Nghiên cứu tổng quan về cầu trục trong các nhà máy cơ khí - Thiết kế cải tiến hệ truyền động điện

ược sử dụng rộng rãi và với mức độ càng ngày càng hiện đại hơn trong đó bộ phận máy thiết bị nâng và xếp dỡ đóng vai trò rất quan trọng trong sản xuất và trong vận chuyển hàng hoá, thiết bị nâng đã góp phần làm giải phóng sức lao động tăng nhanh năng suất lao động tạo điều kiện cho xí nghiệp đầu tư vào việc cải tiến công nghệ và đưa công nghệ mới vào quá trình sản xuất. Cầu trục là một thiết bị nâng được sử dụng rộng rãi trong các nhà xưởng do nó có nhiều ưu điểm và có kết cấu nhỏ gọn phù hợp với không gian nhà xưởng. Cầu trục được sử dụng trong xây dựng công trình công nghiệp, trong các nhà máy luyện kim, trong các nhà máy cơ khí, và trong các cảng biển… Đặc biệt là trong các nhà máy cơ khí, nhóm thiết bị cầu trục đóng vai trò rất quan trọng, góp phần lớn vào việc quyết định năng suất và hiệu quả kinh doanh. Nhưng gắn liền với việc sử dụng cầu trục, là quá trình điều khiển kết hợp giữa các cơ cấu sao cho đạt được hiệu quả sản xuất là cao nhất. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, nhóm thiết bị này ngày càng được hoàn thiện, có tính năng ưu việt hơn, đáp ứng tốt các yêu cầu vận hành như công suất, mức độ tự động hoá cao, vận hành an toàn và hiệu quả… Vì vậy nghiên cứu đánh giá kỹ thuật nhóm thiết bị này là rất cần thiết, giúp cho ta đi sâu và khai thác tối đa thiết bị. Ngoài ra còn có thể đưa ra phương án, những giải pháp kỹ thuật hợp lý để cải tiến phục vụ tốt hơn trong sản xuất. Sau quá trình học tập tại trường và qua quá trình tìm hiểu thực tế tại công ty đóng tàu Phà Rừng. Em đã thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu tổng quan về cầu trục trong các nhà máy cơ khí - Thiết kế cải tiến hệ truyền động điện”. Đồ án gồm các phần sau: Chương 1: Khái quát chung về cầu trục phục vụ trong các nhà máy cơ khí. Chương 2: Đánh giá trang bị điện – điện tử cầu trục ABUS. Đề xuất các phương án cải tiến hệ truyền động điện. Chương 3: Tính toán thiết kế cải tiến hệ truyền động điện cầu trục ABUS. Với sự hướng dẫn tận tình của Ts.Hoàng Xuân Bình, cùng sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử và các bạn sinh viên lớp ĐC1001, em đã hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian cũng như về trình độ của bản thân, nên không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Em mong các thầy cô chỉ bảo để em hoàn thiện kiến thức của mình hơn nữa. Hải Phòng, ngày 12 tháng 7 năm 2010 Sinh viên thực hiện Bùi Văn Vĩnh CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU TRỤC PHỤC VỤ TRONG NHÀ MÁY CƠ KHÍ 1.1. SƠ LƯỢC CHUNG VỀ CẦU TRỤC PHỤC VỤ TRONG CÁC NHÀ MÁY CƠ KHÍ 1.1.1. Sự cần thiết của cầu trục trong các nhà máy cơ khí Ngày nay nền kinh tế thế giới phát triển nhanh chóng gắn liền với sự phát triển của các ngành sản xuất công nghiệp với mức độ cơ giới hoá, tự động hoá ngày càng cao, ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại. Nhờ đó mà năng suất và hiệu quả các quá trình sản xuất ngày càng được nâng cao giảm bớt sức lao động của con người, đồng thời khối lượng hàng hoá xã hội tạo ra ngày càng nhiều, điều này đòi hỏi phải có những máy móc chuyên dùng để thoả mãn nhu cầu nâng vận chuyển. Trong các bến cảng thì cần trục bốc dỡ hàng hoá từ trên tàu xuống kho bãi hay vận chuyển hàng hoá từ kho bãi xuống tàu, vận chuyển các container, các