Cách kiểm tra hoạt động của phanh và cách điều chỉnh phanh. Khái niệm về độ ổn định và các yếu tố có ảnh hưởng đến nó ( mối quan hệ giữa sự thay đổi tải trọng và tầm với, tốc độ gió nguy hiểm.v.v...). Cách xác định vùng nguy hiểm của thiết bị nâng. Cách xác định sự cố xảy ra. 14. Người móc tải phải biết : Trọng tải mà cần trục được phép nâng, trọng tải của cần trục tương ứng với tầm với. Chọn cáp, xích buộc phù hợp với trọng lượng và kích thướt của tải. Xác định chất lượng cáp, xích, móc tải. Cách buộc và treo tải lên móc. Qui định tín hiệu trao đổi với người điều khiển thiết bị nâng khi phải kiêm nhiệm vai trò tín hiệu viên. Ước tính trọng lượng của tải. Vùng nguy hiểm của thiết bị nâng. 15. Nghiêm cấm : Lên xuống thiết bị nâng khi nó đang di chuyển. Nâng tải trọng trong tình trạng chưa ổn định hoặc chỉ móc lên một bên của móc kép. Nâng hạ tải, di chuyển tải khi có người đang đứng trên tải (để cân bằng hay sửa chữa lại dây buộc). Nâng tải đang bị vùi dưới đất, bị các vật khác đè lên, tải đang liên kết với các vật khác bằng bu lông hoặc liên kết với bê tông. Kéo lê tải trên mặt đất, mặt sàn, trên đường ray (khi cáp nâng tải xiên), vừa nâng vừa quay hoặc di chuyển tải nếu hồ sơ kỹ thuật của nhà chế tạo không cho phép làm điều đó, di chuyển ngang tải khi tải nằm cao hơn chướng ngại vật nhỏ hơn 500mm. Dùng móc để gỡ cáp, xích đang bị tải đè lên. 16 Xoay và điều chỉnh các tải dài và cồng kềnh khi nâng chuyển và hạ tải mà không có các công cụ chuyên dùng thích hợp. (Chỉ được phép điều chỉnh tải khi nó cách sàn khoảng 200mm và cách người thực hiện không ít hơn l m). Đưa tải lên xe khi người lái chưa ra khỏi ca-bin, qua lỗ cửa hoặc ban công khi không có sàn nhận tải. 16. Khi xem xét kiểm tra, sửa chữa và điều chỉnh các cơ cấu, thiết bị điện hoặc xem xét sửa chữa kết cấu kim loại phải ngắt cầu dao dẫn điện hoặc tắt máy (đối với các kiểu dẫn động không phải bằng điện ). 17. Khi tạm ngừng việc không cho phép treo tải lơ lửng. Kết thúc công việc phải tắt máy và rút móc tải lên cao khỏi không gian có người và các thiết bị khác hoạt động . Thu dọn nơi làm việc gọn gàng, làm vệ sinh , ghi sổ nhật ký ca rồi ký tên trước khi giao cho người của ca sau. 1.4. nhËn xÐt vµ ®¸nh gi¸ thùc tr¹ng kÜ thuËt cÇn trôc Cần trục điện có kết cấu đa dạng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực khác nhau. Trong các xí nghiệp luyện kim, trong các xí nghiệp công nghiệp thường lắp đặt các loại cần trục để vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm. Trong các xí nghiệp tuyển than, tuyển quặng, trên các bãi chứa than của các nhà máy nhiệt điện thường lắp đặt cần trục. Trên các công trường xây dựng dân dụng và công nghiệp thường lắp đặt các loại cổng trục và cần cẩu chân đế v.v Ngoài các loại cần trục lắp đặt cố định trên còn sử dụng cần cẩu di động như: cần cẩu ô tô, cần cẩu bánh xích, cần cẩu nổi v.vTa chỉ nghiên cứu cần cẩu đặc trưng nhất đó là cần cẩu chân đế. Cần cẩu chân đế giữ vị trí số một trong các thiết bị nâng dùng trong công nghiệp đóng tàu. Cần cẩu chân đế là thiết bị nâng chủ yếu dùng để vận chuyển vật liệu và lắp ráp trong các công trình bốc xếp hàng hóa, xây dựng công nghiệp, các công trình thủy điện. 17 Vị trí đặt cần cẩu chân đế hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu: tầm với và sức cẩu để hoạt động, làm việc bộ phận trên mặt đất và phải kể đến tầm với và sức cẩu dự trữ; Có đường đi vòng, tiện cho ô tô, cần cẩu bổ trợ khác đi vào hiện trường; Vị trí đặt cẩu tháp phải gần cầu dao điện; Phải trừ lại không gian đủ rộng cho việc tháo dỡ cẩu và vận chuyển phụ kiện ra khỏi công trường; Nếu đồng thời lắp 2 cần cẩu chân đế, phải chú ý phân chia điện công tác, đồng thời phải có biện pháp đề phòng cản trở lẫn nhau cũng như tai nạn lao động. Ngoài ra khi chọn vị trí đặt cần cẩu còn phải cân nhắc giữa phương án chạy trên ray hay cố định. Một số mâu thuẫn giữa tính năng kỹ thuật cần cẩu với nhu cầu làm việc và cách giải quyết a. Nhu cầu tiến độ vượt quá năng suất của cần cẩu Mâu thuẫn này có nhiều biện pháp giải quyết: tăng thời gian làm việc trong một ca hoặc tăng số ca làm việc trong một ngày (có thể giải quyết được 110% đến 300% nhu cầu). Sử dụng công cụ hỗ trợ như xe nâng, cầu trục và các phương tiện vận chuyển nằm ngang trên cao. Chọn cần cẩu khác có năng suất phù hợp. b. Mâu thuẫn giữa tính năng kỹ thuật cần cẩu chân đế và nhu cầu làm việc Trong thực tiễn làm việc, về tính năng kỹ thuật của cần cẩu chân đế thường gặp hai loại mâu thuẫn cơ bản trên và có ba cách giải quyết như sau: * Cách 1: Về tổng thể, tính năng kỹ thuật của cần cẩu chân đế phù hợp yêu cầu làm việc, nhưng bị hạn chế bởi một vài nguyên nhân (như vị trí di chuyển của cần cẩu chân đế cố định không thể xê dịch hoặc có chướng ngại vật không thể tránh được...), ở góc cạnh xa nhất trong mỗi khu vực làm việc có một hay một số điểm cẩu vượt quá năng lực cẩu định mức của cần cẩu chân đế . Gặp loại mâu thuẫn này, thường có mấy biện pháp khắc phục: thay đổi thiết kế, giảm nhỏ kích thước, giảm trọng lượng cấu kiện để không vượt quá trọng lượng cẩu định mức. Việc này thực hiện được, nhưng phiền hà và tốn 18 kém, đồng thời phải được sự đồng ý của đơn vị thiết kế; Đổi việc đúc sẵn thành đổ tại chỗ và thiết kế thùng chứa vật liệu đặc biệt để không vượt quá trọng lượng cẩu định mức. Tìm cách nâng cao năng lực cẩu để thích ứng yêu cầu cẩu lắp. Trong các biện pháp trên thì biện pháp nâng cao năng lực cẩu là tốt nhất. * Cách 2: Trong thực tiễn làm việc, do đặc thù của ngành đóng tàu, yêu cầu diện tích làm việc và trọng tải tương đối lớn, có thể xuất hiện mâu thuẫn về nhu cầu độ cao nâng cẩu phần trên không đáp ứng được, tùy trọng lượng cẩu, mô men cẩu, tầm với cùng các tham số khác của cần cẩu chân đế kiểu chạy ray vẫn thoả mãn yêu cầu sử dụng. Cách giải quyết mâu thuẫn đó là: đổi dùng loại cẩu khác thích hợp với công trình; Đổi kiểu chạy trên ray bằng cần cẩu chân đế kiểu neo, bố trí một đường neo chặt để tăng tổng chiều cao của móc cẩu. Vì vậy việc nghiên cứu một nhóm cần trục trong công ty để hiểu rõ, khai thác tối đa năng suất sử dụng và đưa ra giải pháp cải tiến hiện đại hóa là một việc hợp lý và cần thiết. Trong đồ án này đi sâu nghiên cứu về nhóm cần trục Kone có trọng tải là 15T và đưa ra giải pháp cải tiến hiện đại hóa hệ TĐĐ cơ cấu di chyển chân đế. 19 Chương 2 Kh¸I qu¸t vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn truyÒn ®éng ®iÖn cho cÇn trôc kone 2.1. giíi thiÖu chung vÒ cÇn trôc kone 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 2.1: Cần cẩu Kone công ty đóng tàu Phà Rừng Cần trục KONE có các cơ cấu chính là: Cơ cấu nâng hạ hàng Cơ cấu nâng hạ cần (thay đổi tầm với) Cơ cấu quay mâm Cơ cấu di chuyển chân đế 20 Về cấu trúc cơ khí, cẩu KONE có thân cần trục gồm: Tháp cần trục làm bằng thép, cấu trúc trên tháp cẩu thẳng đứng có gắn tay cần trục, buồng đặt thiết bị điều khiển, cabin điều khiển. Tay cần trục cấu tạo bằng những thanh thép ghép thành dầm ứng lực, một đầu gắn bằng khớp với tháp cẩu, một đầu treo bằng cáp thông qua hệ thống ròng rọc và có thể quay xung quanh khớp gắn với tháp cẩu. Cabin điều khiển là buồng điều khiển tập trung của cần trục, trong đó trang bị các tay điều khiển, các nút ấn để điều khiển các cơ cấu thông qua hệ thống công tắc tơ và rơle. Hình 2.2: Sơ đồ lắp ráp cẩu Kone 21 Thông số kỹ thuật cơ bản của KONE: Sức nâng từ (8 – 25) tấn Tầm với từ (24 – 38) m Chiều cao nâng hạ hàng với tải là: 25 tấn chiều cao là 45 + 9 m 15 tấn chiều cao là 37 + 9 m Tốc độ nâng hàng móc 25 tấn là 10m/ph Tốc độ nâng hàng móc 8 tấn là 60m/ph Tốc độ quay mâm là 1m/ph Tốc độ nâng cần là 25m/ph Tốc độ di chuyển xe là 46m/ph Góc quay 360 0 Chiều rộng đường ray là 10.5m Chiều dài bánh xe là 5.4m Chiều cao đỉnh tháp 37.3m Chiều cao đỉnh cần 45m Nguồn điện 3 pha điện áp Uđm = 380V, f = 50Hz. 2.2. c¸c c¬ cÊu truyÒn ®éng cÇn trôc kone Trên cần trục Kone có bốn cơ cấu truyền động chính là: 1. Truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng. 2. Truyền động cho cơ cấu nâng hạ cần. 3. Truyền động cho cơ cấu quay mâm. 4. Truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế. Các cơ cấu truyền động trên cần trục hoạt động độc lập, khi kết hợp điều khiển các cơ cấu này hoạt động hoặc điều khiển hoạt động riêng rẽ từng cơ cấu sẽ đạt được quỹ đạo bốc xếp hàng hoá theo mong muốn. 22 Thường các hệ thống truyền động cho các cơ cấu 1, 2, 3 của cần trục được xây dựng hoàn toàn giống nhau và chỉ khác nhau về phạm vi công suất truyền động. Công suất của cơ cấu 1 lớn hơn 2 và 3 còn cơ cấu 4 thường được xây dựng đơn giản hơn các cơ cấu 1, 2, 3. Các hệ thống này có thể được thực hiện là các hệ truyền động điện hoặc truyền động điện thuỷ lực. Tuy nhiên các hệ thống truyền động điện thuần tuý khi sử dụng động cơ truyền động là: động cơ 1 chiều, động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc hoặc dây quấn sẽ cho đặc tính điều chỉnh tốt nhất. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện thông thường cho cần trục được đưa ra với dạng phổ biến trên hình 2.3 gồm các phần tử chính của hệ động lực là: 1. Động cơ điện 2. Phanh hãm điện từ 3. Bộ truyền cơ khí 4. Có thể là trống tời của dây cáp nâng hạ hàng hoặc nâng hạ cần 5. Phanh hãm an toàn cho cho cơ cấu nâng hạ hàng hay nâng hạ cần. Riêng cho cơ cấu quay mâm thông thường là bộ truyền cơ khí trục vít vô tận với bánh răng nón. Hình 2.3: Kết cấu hệ truyền động điện phổ biến Kết cấu dạng này động cơ thực hiện có thể là động cơ một chiều điều chỉnh tốc độ bằng điện trở phụ. Đặc biệt cuộn kích từ nối tiếp được sử dụng với sự trợ từ và khử từ trong điều khiển ở chiều nâng và hạ là khác nhau. Còn với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thông thường là loại có nhiều cuộn 23 dây, các tốc độ khác nhau được sử dụng bằng cách thay đổi việc cấp nguồn cho các cuộn dây stator. Việc đổi chiều quay của động cơ điện một chiều được thay đổi bằng cách đổi điện áp phần ứng. Hệ thống cấp nguồn cho động cơ một chiều có thể là máy phát điện một chiều mạch phần ứng hoặc bộ biến đổi T - Đ. Việc đổi chiều quay cho các động cơ xoay chiều không đồng bộ thường thực hiện bằng phương pháp đổi thứ tự pha nguồn cấp. Ưu điểm cơ bản của hệ truyền động điện dạng này là: kết cấu hệ thống điều khiển đơn giản, thường xây dựng theo nguyên tắc tay điều khiển kết hợp với trạm từ. Đồng thời dạng này cũng cho phạm vi điều chỉnh tốc độ rất lớn, đầu tư ban đầu thấp. Nhược điểm của hệ thống là độ láng điều chỉnh không cao, có thể gây nên lực giật trong quá trình làm việc của cần cẩu. Vì vậy độ ổn định kém và chỉ ứng dụng cho các cần cẩu khi yêu cầu đặc tính công nghệ không cao. Để khắc phục các nhược điểm trên, trong các hệ thống điều khiển chuyển động cho các cơ cấu ngày nay đã ứng dụng các hệ thống TĐĐ hiện đại dùng bộ biến tần PWM - Động cơ không đồng bộ với kỹ thuật điều khiển PLC. Dạng hệ thống này cho kết quả tốt về điều chỉnh tốc độ, tính linh hoạt trong điều khiển và giám sát, cũng như hiệu quả kinh tế cao. Ở hình 2.3 đưa ra dạng kết cấu động lực của hệ thống truyền động đã được ứng dụng cho nhiều loại seria cần cẩu của các hãng danh tiếng CRANES của Phần Lan, KYPOB của Liên Bang Nga, TUKAN của Cộng hoà Liên Bang Đức Hình 2.4: Kết cấu hệ truyền động điện dùng phụ tải động 24 Trong hệ thống bao gồm: 1. Động cơ truyền động 2. Phanh điện từ hãm dừng 3. Bộ truyền cơ khí 4. Phanh hãm điều chỉnh tốc độ của hệ thống hoặc các máy phát hãm có thể dùng máy đồng bộ hoặc không đồng bộ. 5. Cơ cấu thực hiện có thể là trống tời cho cơ cấu nâng hạ hàng hoặc nâng hạ cần. 6. Phanh an toàn. Đặc điểm cơ bản của hệ thống dạng hình 2.4 ở chỗ cơ cấu hãm điều chỉnh tốc độ 4 có thể điều chỉnh được mômen hãm theo yêu cầu và kết hợp với đặc tính của động cơ điện để cho ra đặc tính của hệ thống thoả mãn được công nghệ cao cho các loại cần cẩu, thường được ứng dụng cho các hệ thống có phạm vi công suất lớn, sử dụng động cơ truyền động một chiều, động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Thích hợp với cần cẩu dùng trong lắp máy, xây dựng và các cần cẩu để bốc xếp container ở các cảng biển. Ưu điểm của hệ thống hình 2.4 là đặc tính điều chỉnh tốt, láng, có thể điều chỉnh sâu cả hai phía nâng – hạ, quay trái – phải. Nhược điểm là hệ thống điều khiển thường phức tạp và là hệ kín, giá thành tổng thể cao, hiệu suất vùng điều chỉnh sâu thấp Cần chú ý rằng: Các phanh hãm dừng điện từ 2 và cơ cấu phanh an toàn 5 của hệ thống trên hình 2.3 hoặc 6 trên hình 2.4 phải có độ an toàn tuyệt đối đối với cần cẩu khi hoạt động. Khi có sửa chữa thay thế các phần tử trên toàn bộ trục truyền động chính nhất thiết phải khoá phanh an toàn 5 hoặc 6 một cách chắc chắn để tránh gây mất an toàn nghiêm trọng. 25 2.3. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu n©ng h¹ hµng 2.3.1. Động cơ truyền động 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: Pdm = 65 kW.  Hệ số công tác ngắn hạn: ED = 40%  Điện áp định mức: Udm = 380 V.  Dòng điện định mức: Idm = 117 A.  Tốc độ định mức: ndm = 964 vg/ph.  Điện áp roto: U2 = 400V  Dòng điện roto: I2 = 86A.  Điện trở roto: R2 = 0,049 Ω/20 0 C 2.3.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ Am1 là động cơ không đồng bộ rotor dây quấn truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng. As1 là phanh điện thủy lực. Ac1,Ac2 là các công tắc tơ đảo chiều và cấp nguồn cho mạch điện stator động cơ truyền động, hệ thống đảo chiều quay bằng cách đảo thứ tự hai trong ba pha. Ac41 † Ac45 là các tiếp điểm của công tắc tơ điều khiển điện trở phụ mạch rotor của động cơ truyền động chính. Am5: Phanh điều chỉnh tốc độ cho cơ cấu nâng hạ hàng, mô men hãm của phanh Am5 được điều khiển bởi khối KA481 bằng cách thay đổi dòng điện cấp cho cuộn dây stator của phanh Am5. Ac7 tiếp điểm cấp nguồn cho phanh As1 là phanh hãm dừng cho cơ cấu. 26 4 3 6 5 2 1 Ac 45 Ac 44 1 2 5 6 3 4 Ac 43 1 2 5 6 3 4 Ac 42 1 2 5 6 3 4 Ac 41 1 2 5 6 3 4 M3~ M3~ AU4 Ad5 Ac2 Ac1 Ac7 Ac8 e5 AU5 - KA481 ~ 380V / OP1 P6 E3 A3 r51 r50 As1 11 12 A01 R N Am5 E-C 11 12 r56 P5 A1 E1 K51 r60 P5 E2 A2 r59 Ad61 9 10 4 1 2 I> r52 E5 A5 P6 r53 r54 r55 5 6 7 8 Ad2 Ad61 K1 K2 23 24 24 23 Ad1 61 62 61 62 AL1-11 n52 r59 r59 K3 K4 AL1-10 A L 1 - 1 3 Ab3 Lªn Xuèng 21 22 17 18 1 0 1 3 13 16 17 18 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 Am1 Od1 Ac42 Ad3 Ad2 Ad1 51 52 31 32 51 52 52 51 51 52 Hình 2.5: Sơ đồ mạch động lực cơ cấu nâng hạ hàng cần trục Kone. 27 2.3.3. Các bảo vệ trong cơ cấu nâng hạ hàng cần trục Kone  Bảo vệ quá tầm với: Khi trọng tải lớn hơn 15T mà tầm với lớn hơn 24m thì công tắc hành trình sẽ tác động ngắt điện phía nâng hàng.  Bảo vệ móc chạm đỉnh: Khi độ cao nâng hàng lớn hơn 54m thì công tắc hành trình tác động ngắt điện cấp cho mạch stator của động cơ truyền động theo chiều nâng.  Bảo vệ móc chạm đất (bảo vệ chùng cáp): Khi cáp chùng thì công tắc hành trình sẽ tác động cắt điện cấp cho cuộn stator của động cơ truyền động theo chiều hạ.  Bảo vệ quá tải cho động cơ: Động cơ M1 được đặt các nhiệt điện trở âm trong các pha của cuộn dây stator. Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ cho phép các điện trở nhiệt này sẽ tác động ngắt mạch cấp nguồn điều khiển.  Bảo vệ ngắn mạch: Cơ cấu nâng hạ hàng được bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì có dòng định mức là 125A trong sơ đồ cấp nguồn.  Bảo vệ “không”: Bảo vệ “không” được thực hiện trong sơ đồ cấp nguồn. Khi cơ cấu đang làm việc vì lý do nào đó mất nguồn cấp thì khi có nguồn trở lại phải đưa tay điều khiển về vị trí không sau đó mới khởi động điều khiển hệ thống làm việc trở lại. 2.4. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu n©ng h¹ cÇn 2.4.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu Động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cần là động cơ không đồng bộ rotor dây quấn loại M20LBTS2K có thông số kĩ thuật như sau :  Công suất định mức: Pdm = 65 kW. 28  Hệ số công tác ngắn hạn: ED = 40%  Điện áp định mức: Udm = 380 V.  Dòng điện định mức: Idm = 75 A.  Tốc độ định mức: ndm = 964 vg/ph.  Điện áp roto: U2 = 340 V  Dòng điện roto: I2 = 67 A.  Điện trở roto: R2 = 0,044 Ω/20 0 C 2.4.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ Pm1 là động cơ không đồng bộ rotor dây quấn truyền động cho cơ cấu nâng hạ cần. Y1, Y2 là phanh điện thủy lực. Pc1, Pc2 là các công tắc tơ đảo chiều và cấp nguồn cho mạch điện stator động cơ truyền động, hệ thống đảo chiều quay bằng cách đảo thứ tự hai trong ba pha. Pc40 † Pc43 là các tiếp điểm của công tắc tơ điều khiển điện trở phụ mạch rotor của động cơ truyền động chính. Pc7 là công tắc tơ cấp nguồn cho phanh thủy lực. 29 2 - 5 15 Pm1 AL1-10 NR A01 1211 Ps1 r50 r51 A3 E3 ~ 380V / OP1 Pc7 Pa7 Pc1Pc2 AU4 M3~ M3~ 4 3 6 5 2 1 Pc 42 4 3 6 5 2 1 Pc 43 4 3 6 5 2 1 1 2 5 6 3 4 Pc 41 Pc 40 K53 Pd04 Pd01 Pc7Ph1 0 1 4 21 22 Pd42 K2 K1 Pd43 K1 K2 1 4 3 4 Pd4 3 4 Pd1 3 4 Pd2 5 6 Pd1 51 52 Pd01 13 14 Pc1 Pc2 5 6 Pd2 14 13 Pb121 Ab14 Pb11 Ab13 Pb13 Pb21 37m 24m 22.5m 36m 34.5m 1.5m Ab11 15T Ab14 37m Ab13 Pe2 PL1- 10 Pc1 Pd1 Pd2 Pc2 4 18 7 0 6 5 4 1 0 Pd3 Pd61 K2 K1 Pc2Pc1 36m Pb1 +0m Pb2 44 43 Ad2 44 43 Ad2 44 43 Ad2 22 21 Pc41 - 0 1 4 5 6 0 1 4 5 6 31 32 31 32 Pd1 Pd2 Pc40 ba 61 71 81 14 24 34 44 52 62 72 82 51 43 33 23 13 a b 31 41 2 6 4 14 24 32 42 23 13 3 5 1 1 5 3 13 23 42 32 24 14 4 6 2 41 31 ba 1 5 3 13 23 42 32 24 14 4 6 2 41 31 ba 1 5 3 13 23 42 32 24 14 4 6 2 41 31 ba 1 5 3 13 23 42 32 24 14 4 6 2 41 31 ba 1 5 3 13 23 42 32 24 14 4 6 2 41 31 ba 1 5 3 13 23 42 32 24 14 4 6 2 41 31 ba 54535453 6463 b a a b a b a b a b a b a b a b Hình 2.6: Sơ đồ điện nguyên lý điều khiển cơ cấu nâng hạ cần của cần trục Kone. 30 2.4.3. Các bảo vệ của cơ cấu nâng hạ cần cần trục Kone  Bảo vệ tầm với tối thiểu : Để tránh hàng hóa va chạm vào thân cần trục thì khi tay cần ở vị trí giới hạn nâng cần với góc lớn nhất công tắc hành trình sẽ ngắt điện cấp nguồn cho động cơ truyền động cho cơ cấu theo chiều nâng.  