máy móc xuất khẩu qua đường biển. Trong các nhà máy cơ khí thì cầu trục vận chuyển các phôi gia công để lắp lên máy hay vận chuyển các chi tiết được gia công xong đưa sang công đoạn khác. Còn trong các nhà máy luyện kim cầu trục vận chuyển cuộn thép, phôi thép hoặc thùng kim loại nóng chảy để nó vào khuôn đúc vv… Khi nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Các nhà máy cơ khí (các công ty đóng tàu, các nhà máy xi măng…) đã bắt đầu được cơ giới hoá mạnh mẽ, hàng loạt cầu trục được lắp đặt phục vụ cho công tác sản xuất, sửa chữa trong các nhà xưởng. Vào thời kỳ này, các nhóm cầu trục như MHE DEMAG, Scanmer, cầu trục 20 tấn…được trang bị nhằm tạo ra nguồn năng lực dồi dào cho các ngành cơ khí sửa chữa. Do nền kinh tế ngày càng phát triển, hàng loạt các nhà máy cơ khí được xây dựng, bên cạnh đó lượng hàng hoá xuất khẩu lưu chuyển tăng nhanh. Vì thế mà các thiết bị nâng chuyển trong các nhà máy phát triển nhanh về số lượng, đa dạng về chủng loại. Nhìn chung các loại cầu trục này có seri sau hoàn thiện hơn seri trước về kết cấu động học cũng như kỹ thuật, thiết bị điều khiển. Chúng thoả mãn được nhiều công nghệ lắp máy cũng như công nghệ bốc xếp di chuyển hàng hoá. Đồng thời với sự phát triển của công nghệ điều khiển khi kỹ thuật tin học và điện tử hỗ trợ thì các cầu trục trong nhà máy cũng đa dạng về chủng loại và kỹ thuật điều khiển, năng suất lao động và trọng tải được nâng lên rõ rệt. Biến tần và thiết bị lập trình được được đưa vào trong quá trình điều khiển ngày càng nhiều hơn. Vì tính đa dạng của nó nên cấu tạo của cầu trục cũng rất khác nhau. Tuy nhiên chúng có các đặc điểm và cơ cấu chung như: Cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển dọc, cơ cấu di chuyển ngang và một số cơ cấu phụ để lấy và giữ hàng. 1.1.2. Phân loại cầu trục 1. Phân loại theo tải trọng nâng chuyển hàng hoá Cầu trục có tải trọng nhỏ: sức nâng chuyển từ 1-5 tấn, được trình bày trong hình 1.1. Hình 1.1. Cầu trục trọng tải nhỏ. Cầu trục có tải trọng trung bình: sức nâng chuyển từ 10-30 tấn, được trình bày trong hình 1.2. Hình 1.2. Cầu trục trọng tải trung bình. Cầu trục có tải trọng lớn: sức nâng chuyển từ 30-60 tấn, được trình bày trong hình 1.3. Hình 1.3. Cầu trục có trọng tải lớn. Cầu trục có tải trọng rất lớn: sức nâng chuyển từ 80-1200 tấn, được trình bày trong hình 1.4. Hình 1.4. Cầu trục trọng tải rất lớn. 2. Phân loại theo đặc điểm công tác Cầu trục trang bị cho kho bãi và nhà xưởng, được thể hiện trong hình 1.5: Cầu trục chạy trên ray trang bị cho kho hàng, các phân xưởng cơ khí. Hình 1.5. Cầu trục cho các kho bãi. Cầu trục loại này có các cơ cấu điều khiển chuyển động chính: Cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn. Các cầu trục này thường được thiết kế điều khiển tại chỗ hoặc từ xa, [tr10; TL1]. Cầu trục khung dầm hộp chạy trên đường ray, được thể hiện trong hình 1.6: Hình 1.6. Cầu trục có dạng hộp chạy trên đường ray. Được trang bị cho cảng biển, các nhà máy đóng tàu biển. Loại này thường được thiết kế có tải trọng nâng lớn, năng suất bốc xếp rất cao, làm việc trong phạm vi quy định. Gồm 3 cơ cấu điều khiển chuyển động: Cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn, [tr11; TL1]. Cầu trục bốc xếp contener, được thể hiện trong hình 1.7. Cầu trục dạng này thường gồm các cơ cấu: Cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển giàn. Việc cung cấp nguồn cho cầu trục hoạt động bằng diezen lai máy phát điện đồng bộ. Đặc điểm làm việc của cầu trục giàn bánh lốp có tính cơ động, năng suất cao, [tr12; TL1]. Hình 1.7. Cầu trục bánh lốp trong các cảng biển bốc xếp contener. 3. Phân loại theo kết cấu dầm Cầu trục một dầm, được thể hiện trong hình 1.8. Hình 1.8. Cầu trục một dầm. Cầu trục loại này có một thanh dầm dạng hộp hay dạng xương bắc hai bên nhà xưởng, tuỳ thuộc vào chiều dài nhà xưởng sẽ có loại cầu trục tương ứng. Cầu trục hai dầm, được thể hiện trong hình 1.9. Cầu trục loại này có hai thanh dầm dạng hộp hay dạng xương lắp đặt song song nhau cách nhau một khoảng tuỳ vào trọng tải của mỗi cầu trục. Hình 1.9. Cầu trục hai dầm. 1.1.3. Các phương pháp nghiên cứu đánh giá thiết bị điện của cầu trục 1.Các phương pháp nghiên cứu đánh giá cầu trục Để nghiên cứu đánh giá về cầu 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 cầu 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 cầu trục theo quỹ đạo mong muốn trong không gian hoạt động của cầu trục có thể thực hiện đồng thời nhờ 3 cơ cấu: nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con và cơ cấu di chuyển giàn. 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 cầu 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 cầu trục thường được thiết kế hoạt động độc lập với nhau. Việc khai thác tối ưu năng xuất 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 cầu trục được thiết kế rất đa dạng. Để thuận tện cho quá trình tổng hợp và phân tích các hệ thống điều khiển chúng ta dựa vào các đặc điểm sau [tr99;1]: a. Hệ thống điều khiển sử dụng công tắc tơ – rơle để điều khiển quá trình khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ cho động cơ thực hiện. b. Hệ thống điều khiển việc cấp nguồn cho động cơ thực hiện bằng cách điều khiển các bộ biến đổi công suất như hệ F-Đ (hệ thống máy phát - động cơ); BBĐT - Đ (bộ biến đổi Tiristor - động cơ điện một chiều); (Bộ biến tần - động cơ không đồng bộ). c. Hệ thống điều khiển kết hợp giữa công tắc tơ rơ le cấp nguồn cho động cơ thực hiện, thay đổi giá trị điện trở phụ trong mạch phần ứng của động cơ một chiều hoặc điện trở phụ trong mạch rotor của động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, kết hợp điều khiển phụ tải động để tạo ra các đặc tính mong muốn. d. Hệ thống điều khiển ứng dụng thiết bị PLC điều khiển các hệ thống truyền động điện với sự giám sát bằng máy tính. 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 cầu trục có các đặc điểm sau: Điều khiển cấp nguồn cho toàn bộ cầu trục trong chế độ hoạt động và chế độ không hoạt động. Nguồn điện dùng cho cầu 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 cầu trục như: bảo vệ ngắn mạch động lực, bảo vệ không, bảo vệ quá tải các động cơ truyền động. * Quan điểm năng lượng: Cầu 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 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 cầu 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. Hiện nay phần lớn các cơ cấu của cầu trục được thực hiện bởi các động cơ điện, cung cấp điện cho hệ thống truyền động có dạng sau: - Cung cấp điện từ lưới qua các thanh góp điện cố định, loại này thường là cầu trục phân xưởng. - Cung cấp điện từ lưới qua các cuộn cáp điện, loại này thường dùng đối với cầu trục di chuyển theo đường ray trên mặt đất. 2. Phương pháp chung để đánh giá khả năng phục vụ của thiết bị điện của cầu 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. 