Bảo vệ tầm với tối đa : Khi tầm với lớn hơn 36m thì công tắc hành trình sẽ tác động ngắt điện động cơ không cho phép hạ cần.  Bảo vệ quá tải cho động cơ. Động cơ M1 được đặt các nhiệt điện trở âm trong các pha của cuộn dây stator. Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ cho phép các điện trở nhiệt này sẽ tác động ngắt mạch cấp nguồn điều khiển.  Bảo vệ ngắn mạch: Cơ cấu nâng hạ hàng được bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì có dòng định mức là 125A trong sơ đồ cấp nguồn. 2.5. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu quay m©m 2.5.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu quay mâm Hai động cơ truyền động cho cơ cấu quay mâm là động cơ không đồng bộ roto dây quấn.Thông số kỹ thuật của động cơ như sau:  Công suất định mức: Pdm = 15 kW  Điện áp định mức: Udm = 380 V  Dòng điện định mức: Idm = 34 A  Tốc độ định mức: ndm = 1460 vg/ph  Điện áp roto: U2 = 285V  Dòng điện roto: I2 = 30A  Điện trở roto: R2 = 0,16Ω/20 0 C 31 2.5.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ Động cơ M1, M2 là động cơ không đồng bộ roto dây quấn truyền động cho cơ cấu quay mâm. K1,K2 là các công tắc tơ điều khiển cấp nguồn cho cuộn dây stato để đảo chiều quay cho cơ cấu. 1K40 † 1K43, 2K40 † 2K43 là các công tắc tơ điều khiển điện trở mạch roto để điều chỉnh tốc độ của động cơ. F31, F32 là các rơ le nhiệt để bảo vệ quá tải cho động cơ. D42, D43 là các rơ le thời gian để khống chế quá trình tăng, giảm tốc khi điều khiển 2.5.3. Nguyên lý hoạt động Giả sử cần trục đang làm việc bình thường nguồn đã được cấp tới hệ thống. Tốc độ 1 quay phải Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 1 ta có K1 = 1 tiếp điểm thường mở đóng cấp nguồn cho cuộn hút K01 đồng thời cấp nguồn cho cuộn hút stator cho 2 động cơ M1, M2 truyền động quay theo chiều phải.Mạch rotor của hai động cơ đều hở một pha nên động cơ làm việc ở chế độ điện trở rotor không đối xứng nên mômen động cơ tạo ra đủ nhỏ, tốc độ chậm. Tốc độ 2 quay phải Khi đưa tay điều khiển về vị trí 2 quay phải ở mạch rotor lúc này có thêm 1K40 =1 và 2K40 = 1 lúc này điện trở của mạch roto được nối đối xứng tốc độ động cơ được tăng lên. Đồng thời cấp nguồn cho rơle thời gian D42 sau khoảng thời gian 1,5s thì tiếp điểm thường mở đóng chậm sẽ đóng sẵn sàng cấp nguồn cho 1K42 và 2K42. Tốc độ 3 quay phải Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 3 quay phải mạch điện stator của hai động cơ giống vị trí số 2 lúc này 1K41 = 1 và 2K41 = 1 loại 1 phần điện trở phụ ra khỏi mạch rotor, tốc độ động cơ tiếp tục được tăng lên. 32 Tốc độ 4 quay phải Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 4 quay phải, mạch điện stator của 2 động cơ giống như vị trí số 3 tức là 1K42 = 1 và 2K42=1 ngắt tiếp một phần điện trở phụ ra khỏi mạch tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên. Đồng thời cấp nguồn cho role thời gian D43 sau 1,5s tiếp điểm thường mở của role này đóng lại cấp nguồn cho 1K43 và 2K43 điện trở mạch roto lại tiếp tục được ngắt ra, tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên. Khi điều khiển cơ cấu quay mâm sang trái các bước thực hiện tương tự như điều khiển cơ cấu quay phải.Tuy nhiên công tắc tơ cấp nguồn cho stator lúc này là K2 đổi chiều quay bằng đổi thứ tự pha điện áp mạch stator. Mạch điện rotor thứ tự loại trừ điện trở phụ giống như chiều quay phải. Khi chuyển nhanh tay điều khiển từ vị trí số 1 sang 4 hay từ 4 sang 1 nhờ sự duy trì của các rơle thời gian D42 và D43 mà tốc độ không tăng đột ngột. 2.5.4. Các bảo vệ cho cơ cấu Bảo vệ quá tải cho động cơ thực hiện bằng các rơ le nhiệt. Bảo vệ ngắn mạch bằng các cầu chì. Bảo vệ không thực hiện trong sơ đồ cấp nguồn. 33 Hình 2.7: Sơ đồ mạch động lực cơ cấu quay mâm. w w w w w w 34 Hình 2.8: Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu quay mâm. 35 2.6. giíi thiÖu vÒ ®iÒu khiÓn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ Hệ thống chạy chân cần cẩu Kone hiện có là hệ thống điều khiển điều chỉnh tốc độ bằng cách ngắt dần điện trở phụ mạch rotor động cơ dây quấn. Việc điều chỉnh này thông qua các công tắc tơ, rơ le đóng điện trở phụ, điện trở này để thay đổi tốc độ di chuyển chân đế của cần trục Kone. Đặc tính cơ của hệ thống khi dùng điện trở phụ Hình 2.9 : Tủ điện trở phụ cơ cấu di chuyển chân đế Động cơ có đặc điểm là: thường có từ 3 đến 6 cấp tốc độ, cho phép momen khởi động lớn, hạn chế được dòng khởi động, khai thác bảo dưỡng đơn giản và có thể mở rộng phạm vi công suất. Ở tốc độ cao người ta cũng không loại bỏ hết điện trở phụ để khắc phục hiện tượng quá tải momen ở tốc 36 độ cao.Đảo chiều quay bằng đảo chiều thứ tự pha của điện áp cấp cho stato. Hình 2.10: Sơ đồ điện và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôtor dây quấn khi thay đổi điện trở phụ trong mạch rôtor. Ở mạch roto tại thời điểm đầu, mạch roto nối 2 pha để tạo ra sự làm việc không đối xứng, từ trường tổng trong máy là elip làm mềm đặc tính cơ, để tạo tốc độ ban đầu rất thấp nhằm khắc phục sai lệch cơ khí của các bánh răng truyền động. Đặc tính cơ tĩnh của hệ thống biểu diễn trên hình 2.5 khi sử dụng động cơ không đồng bộ roto dây quấn, Rf1< Rf2<Rf3. Khi Rf lớn, động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược với tải là thế năng nhằm giữ cho tốc độ là hạ hàng là const. Ưu điểm : Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto để điều chỉnh tốc độ động cơ có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ. Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho các phụ tải dạng thế năng (Mc = const). Đối với hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ không đồng bộ roto dây quấn có các ưu điểm sau: Có khả năng tạo ra được nhiều cấp tốc độ bằng cách thay đổi Rf đối R S T NC2NC1 RT U V W KC4 KC3 KC2 KC1 M n 0 -n M co 1,2M cdm M max A N n dm n 0 -1,2M cdm-Mmax A H 0 37 xứng hoặc không đối xứng. Khi Rf tăng dẫn đến Mkđ tăng lên. Nhược điểm: Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là điều chỉnh không triệt để; khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rôto, dòng rôto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn Gây tổn hao phụ trên điện trở khởi động, hiệu suất của hệ thống là không cao. Không gian lắp đặt đòi hỏi lớn. 2.6.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu Động cơ truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế của cần trục Kone là động cơ dị bộ roto dây quấn M13MTB2F có thông số kĩ thụât như sau:  Công suất định mức: Pdm = 6,5 kW  Hệ số công tác ngắn hạn lặp lại: ε% = 40  Điện áp định mức: Udm = 380V  Tốc độ định mức: n = 1420 v/ph  Điện áp rotor: U2 = 195V  Dòng điện rotor: I2 = 22 (A)  Điện trở rotor: R2 = 0,19 Ω/20 o C Cơ cấu này sử dụng 4 động cơ mỗi bên có 2 động cơ 2.6.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ  Mạch động lực: - 1K1, 1K2, 2K1, 2K2 là các công tắc tơ cấp nguồn cho mạch Stator của 4 động cơ tương ứng M1, M2, M3, M4 đồng thời có tác dụng trong việc đảo chiều quay của động cơ. Đảo chiều quay của động cơ được thực hiện bằng cách đảo thứ tự 2 trong 3 pha. 38 F31, F32, F33, F34 là các rơ le nhiệt có nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho động cơ. Y1, Y2, Y3, Y4 là các phanh điện từ gắn trên các động cơ tương ứng. 1K40÷1K43 ; 2K40÷2K43 ; 3K40÷3K43 ; 4K40÷4K43 là các công tắc tơ có nhiệm vụ điều khiển điện trở phụ cho mạch rotor. K7 là công tắc tơ cấp nguồn cho phanh.  Mạch điều khiển : S3 là tay trang điều khiển cho cơ cấu tương ứng với 4 cấp tốc độ. 1K40÷1K43 ; 2K40÷2K43 ; 3K40÷3K43 ; 4K40†4K43 là cuộn hút của công tắc tơ điều khiển điện trở phụ cho mạch rotor của động cơ. D42, D43 là cuộn hút của rơ le thời gian có tác dụng cho việc khống chế điều khiển tốc độ của động cơ. K7 là cuộn hút của công tắc tơ cấp nguồn cho phanh điện từ. 1K1, 1K2, 2K1, 2K2 là cuộn hút công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ. 