1.2. ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỌ CẦU TRỤC TRONG CÁC NHÀ MÁY CƠ KHÍ 1.2.1. Đặc điểm chung Cầu trục là thiết bị nâng vận chuyển được dùng nhiều ở các bến bãi, các phân xưởng trong các nhà máy nơi có yêu cầu về nâng vận chuyển hàng hoá. Cầu trục, có nhiều chuyển động, các cơ cấu chính của cầu trục là: - Cơ cấu nâng hạ hàng - Cơ cấu di chuyển xe con - Cơ cấu di chuyển giàn Ngoài ra cầu trục còn có các cơ cấu truyền động phụ như: Cơ cấu thu thả dây cáp nguồn, điều khiển và giữ cho cáp khung cầu luôn căng, các thiết bị thông gió cho cabin công tác. Phần lớn môi trường làm việc của các cầu trục trong các nhà máy cơ khí là rất khắc nghiệt, nóng ẩm và nhiều bụi. Chế độ làm việc của các cầu trục này là chế độ ngắn hạn lặp lại, khởi động và hãm thường xuyên. Tất cả truyền động cho các cơ cấu đều cần phải điều chỉnh tốc độ, lực và gia tốc. Hàng hoá được dịch chuyển theo quỹ đạo trong không gian, cho nên thường phải phối hợp hai hoặc ba truyền động cùng một lúc… Do vậy để đảm bảo có được những đặc điểm trên thì đối với những thiết bị nâng chuyển nói chung và đối với cầu trục trong các nhà máy cơ khí nói riêng các bộ truyền động phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật dưới đây. 1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ truyền động sử dụng trong cầu trục [tr16; TL1] 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 cầu 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 cầu 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 cầu trục. 3. Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ Các cơ cấu điều khiển chuyển động trên cầu 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 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 nguên 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 cầu 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 ta phải chọn loại có hiệu cosφ cao và ổn định trong phạm vi rộng, làm việc tin cậy. 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 cầu trục. Để thực hiện điều đó thì các bộ truyền động cần phải có quy trình an toàn cho công tác vạn hành và điều khiển cầu 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 cầu 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. 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 cầu 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 cầu 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. 1.3. CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ CẦU TRỤC TRONG NHÀ MÁY CƠ KHÍ 1.3.1. Đặt vấn đề Nhóm các cầu trục SWF 50/10 tấn, ABUS, MHE, cổng trục dầm đôi SWL 10 tấn, cầu trục 20 tấn… được sử dụng hầu hết ở các nhà máy cơ khí, đóng tàu và sửa chữa tàu biển. Đặc biệt ở Hải Phòng, nhóm cầu trục này được sử dụng ở nhà máy đóng tàu Phà Rừng, Nam Triệu, Bạch Đằng, xi măng Ching Fong Hải Phòng,… Nhóm cầu trục MHE, cầu trục 20 tấn thuộc nhóm các thiết bị sản xuất trước, do đó kết cấu hệ thống tư ơng đối đơn giản. Vật tư thiết bị lắp ráp từ nước ngoài. Đối với nhóm cầu trục SWF, cổng trục dầm đôi, cầu trục ABUS thuộc nhóm các thiết bị sản xuất sau, do đó kết cấu được trang bị đồng bộ hơn về kỹ thuật và được cải tiến hơn về công nghệ thuận lợi hơn về điều kiện hoạt động, song đòi hỏi sự chính xác khi hoạt động cũng như người vận hành phải có kiến thức nhất định. Tóm lại, để đánh giá được ưu nhược điểm của họ cầu trục chúng ta phải tìm hiểu về mạch kết cấu cũng như thiết bị điều khiển, tìm ra được những giống nhau và khác nhau giữa chúng. Trên cơ sở kết hợp với thực tiễn đánh giá một cách khách quan về khả năng hoạt động của chúng. 