2.6.3. Nguyên lý hoạt động  Khi tiến lên phía trước : Đưa tay điều khiển về vị trí số 1 của chiều tiến lên khi đó cấp nguồn cho cuộn hút K11, K11=1 tiếp điểm thường mở đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút 1K1 và 2K1, tiếp điểm thường mở đóng lại cấp nguồn cho mạch stator của 4 động cơ,4 động cơ này hở một pha điện trở rotor không đối xứng máy điện làm việc ở chế độ máy biến áp. Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 1 thì đồng thời cấp nguồn cho K7=1 nên Y1, Y2, Y3, Y4 = 1. Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 2 thì các cuộn hút 1K40, 2K40, 3K40, 4K40 = 1, tiếp điểm thường mở của chúng đóng lại điện trở mạch rotor đối xứng rotor quay với tốc độ chậm, cơ cấu bắt đầu di chuyển về phía trước. Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 3 thì các cuộn hút 1K41, 2K41, 3K41, 4K41 = 1, tiếp điểm thường mở đóng lại một phần điện trở phụ đã 39 được ngắt ra khỏi mạch tốc độ động cơ được tăng lên làm cho cơ cấu di chuyển về phía trước cũng tăng lên. 1K41 = 1 tiếp điểm thường mở đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút của rơ le thời gian D42 làm cho tiếp điểm thường mở đóng chậm được duy trì trong khoảng 1,5s thì đóng lại Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 4 thì 1K42, 2K42, 3K42, 4K42 = 1 tiếp điểm thường mở đóng lại điện trở phụ tiếp tục được ngắt ra tốc độ động cơ tiếp tục được tăng lên.1K42 = 1 cấp nguồn cho cuộn hút rơ le thời gian D43 = 1. Tiếp điểm thường mở đóng chậm D43 duy trì sau khoảng thời gian 1,5s được đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút 1K43, 2K43, 3K43, 4K43 = 1 tiếp điểm thường mở đóng lại ngắt điện trở phụ ra khỏi mạch tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên cơ cấu di chuyển nhanh về phía trước.  Khi lùi về phía sau : Khi điều khiển cơ cấu lùi về phía sau thì các bước thực hiện như tiến về phía trước tuy nhiên công tắc tơ cấp nguồn cho mạch stato lúc này là 2K1 và 2K2 động cơ đảo chiều quay bằng đổi thứ tự pha điện áp mạch stator.Mạch điện rotor thứ tự loại trừ điện trở phụ giống chiều tiến. Khi chuyển nhanh tay điều khiển từ vị trí 1 sang vị trí 4 hay từ 4 về 1 nhờ có sự duy trì của các rơle thời gian mà tốc độ động cơ không tăng đột ngột. 40 Hình 2.11 : Sơ đồ mạch động lực cơ cấu di chuyển chân đế dùng điện trở phụ. w w w w w w w w ww w w 41 Hình 2.12 : Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone. 0 1 4 S3 1K1 2K1 1K2 2K2 K11 2K11K1K11 1K41 1K2 2K2 K21 2K1 1K1 2K2 1K2 4 1 0 K21 1K41 K7 0 1 4 1 4 K01 K02 K7 4K403K402K401K40 4 2 4 2 0 0 3 4 3 4 2K41 3K41 4K411K41 1K40 D42 1K41 1K42 D431K42 4K423K422K42 4 4 0 D42 2K43 3K43 4K421K43 D43 0R01 22 : 23 K06 0S048 0S0 X1:21 42 2.6.4. Các bảo vệ  Bảo vệ quá tải cho các động cơ được thực hiện bằng các rơle nhiệt F31, F32, F33, F43.  Bảo vệ ngắn mạch được thực hiện bởi cầu chì trong sơ đồ cấp nguồn.  Bảo vệ „không‟ được thực hiện trong sơ đồ cấp nguồn.Khi cơ cấu đang làm việc vì lý do nào đó mất nguồn cấp thì khi có nguồn trở lại phải đưa tay điều khiển về vị trí không sau đó mới khởi động điều khiển hệ thống làm việc trở lại. Bảo vệ an toàn bằng cơ cấu phanh và công tắc ngắt cuối hành trình 2.7. kÕt luËn vµ nhËn xÐt Về cơ bản chế độ làm việc của hệ thống điều khiển chạy chân cần trục Kone đáp ứng được nhu cầu, chế độ di chuyển tốt. Hiện nay ngành đóng tàu đang được coi là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của Việt Nam, một trong các điển hình tiêu biểu phải kể đến Công ty đóng tàu Phà Rừng. Để phát triển nâng cao năng lực trong đóng mới công ty đã và đang đầu tư mở rộng cơ sở hạ tầng, đẩy mạnh đầu tư vào khoa học công nghệ, trang thiết bị hiện đại tiên tiến. Đồng thời khuyến khích đẩy mạnh công tác khoa học sáng kiến tiết kiệm trong CNV của Công ty để tăng sức cạnh tranh cho sản phẩm. Thiết bị nâng hạ là một trong những thiết bị chủ yếu và quan trọng tham gia vào các khâu sản xuất chính của Công ty trong đó có cần cẩu Kone 15T. Nhiều thiết bị nâng hạ tiên tiến và hiện đại đã được Công ty đầu tư và khai thác rất hiệu quả như: Cẩu 200T và 50Tbên cạnh đó hệ thống chạy chân cần cẩu Kone còn đang dùng chế độ điều khiển cũ . Vậy để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ hiện đại hóa cũng như tiết kiệm nguồn năng lượng tôi xin đề xuất phương án cải tiến hiện đại hóa cho cơ cấu chạy chân đế bằng hệ truyền động điện biến tần – động cơ. 43 Chương 3 ®Ò xuÊt gi¶I ph¸p c¶I tiÕn hiÖn ®¹i hãa hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ 3.1. ®Æt vÊn ®Ò Động cơ không đồng bộ là loại máy điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật truyền động điện do có các ưu điểm là: đơn giản về kết cấu, gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ sử dụng, đặc biệt động cơ rotor lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu về cách điện và có thể làm việc ở cả môi trường có hoạt tính cao và trong nước. Trước đây việc điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ thường gặp khó khăn khi điều khiển ở vùng tốc độ thấp. Ngày nay, động cơ không đồng bộ được điều chỉnh bằng các bộ biến tần bán dẫn đã và đang được hoàn thiện và có khả năng cạnh tranh lớn với điều khiển một chiều, nhất là ở vùng công suất truyền động lớn hoặc tốc độ thấp. * Cấu trúc của bộ biến tần bán dẫn Bộ biến tần là thiết bị biến đổi nguồn điện từ tần số cố định (thường 50Hz) sang nguồn điện có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều. Hình 3.1: Sơ đồ khối của 1 bộ biến tần và các dạng điện áp 44 Điện áp xoay chiều tần số cố định (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL) ( có thể là không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển), sau đó qua bộ lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ. Biến tần ngày càng có vai trò quan trọng trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp. Biến tần có khả năng tự bảo vệ quá tải và quá nhiệt cho động cơ mà không cần attomat hay công tắc tơ nào khác. Điều khiển tốc độ động cơ một cách dễ dàng với các tính năng vượt trội của biến tần ngoài việc cải thiện khả năng điều khiển của hệ thống biến tần còn đem lại hiệu quả tiết kiệm điện năng. Do biến tần sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại vì vậy năng lượng tiêu thụ cũng sấp sỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống. Biến tần luôn giữ cho hệ số công suất cosφ = 0,96. Điều này đảm bảo cho lưới điện có hệ số sử dụng cao và giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng. Biến tần đảm bảo cho chế độ điều khiển liên tục, phù hợp với đòi hỏi tuyệt đối của công nghệ về lưu lượng và áp suất. Điều này làm tăng chất lượng của quá trình Ngoài ra biến tần còn có khả năng tự động hoá hệ thống nhờ bộ PID tích hợp sẵn bên trong dùng cho điều khiển vòng kín cổng giao tiếp với hệ thống tự động hoá RS485 có sẵn trên bộ biến tần tạo khả năng ghép nối và điều khiển tự động từ xa dễ dàng. Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy li tâm, máy mài...). Với những ưu điểm vượt trội của biến tần như vậy, việc nghiên cứu để đưa ra giả pháp cải tiến hệ TĐĐ là một nhiệm vụ quan trọng nhằm nắm vững nguyên lý làm việc của hệ thống, đưa ra các phương án cải tiến đồng thời ngày một hoàn thiện hệ thống góp phần tiết kiệm ngân sách cho đất nước. 45 3.2. kh¶o s¸t c¸c ph-¬ng ¸n truyÒn ®éng hiÖn ®¹i hãa Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội. Bất kì ở vị trí nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển. Nó là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta. Trong các cơ sở công nghiệp thường sử dụng một lượng lớn các hệ thống truyền động điện . Sự phát triển của điện tử công suất trong những năm 90 của thế kỷ trước đã dẫn tới sự phát triển mạnh mẽ của các hệ truyền động xoay chiều và nó dần thay thế các hệ thống truyền động điện một chiều truyền thống . Cùng với các yêu cầu về chất lượng điều khiển của hệ thống, yêu cầu về mặt kinh tế đã đưa tới hệ quả là việc lựa chọn giải pháp truyền động điện không còn đơn giản là việc lựa chọn động cơ với bộ biến đổi công suất thuần tuý mà nó yêu cầu các nhà thiết kế phải có sự tính toán cân nhắc giải pháp cho toàn hệ thống. Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Đồ án này trình bày một số vấn đề đặt ra khi tính toán lựa chọn giải pháp truyền động điện cho cơ cấu di chuyển chân đế nhà máy đóng tàu Phà Rừng. 3.2.1. Hệ truyền động điều chỉnh điện áp động cơ a. Nguyên lý: Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào Stator động cơ tài liệu [3,trang 61] như sau: sX s R R RU M mn f . ' '..3 2. 2 2 11 2 2 1 46 Như vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào phần cảm (stato). Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực hiện được điều này người ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC). Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc tính cơ tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp. Ngoài ra, khi giảm áp mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phương điện áp. Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thường kết hợp với việc điều chỉnh mạch rotor đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh. b. Đánh giá về phạm vi ứng dụng:  Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không làm thay đổi tốc độ không tải lý tưởng, nên khi tăng điện trở phụ ở rotor tốc độ động cơ giảm, độ trượt tới hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trượt của động cơ tài liệu [3, trang173] như sau: sPMP dtcs .)( 1 Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ đưa vào mạch rotor nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn với việc giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động. Tốc độ động cơ càng thấp (s càng lớn), nhất là trong trường hợp điều chỉnh sâu tốc độ, thì tổn hao công suất trượt càng lớn. Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiển tốc độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thường ứng dụng làm bộ khởi động mềm (softstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lưới tiêu thụ chung. Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đường 47 đặc tính khởi động êm, tránh việc gây sụt áp lưới, làm ảnh hưởng đến các tải khác khi các động cơ công suất lớn khởi động. Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (như quạt gió, bơm ly tâm). Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (Mc=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phương án truyền động dùng phương pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động di chuyển chân đế cần trục Kone là không có ý nghĩa, điều đó có nghĩa là phương án dùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này. 3.2.2. Hệ điều chỉnh xung điện trở mạch rotor a. Nguyên lý điều chỉnh: Trước hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng được với động cơ roto dây quấn chứ không sử dụng được cho động cơ roto lồng sóc. Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ cứng của đường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt. Công suất trượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở. + Độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto tài liệu [3, trang 73]: rdfth th R R RR R s s 2 2 20 Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s= 0 sth là tuyến tính thì khi điều chỉnh điện trở roto ta có thể viết: 2 0 200 . R R ss R R s s s s rd rdth th Trong đó: s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiên ở mạch roto); s _ là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf. Có biểu thức mô-men tài liệu [3, trang 162] như sau: 48 01 2 2 2 . 2 1 22 1 . .3 ]) ' .[( ' .3 s RI X s R R s R U M rd mn f Như vậy nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì mo-men không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉnh lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng, mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau: Kho¸ K Mạch điều khiển gồm điện trở mạch một chiều R1 và khóa bán dẫn K đấu song song đóng cắt một cách chu kì để điều chỉnh giá trị trung bình của điện trở toàn mạch. Khi K đóng điện trở R1 bị loại ra khỏi mạch, dòng điện Rtd t M Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính 49 rôto tăng lên. Khi K ngắt điện trở R1 lại được đưa vào mạch dòng điện rôto lại giảm xuống. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch. 000 ... R T t R tt t RR ck d ngd d td Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi được: 2 .. 2 1 0RRR tdf Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của K ta thay đổi được và từ đó thay đổi được Rf. Cho =0 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng: Có thể nói việc sử dụng phương pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động về mặt lý thuyết là một phương pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện). + Phương pháp này nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-men khởi động lớn khi di chuyển bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào stato; tức là không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động cơ khởi động như ở phương pháp điều chỉnh điện áp stato. 50 + Tuy vậy, như đã đề cập ở trên, thực chất của phương pháp cũng dựa vào việc điều ch ỉnh công suất trượt nên tổn hao trong khi điều ch ỉnh không thể tránh khỏi. So với phương pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu tư hơn, nhưng lại có tổn thất khi điều ch ỉnh lớn hơn lại b ị tiêu hao vô ích nên nó ch ỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình. Phân tích ưu và nhược điểm của phương án dùng điều chỉnh xung điện trở roto cho hệ truyền động cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone ta thấy rằng đây là một phương án khả thi, ta sẽ xem xét khả năng sử dụng khi so sánh với phương pháp biến tần sẽ được trình bày dưới đây. 3.2.3. a. Hệ truyền động biến tần – động cơ Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển biến tần động cơ Trong hệ truyền động điện dạng này thường sử dụng máy phát xung (pulse generator) để phản hồi tốc độ, phục vụ cho việc điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần PWM, sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền động điện được SD T2 T1 E Th2 Th1 W V U T S R M 3~ INV2 T2 SD T1 PG nguån 440V AC tõ PLC PLC DODI2 bit chiÒu 8 bit tèc ®é ENCODER 30 30 tay ®iÒu khiÓn bé m· ho¸ INVERTER c¬ cÊu chÊp hµnh computer 51 trình bày trên các hình 3.3 Tay điều khiển nối liên động với trục Encoder tạo ra các tín hiệu dạng số điều khiển giá trị tốc độ quay của động cơ. Encoder cấp tín hiệu 8 bite tốc độ +2 bite chiều cho bộ mã hoá đưa tín hiệu điện đến các đầu vào (DI) của hệ thống điều khiển PLC (Programmable Logic Controler). Các tín hiệu 8 bite mã hoá tốc độ đặt gồm có 256 trạng thái (tín hiệu số) được chuyển thành analog có giá trị từ 0 đến 10 VDC để điều khiển biến tần. Ta đảo chiều động cơ bằng cách đảo pha giữa các đầu ra của biến tần quyết định điện áp U1, tần số ở đầu ra R1,S1,T1. Trên trục động cơ được nối với một máy phát xung (P/G) là cảm biến tốc độ thường có 3 đầu vào tín hiệu, số lượng xung của cảm biến (2000 - 6800 xung/vòng) và có 2 đầu nguồn điện cấp cho (P/G). Khi các đầu vào (D/I) thoả mãn mọi điều kiện theo chương trình điều khiển cài đặt sẵn trong CPU thì phần mền điều khiển PLC cho phép cấp các tín hiệu ở đầu ra (D/O). Các thông tin đo, kiểm tra và bảo vệ được đưa vào các (D/I) các tín hiệu được lưu giữ, biến đổi. CPU của PLC được nối với máy tính công nghiệp để thông báo các chế độ công tác hoặc lỗi của hệ thống.  Ưu điểm: - Số cấp tốc độ được tạo ra cho biến tần là rất lớn theo nguyên tắc D/A. Hệ thống điều chỉnh tốc độ láng, do đó trong hệ thống không cần thiết kế hãm động năng, tái sinh trong các máy công suất nhỏ (không xảy ra hãm vì khoảng tăng tốc độ rất nhỏ). Tỉ số f u thay đổi để phù hợp với tải Mc thay đổi. Hệ thống ổn định tốc độ khi Mc thay đổi từ Mc0 đến 1,2 Mcđm bằng cách thay đổi U, f. Trên đặc tính cơ tĩnh khi tải thay đổi nó làm việc với đặc tính cơ ở phía trên.  Nhược điểm: 52 Nhược điểm chủ yếu của các hệ thống truyền động điện này là hiện nay bộ biến tần còn tương đối phức tạp và đắt tiền. Vì vậy đã hạn chế phạm vi ứng dụng của truyền động điện có điều khiển tần số. Nhưng những ưu điểm của chúng vẫn là cơ bản. Nếu tạo ra được những bộ biến tần với mức độ phức tạp và giá thành vừa phải, thì truyền động điện điều khiển tần số dùng động cơ không đồng bộ lồng sóc sẽ được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và sinh hoạt. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng + Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo được luật điều chỉnh điện áp – tần số thì ta có mọi đường đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. + Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng và tốc độ trượt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trượt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tương ứng nên phương pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất. + Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các phương pháp điều chỉnh khác. Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phương án truyền động dùng hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc cho cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng như đáp ứng được yêu cầu truyền động cần trục. 3.3. chän ph-¬ng ¸n c¶I tiÕn hîp lý Ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi phương pháp truyền động cho hệ xoay chiều ba pha và đã đi đến kết luận là chỉ có hai 53 phương án là phù hợp với yêu cầu truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone. Đó là:  Phương án truyền động bằng phương pháp xung điện trở roto dùng động cơ roto dây quấn.  Phương án truyền động bằng phương pháp biến tần sử dụng động cơ roto lồng sóc. Để chọn ra một phương án thích hợp về tính kinh tế và kỹ thuật cũng như chi phí vận hành dưới đây ta sẽ đi so sánh từng mặt của mỗi phương án. 3.3.1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh Về mặt này rõ ràng phương pháp xung điện trở roto chiếm ưu thế hơn. Như nguyên lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung để đóng cắt mạch điện trở ro to là có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ. Với phương pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với phương pháp xung điện trở. 3.3.2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều Như đã biết phương pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất là phương pháp điều chỉnh công suất trượt, nhưng ở đây công suất mạch roto không được đưa tái sinh về nguồn hoặc sử dụng hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto. Vì vậy phương pháp này thực tế cho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10%); dải điều chỉnh D =10 1; đặc biệt hiệu suất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với vùng điều chỉnh. Còn phương pháp điều chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất là hằng số nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp nhất trong các phương pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều. Cả hai phương pháp đều cho phép có được momen khỏi động lớn, đều có khả năng khởi động với momen bằng momen tới hạn làm việc nhịp nhàng ở hai góc phần tư (I & IV); tức là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nhưng với phương pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp 54 với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn. 3.3.3. Về tính kinh tế của phương pháp truyền động Phương án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là phương án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với giá đầu tư cho bộ điều chỉnh xung; nhưng bù lại động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto lồng sóc đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh xung. Với môi trường làm việc nặng nề của động cơ truyền động cần trục thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý. 3.3.4.Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành Do khả năng điều chỉnh tần số đưa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn nên thực tế phương pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. Điều đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động cần trục là điều hiển nhiên. Xét về mặt lý thuyết thì phương pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết bị hơn trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn. Nhưng thực tế các van sử dụng trong bộ xung áp phải làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không bằng phẳng nên luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả năng hỏng là tăng lên độ an toàn tin cậy kém. Phương án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng động cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa giá thành của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp. KL: Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay của nhà máy đóng tàu Phà Rừng có thể quyết định chọn phương án 55 truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. 3.4. thiÕt kÕ cÊp nguån cho cÇn trôc kone Nguồn cấp cho hoạt động của cẩu được đưa trực tiếp từ máy biến áp 35kV/6,5kV, qua hệ thống rulo quấn cáp, bộ chổi than vành góp đưa vào buồng cao thế. Trong buồng cao thế gồm có 1 biến áp ba pha 6,5kV/380V 200KVA để cấp nguồn động lực cho các cơ cấu truyền động nâng hạ hàng, nâng hạ cần, quay mâm, di chuyển chân đế và một biến áp 380/220V 3KVA để cấp nguồn điều khiển, ánh sáng, điều hòa, còi, báo động Từ biến áp ba pha có 4 lộ dẫn đến các công tắc tơ K1,K2 trong tủ số 1,2,3 và 1 lộ còn lại cấp nguồn cho biên tần ở cơ cấu di chuyển chân đế thông qua công tắc tơ KM ở tủ số 4. Hình 3.4: Cơ cấu chân đế cần trục Kone 56 Hình 3.5: Sơ đồ lắp ráp cơ cấu di chuyển chân đê 57 : STT đm (kW) 1 4 20 2 2 15 3 Phanh 1 1 65 3 4 Phanh 1 1 65 3 5 3 3 kVA 6 1 12 kVA 7 3 3 8 2 1.5 9 3 0.3 10 30 0.075 11 2 1.5 12 1 2.5 284 58 Phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cấp điện. Khi thiết kế một công trình nào đú nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình ấy . Phụ tải tính toán phụ thuộc nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng. Vì vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng bởi vì phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị có khi dẫn tới cháy nổ. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu do đó gây lãng phí Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax công suất trung bình Ptb Xác định phụ tải tính toán theo công thức [7, trang 594] n i dmisdtbtt PkkPkP 1 maxmax ... tgPQ tttt . 22 tttttt QPS dm tt tt U S I .3 Trong đó: n – số Ptb - công suất trung bình của nhóm phụ tải trong ca máy tải lớn nhất. Pđm - công suất định mức của máy, nhà chế tạo cho ( kW). Uđm - điện áp dây định mức của lưới, (V). ksd = 0.16 Cos φ . kmax – hệ số cực đại công suất hữu công của nhóm thiết bị. Tra bảng đường cong [7, trang 32] 59 nhq - số thiết bị dùng điện hiệu quả. Các bước xác định nhq : Bước 1: Xác định n1 là số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. Bước 2: Xác định In i dmiI PP 1 Bước 3: Xác định n n n I* P P P I* P: tổng công suất của các thiết bị trong nhóm thiết bị (nhóm phụ tải) đang xét. Bước 4: tra [7, trang 36] ta được nhq* theo n* và P* Bước 5: tính nhq= n. nhq* Xác định phụ tải tính toán cho cả cẩu Kone 74,0 284 210 * P P P I 23,0 26 6 * n n n I Tra bảng [7, trang 36] ta có nhq* = 0,45 nhq= n. nhq* = 0,45 . 26 = 11,7 Tra đường cong tài liệu [7, trang 32] ta có kmax = 3,4 )(155284.16,0.4,3 ... 1 maxmax kW PkkPkP n i dmisdtbtt 60 )(2,20633,1.155 . kVA tgPQ tttt )(2582,206155 22 22 kVA QPS tttttt )(392 .3 A U S I dm tt tt Xác định phụ tải cho từng cơ cấu của cẩu Kone theo như trên ta có bảng số liệu sau: Bảng 3.2: Bảng phụ tải tính toán các cơ cấu cẩu Kone STT Tên cơ cấu Ptt (kW) Qtt (kVAR) Stt (kVA) Itt (A) 1 Cơ cấu quay mâm 31 41,23 51,6 78,4 2 Cơ cấu nâng hạ hàng 70 93,1 16,5 177 3 Cơ cấu nâng hạ cần 70 93,1 16,5 177 4 Cơ cấu di chuyển chân đế 81 107 134 203,6 5 Chiếu sáng 9,6 12,76 15,9 24,3 3.4.3. Tính chọn cáp và cầu chì bảo vệ cho cẩu Kone a. Tính chọn cáp Chọn dây dẫn cho cần cẩu Kone sử dụng phương pháp xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng không đổi. Phương pháp này có ưu điểm là tổn thất công suất và điện năng là nhỏ nhất Phương pháp này sử dụng công thức trong tài liệu [7, trang 283] như sau: F I J Hay J I F 61 Trong đó J là mật độ dòng điện Đối với cáp trên bờ chọn J = 5 A/mm2. Vậy ta tính được cáp cấp nguồn cho cẩu Kone và cho từng cơ cấu như sau: Chọn cáp từ nguồn biến áp tới Rulo cuốn cáp và tới cầu dao Q1: )(4,78 5 392 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp PVC 4 lõi có tiết diện 95 mm2. * Chọn cáp từ cầu dao Q1 tới cơ cấu di chuyển chân đế: )(7,40 5 6,203 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp có tiết diện 50 mm2 Chọn cáp từ cầu dao Q1 tới cơ cấu quay mâm: )(68,15 5 4,78 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp loại PVC 4 lõi có tiết diện 25 mm2 Chọn cáp từ cầu dao Q1 tới cơ cấu nâng hạ hàng: )(4,35 5 177 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp PVC 4 lõi có tiết diện 50 mm2 Chọn cáp từ cầu dao Q1 tới cơ cấu nâng hạ cần: )(4,35 5 177 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp PVC 4 lõi có tiết diện 50 mm2 Chọn cáp chiếu sáng: )(86,4 5 3,24 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp loại PVC 4 lõi có tiết diện 6 mm2 62 b. Tính cầu chì bảo vệ *Chọn cầu chì bảo vệ tổng Dây chảy của cầu chì bảo vệ chung cho một nhóm máy sử dụng công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(8,275 2 2,116.5,1)2,116263( 