1.3.2. Đánh giá về mạch và thiết bị điều khiển 1. Với cầu trục 20 tấn Cầu trục 20 tấn là một trong những cầu trục được sử dụng lâu đời và rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp. Về thiết bị điều khiển: Thiết bị điều khiển hầu hết là đơn giản, không hiện đại. Các phần tử chính chuyên dùng là các công tắc tơ, rơle, các nút ấn. Các thiết bị bảo vệ còn thiếu và ít có khả năng tự động nên độ an toàn cho người và thiết bị còn thấp. Về mạch: Cầu trục 20 tấn có cấu tạo mạch đơn giản, các động cơ truyền động cho các cơ cấu là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có sử dụng phanh đĩa AC 380V kiểu điện từ thường đóng (nguồn điện cấp cho phanh được lấy từ nguồn điện động cơ). Có thể đảo chiều quay các động cơ bằng tiếp điểm các công tắc tơ. Việc thay đổi tốc độ hoạt động của động cơ chưa được đề cập đến, ở đây cầu trục làm việc chỉ với một tốc độ nhất định có nút dừng khẩn cấp. Nói chung phần mạch và các thiết bị của cầu trục có độ chính xác không cao. Nhưng nhìn chung vẫn hoạt động bình thường và chưa có sự cố nghiêm trọng xảy ra. 2. Với cầu trục SWF 50/10 tấn Về mạch: Có cấu tạo mạch không quá phức tạp, nguồn cấp cho cầu trục dùng thanh quẹt – ray điện an toàn. Cấp điện cho cơ cấu xe con bằng cáp mềm sâu đo. Về thiết bị điều khiển: Ngoài các phần tử chính chuyên dùng là các công tắc tơ, rơle để cải thiện điều kiện làm việc của cầu trục còn có thêm các thiết bị bảo vệ như: cầu chì, aptomat, thiết bị bảo vệ quá tải MCE, công tắc giới hạn hành trình, còi báo lỗi… Giúp cho các thiết bị được đảm bảo an toàn trong công tác vận hành. Trong các cơ cấu của cầu trục còn sử dụng biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ, cụ thể là: cơ cấu di chuyển xe con được điều khiển bởi biến tần E - A1 D2M003FP10AWN; còn cơ cấu di chuyển xe cầu được điều khiển bởi biến tần SJ300 - 110HFEF của hãng HITACHI. Việc sử dụng biến tần trong quá trình hoạt động của cầu trục tạo được nhiều ưu điểm, như: - Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị đặt mong muốn - Giảm được các xung lực khi khởi động. - Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong vòng điều chỉnh mômen. - Độ tin cậy cao, với kỹ thuật tin học và điện tử công suất ngày càng phát triển, các thiết bị bán dẫn và kỹ thuật biến đổi điện năng công suất lớn được đưa vào sử dụng phổ biến thì ngày càng làm cho kỹ thuật điều chỉnh tốc độ đạt được chỉ tiêu về chất lượng và kinh tế. Việc sử dụng bộ biến tần trong hai cơ cấu di chuyển xe con và xe cầu làm cho hệ thống cầu trục đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, điều khiển trơn, hãm dừng chính xác. 3. Với cổng trục dầm đôi SWL 10 tấn Cổng trục SWL thuộc thế hệ sản xuất sau hơn do đó cấu tạo mạch có phức tạp hơn, tuy nhiên thiết bị điều khiển hiện đại hơn, do đó nâng cao được khả năng làm việc. Về mạch: Việc cấp nguồn cho toàn hệ thống cổng trục hoạt động được sử dụng hệ dẫn điện kiểu thanh quẹt 3 pha trong hộp kín. Mạch các thiết bị bảo vệ và báo lỗi được trang bị đầy đủ hơn các thế hệ cầu trục trước, có thêm bộ kiểm pha kiểm tra nguồn động lực, có