2 . max A IkI I đm kđđmi đmdc Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 300 A Dòng điện định mức của cầu chì là 350 A Chọn cầu chì từ cầu dao Q1 tới cơ cấu di chuyển chân đế Công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(25,89 6,1 7,35.4 5,26,1 A I I kđđmdc Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 100 A Dòng điện định mức của cầu chì là 100 A Chọn cầu chì từ cầu dao tới cơ cấu nâng hạ hàng Công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(13,243)36,52,116(.2. AImI lvđvđmdc Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 260 A Dòng điện định mức của cầu chì là 380A Chọn cầu chì từ cầu dao tới cơ cấu nâng hạ hàng cần Công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(13,243)36,52,116(.2. AImI lvđvđmdc 63 Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 260 A Dòng điện định mức của cầu chì là 380A Chọn cầu chì chiếu sáng Công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(2,4 AII lvđvđmdc Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 6 A Dòng điện định mức của cầu chì là 15 A Bảng 3.3: Chọn cáp và cầu chì cho cẩu Kone STT Tên cơ cấu Chọn cáp Chọn cầu chì Loại cáp Thông số (mm 2 ) Loại cầu chì Thông số 1 Cấp nguồn cho Kone PVC 4 lõi 95 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 350 300 2 Cơ cấu chạy chân đế PVC 4 lõi 50 ПP – 2 Liên Xô chế tạo `100 100 3 Cơ cấu quay mâm PVC 4 lõi 25 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 4 Cơ cấu nâng hạ hàng PVC 4 lõi 50 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 350 260 5 Cơ cấu nâng hạ cần PVC 4 lõi 50 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 350 260 6 Chiếu sáng PVC 4 lõi 6 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 15 6 64 Q1 F1 300 350 F2 100 100 A-F2 16AH F70 10AH K-F1 80A A-F1 260 350 P- F1 260 350 50 50 Co c?u nâng h? hàng Co c?u nâng h? c?n Co c?u quay mâm Micro hoist Phanh chi?u sáng 66 Di chuy?n chân d? Q2 Hình 3.6: Sơ đồ cấp nguồn cho cần cẩu Kone 65 3.5. c¶I tiÕn hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ 3.5.1. Tính chọn công suất của động cơ Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là một khâu quan trọng trong quá trình tiến hành thiết kế hệ thống. Việc chọn công suất động cơ bao hàm cả việc chọn loại động cơ. Chọn loạ i động cơ. Phân tích vấn đề chọn loại động cơ trong truyền động cần trục liên quan đến giá thành lắp đặt, khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ. Trong lĩnh vực truyền động cần trục trước kia, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp được dùng rất phổ biến trong cần trục. Sở dĩ như vậy là bản thân loại động cơ này có những ưu điểm mà các loại động cơ không đồng bộ và đồng bộ không có được, đặc biệt là những yêu cầu rất đặc trưng của một số lĩnh vực truyền động. Trước hết vì nó dùng nguồn một chiều nên nó yêu cầu số lượng thanh trượt ít so với các loại động cơ khác. Đối với truyền động di chuyển chân đế, động cơ này đảm bảo được những tốc độ di chuyển ổn định (hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng. Tuy nhiên hiện nay, được sự hỗ trợ của các thiết bị công suất, cùng với những đặc điểm như: rẻ, cấu tạo đơn giản, tin cậy, hiệu suất cao thì động cơ không đồng bộ đã thay thế hầu hết các loại động cơ điện một chiều trong lĩnh vực này. Thực vậy, nhờ những tiến bộ sâu sắc của lĩnh vực vi điện tử và điện tử công suất mà càng có nhiều thiết bị cho phép khắc phục nhược điểm của động cơ không đồng bộ, cụ thể là người ta đã tạo ra được tất cả những đặc tính cơ thoả mãn hầu hết quá trình công nghệ khắt khe nhất, đồng thời lại cho phép hạ giá thành vận hành và lắp đặt. Mặt khác, việc dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ cũng tiện lợi do việc dùng nguồn xoay chiều 3 pha vốn sẵn có trong công nghiệp. 66 Các thông số đã biết của cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone: Trọng lượng cơ cấu chân đế: 6T Tải trọng định mức: Gdm = 15T Lực cản chuyển động khi trọng tải định mức Fc = 6480N Hiệu suất cơ cấu: 85% Tỉ số truyền: 20 Đường kính bánh xe: D= 0,35m Thời gian xe dừng để tháo tải trọng: t01 = 80s Thời gian lấy tải: t02 = 120s Cung đường dịch chuyển tải trọng l = 50m Tốc độ di chuyển: V= 55m/ph Bán kính cổ trục: r = 0,14 m Hệ số ma trượt trượt: 01,0 Hệ số dự trữ : k = 1,75 Hệ số ma sát của bánh và ray: f = 0,09 Bán kính cong: R = 50 cm Tính lực cản: N R rfk D GF k n 9150 50 05,0 14,0.01,009,075,1 35,0 2 10 05,0 . 2 4 0 Công suất tính trên trục động cơ khi có tải bằng định mức: kW F P c c 88,9 85,0.60.1000 55.9150 .1000 . Công suất cản tĩnh mà khi xe chạy không tải khi đó hiệu suất 78,0 kW P P c co 75,10 78,0.60.1000 55.88,9 .1000 . 67 Thời gian xe chạy hết quãng đường là: s l t 55 55 60.50 Hệ số tiếp điện tương đối: %36 1208055.2 %100.55.2 2 %100.2 0201 ttt t TĐ Động cơ chế tạo không có hệ số tiếp điện quy chuẩn TĐ = 36% nên chọn loại động cơ có hệ số tiếp điện 40 % Tốc độ động cơ được xác định theo công thức: phv D i n k dc /1001 35,0.14,3 20.55 . . Theo sổ tay tra cứu ta chọn động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có thông số kĩ thuật như sau: Công suất của động cơ: Pdm = 20 kW Điện áp định mức: Udm = 380V Dòng điện định mức: Idm = 23A Tốc định mức: ndm = 1410 vòng/phút Hệ số công suất cosφ = 0,81 Như vậy bốn động cơ rotor dây quấn được thay thế bằng bốn động cơ rotor lồng sóc có thông số kĩ thuật như trên. : Tần số tương ứng với các cấp tốc độ là tốc độ 1 : 10Hz tốc độ 2 : 20Hz tốc độ 3 : 30 Hz tốc độ 4 : 60Hz 68 3.4.2 Dynac Vector II Dynac Vector II . Dynac Vector II . 69 Hình 3.7: Biến tần Dynac Vector II : . . 0 ÷ 200Hz. 2,2 ÷ 90 Kw. 380 ÷ 480V. 3s. . 70 . ,qu . Dynac Vector II , tro . Dynac Vector II. 3.5.3. Sơ đồ thiết kế hệ TĐĐ biến tần - động cơ cho cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone a. Chức năng các phần tử trong sơ đồ: F2 là cầu chì bảo vệ cho ngắn mạch. K2 là công tắc tơ cấp nguồn cho biến tần. T1 có công suất 3000VA là máy biến áp hạ áp từ 400 xuống 220 cấp nguồn cho mạch điều khiển. S3 là tay trang điều khiển có 4 cấp tốc độ. M1, M2, M3, M4 là các động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế.Y1, Y2, Y3, Y4 là các phanh điện từ gắn trên trục các động cơ tương ứng. R – R10 ÷ R – R14 là các công tắc tơ có nhiệm vụ làm thay đổi tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tiếp điểm chính của mạch điều khiển đưa tín hiệu vào biến tần. TK1 là công tắc tỏ đặt chế độ sẵn sàng có hoạt động biến tần. 71 RK06 và R K36 là hai công tắc tơ của ngắt cuối hành trình cho cơ cấu. Tiếp điểm R K06 (13,14) và R K 36 (13, 14) là hai tiếp điểm chính của công tắc tơ điều khiển TK1 chế độ Ready. K71 là công tắc tơ điều khiển phanh cho cơ cấu. R K10 và R K11 là hai công tắc tơ đảo chiều quay cho cơ cấu tiến hay lùi. b. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Hệ thống điều khiển cũng có 4 cấp tốc độ điều khiển tương ứng với 4 công tắc tơ điều khiển nguồn vào biến tần. Ở chế độ tiến: Ứng với tốc độ 1 của tiến thì tay trang điều khiển tác động ở tốc độ 1 cấp nguồn cho công tắc tớ RK10 = 1 , tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng lại cấp nguồn điều khiển cho biến tần xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển cấp cho động cơ. Ứng với tốc độ 2, 3, 4 hệ thống hoạt động tương tự như trên Với chế độ lùi Để hệ thống đảo chiều quay thì tay trang tác động cấp nguồn cho công tắc tơ RK11 = 1 tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng lại cấp nguồn điều khiển cho biến tần xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển cấp cho động cơ quay theo chiều ngược lại. 72 Hình 3.8: Sơ đồ mạch động lực cơ cấu di chuyển chân đế cải tiến. 73 Hình 3.9: Mạch biến tần cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone. 74 Thay 4 công tắc tơ 1K1, 1K2, 2K1, 2K2 bằng 1 công tắc tơ có dòng điện định mức tương đương bằng 1,5 tổng dòng điện định mức của các công tắc tơ trên đồng thời để cấp nguồn cho biến tần. Bỏ các rơ le nhiệt F31, F32, F33, F34 là các rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ vì biến tần có chức năng bảo vệ quá tải. Y1, Y2, Y3, Y4 là các phanh điện từ gắn trên các động cơ tương ứng được giữ lại, cuộn hút của phanh được điều khiển bằng PLC. Khi ra lệnh dừng động cơ đến biến tần sau 1 giây PLC sẽ xuất tín hiệu ngắt điện của cuộn hút phanh để má phanh bóp lại dừng động cơ. K7 là công tắc tơ cấp nguồn cho phanh được giữ lại, cuộn hút của công tắc tơ được điều khiển bởi PLC. Bỏ các công tắc tơ 1K40 đến 1K43 ; 2K40 đến 2K43 ; 3K40 đến 3K43 ; 4K40 đến 4K43 là các công tắc tơ có nhiệm vụ điều khiển điện trở phụ mạch roto, thay vào đó là các cuộn hút của công tắc tơ R-K10 ÷ R-K14 cùng với các tiếp điểm tương ứng đưa vào đầu vào điều khiển biến tân với 4 cấp tốc độ tương ứng. Giữ lại tay trang điều khiển 4 cấp tốc độ S3, tín hiệu điều khiển từ tay trang được đưa vào đầu vào của PLC. Bỏ D42, D43 là cuộn hút của rơ le thời gian có tác dụng khống chế điều khiển tốc độ động cơ thay vào đó sử dụng PLC để khống chế. Đây là công việc cuối cùng khi thiết kế hệ thống điều khiển tự động. Khi thiết kế lắp ráp cần phải đảm bảo nâng cao các chỉ tiêu về chất lượng và phải chấp hành đầy đủ các tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật hiện hành của nhà nước về lắp đặt thiết bị. Khi lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị thì các thiết bị động lực để truyền động cơ cấu sản xuất cùng với các công tắc hành trình, các nút ấn điều khiển 75 phải được bố trí trực tiếp trên cơ cấu sản xuất. Còn khi bố trí các thiết bị trên panel phải dựa trên các nguyên tắc: Nguyên tắc nhiệt độ: Các thiết bị toả nhiệt lớn khi làm việc phải để ở phía trên, các thiết bị chịu ảnh hưởng lớn về nhiệt độ phải ở xa các nguồn sinh nhiệt. Nguyên tắc trọng lượng: Các thiết bị nặng phải đặt dưới thấp để tăng cường độ vững chắc của bảng điện, giảm nhẹ các điều kiện để cố định chúng. Nối dây tiện lợi: Đường nối dây ngắn nhất và ít chồng chéo nhau. Khi bố trí thiết bị cần phân thành từng nhóm riêng biệt để thuận lợi việc sửa chữa thay thế. Các phần tử trong một nhóm phải bố trí gần nhau nhất sao cho thuận tiện cho việc tiến hành lắp đặt sủa chữa, hiệu chỉnh. Từ những nguyên tắc trên, tủ điện của cần trục được bố trí theo từng ngăn riêng biệt: cấp nguồn, nâng hạ hàng, di chuyển chân đế, nâng hạ cần, quay mâm và tủ cấp điện cho các cơ cấu phụ. Các tủ điện được bố trí trên dầm ngang của cần trục, bắt đầu từ tủ cấp nguồn (EE1), tiếp đến là tủ cho cơ cấu nâng hạ (KE1) kích thước (1,1 x 2,2)m. Tủ bao gồm màn hình hiển thị, các cầu dao cấp nguồn chính, khối SITOP cấp nguồn 24V cho PLC, các công tắc tơ chính và hai biến áp cấp nguồn điều khiển. Các thiết bị trong tủ được bố trí gọn gàng theo từng nhóm cấp nguồn, đảm bảo chất lượng điều khiển và độ an toàn cho cầ 76 Hình 3.10: Bố trí các thiết bị điện trên tủ cơ cấu di chuyển chân Hình 1.11: Tay trang điều khiển cần cẩu Kone 77 Các thiết bị ở bàn điều khiển bên tay phải trên cabin gồm:  Hoist up, hoist down vận hành cơ cấu nâng hạ hàng chính.  Luffing out, luffing in vận hành cơ cấu nâng hạ cần.  Slewing counter clokwise, Slewing counter vận hành cơ cấu quay mâm.  Portal vận hành cơ cấu di chuyển chân.  Nút ấn emergency stop ấn để dừng tất cả các chuyển động trong trường hợp khẩn cấp; công tắc flood light (on – oof) chọn để chiếu sáng.  Control on, control off ấn để bật tắt nguồn điều khiển; cab light quay để điều chỉnh mức độ sáng đèn cabin. Nhận xét: Với cách thiết kế như trên tất cả các cơ cấu được điều khiển riêng biệt nhưng luôn tuân theo những quy tắc an toàn, ví dụ như: không nâng khi một cơ cấu hỏng thì các cơ cấu còn lại vẫn hoạt động. Các thiết bị điện, khí cụ điện hiện đại đảm bảo an toàn, tin cậy chất lượng và giá thành sản phẩm. 78 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1 Chương 1: Tæng quan vÒ nhãm cÇn trôc nhµ m¸y ®ãng tµu phµ rõng ............................................................................................ 3 1.1. lÞch sö ph¸t triÓn cña c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng ..... 3 1.2. c¸c yªu cÇu vÒ n©ng vËn chuyÓn cña c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng .............................................................................................. 4 ........................................ 6 1.2.2. Các phương pháp nghiên cứ ................ 8 1.3. cÇn trôc trong c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng ................. 10 1.3.1. Kết cấu bố trí lắp đặt ............................................................................. 10 ận hành cần trục ............................................................. 12 1.4. nhËn xÐt vµ ®¸nh gi¸ thùc tr¹ng kÜ thuËt cÇn trôc .... 16 Chương 2: Kh¸I qu¸t vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn truyÒn ®éng ®iÖn cho cÇn trôc kone ..................................................... 19 2.1. giíi thiÖu chung vÒ cÇn trôc kone ..................................... 19 2.2. c¸c c¬ cÊu truyÒn ®éng cÇn trôc kone ........................... 21 2.3. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu n©ng h¹ hµng ........................... 25 2.3.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng .................................... 25 2.3.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ ....................................................... 25 2.3.3. Các bảo vệ trong cơ cấu nâng hạ hàng cần trục Kone .......................... 27 2.4. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu n©ng h¹ cÇn .............................. 27 2.4.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu .......................................................... 27 2.4.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ ....................................................... 28 2.4.3. Các bảo vệ của cơ cấu nâng hạ cần cần trục Kone ............................... 30 79 2.5. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu quay m©m ................................... 30 2.5.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu quay mâm......................................... 30 2.5.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ ....................................................... 31 2.5.3. Nguyên lý hoạt động ............................................................................. 31 2.5.4. Các bảo vệ cho cơ cấu ........................................................................... 32 2.6. giíi thiÖu vÒ ®iÒu khiÓn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ .... 35 2.6.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu .......................................................... 37 2.6.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ ....................................................... 37 2.6.3. Nguyên lý hoạt động ............................................................................. 38 2.6.4. Các bảo vệ ............................................................................................. 42 2.7. kÕt luËn vµ nhËn xÐt ................................................................... 42 Chương 3: ®Ò xuÊt gi¶I ph¸p c¶I tiÕn hiÖn ®¹i hãa hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ .................... 43 3.1. ®Æt vÊn ®Ò .......................................................................................... 43 3.2. kh¶o s¸t c¸c ph-¬ng ¸n truyÒn ®éng hiÖn ®¹i hãa .. 45 3.2.1. Hệ truyền động điều chỉnh điện áp động cơ ......................................... 45 3.2.2. Hệ điều chỉnh xung điện trở mạch rotor ............................................... 47 ............................................. 50 3.3. chän ph-¬ng ¸n c¶I tiÕn hîp lý ............................................. 52 3.3.1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh......................................................... 53 3.3.2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều ................................................................................................. 53 3.3.3. Về tính kinh tế của phương pháp truyền động ...................................... 54 3.3.4.Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành ............................... 54 3.4. thiÕt kÕ cÊp nguån cho cÇn trôc kone ............................. 55 ...................................................... 57 80 ........................................ 58 3.4.3. Tính chọn cáp và cầu chì bảo vệ cho cẩu Kone .................................... 60 3.5. c¶I tiÕn hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ .................................................................................................................... 65 3.5.1. Tính chọn công suất của động cơ .......................................................... 65 ............................................ 68 3.5.3. Sơ đồ thiết kế hệ TĐĐ biến tần - động cơ cho cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone .................................................................................................. 70 ................................................................ 74