thêm mạch điện chiếu sáng trong quá trình làm việc. Về thiết bị điều khiển: Ngoài các phần tử chính chuyên dùng là các công tắc tơ, rơle để cải thiện điều kiện làm việc của cầu trục còn có thêm các thiết bị bảo vệ như: Aptomat, cầu chì, bộ kiểm pha, hệ thống đèn quay, đèn báo lỗi, các đèn báo pha, đèn lỗi nguồn. Trong các cơ cấu của cổng trục còn sử dụng các thiết bị điều khiển là biến tần, thiết bị bảo vệ quá tải, cụ thể là: Trong cơ cấu nâng hạ hàng có thêm bộ giới hạn tải, nếu hệ thống bị quá tải thì bộ giới hạn sẽ có còi báo lỗi và cắt nguồn cấp cho quá trình nâng hạ. Còn trong cơ cấu di chuyển xe con và di chuyển cổng trục sử dụng biến tần SJ200, SJ700 của hãng HITACHI để điều khiển tốc độ và đảo chiều quay cho các động cơ di chuyển. Cũng như đã nhận xét ở cầu trục SWF 50/10 thì việc sử dụng biến tần cũng được nhiều ưu điểm trong quá trình hoạt động nên các thế hệ cầu trục càng về sau càng sử dụng nhiều hơn nhằm đạt hiệu quả sản xuất cao nhất. Tóm lại, qua chương 1 ta đã hiểu qua về sự phát triển của cầu trục trong các nhà máy cơ khí tại Hải Phòng. Chúng ta đã chỉ ra được những đặc điểm nổi bật của họ cầu trục được sản xuất từ trước đến nay. Đánh giá khách quan về những ưu điểm của mỗi dòng cầu trục. Từ đó chúng ta có một cái nhìn tổng quan về cầu trục trong các nhà máy, về sự phát triển của chúng trong việc vận chuyển hàng hoá. Ở chương tiếp theo, chúng ta sẽ đi sâu phân tích trang bị điện điện tử của Cầu trục ABUS để từ đó đưa ra các phương án thiết kế cải tiến hệ truyền động điện của cầu trục. CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CẦU TRỤC ABUS. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN. 2.1. TRANG BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ CHO CẦU TRỤC ABUS PHỤC VỤ TRONG NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU PHÀ RỪNG 2.1.1. Các bộ phận chính của cầu trục ABUS Các bộ phận chính của cầu trục ABUS được thể hiện trong hình 2.1 [TL2] Bao gồm: Tời nâng. Xe con. Tủ điện điều khiển. Động cơ xe con. Ray xe con. Dầm cầu trục. Dầm biên. Động cơ dầm biên. Tủ điện cầu trục. Cáp cấp nguồn xe con. Tay điều khiển nút bấm. Ray điện an toàn cầu trục. Tuỳ thuộc vào tải trọng nâng và không gian hoạt động mà cấu trúc của cầu trục có thể có thêm cabin điều khiển và một số bộ phận khác. Cầu trục ABUS có cabin được bố trí ở phía dưới mặt sàn thao tác của cầu trục sao cho phù hợp với tầm quan sát của người ngồi điều khiển khi cầu trục hoạt động. Bên trong cabin là chỗ ngồi điều khiển, có các bảng điều khiển và tay trang điều khiển. Hình 2.1. Sơ đồ tổng thể các bộ phận cầu trục ABUS. Một số điểm cần lưu ý khi sử dụng cầu trục ABUS Cầu trục dầm đôi với 2 dầm chính dạng hộp chống xoắn. Khi chế tạo hàng loạt thì không có mặt sàn. Giới hạn hành trình xe chạy được hàn trên phần đệm xe chạy và được lắp trên cả hai bên của dầm chính. Dầm bánh xe di chuyển tải (dầm đầu) ở dạng hộp được hàn tự động. Ổ đỡ bánh xe và bề mặt dầm chính được kẹp chặt với nhau bằng máy CNC đảm bảo chính xác vị trí của bánh xe. Dầm chính và dầm chuyển tải được bắt với nhau bởi bulông độ căng dãn cao nó phải được bắt chặt ở mô men xoắn xác định. Hệ thống bánh răng dẫn động đảm bảo di chuyển và dừng nhẹ nhàng, ít phải bảo dưỡng khi chuyển đổi cực của động cơ. Thiết bị điện: Sử dụng loại phích nối điện đảm bảo nối điện an toàn nhanh chóng và dễ dàng. Công việc liên quan đến hệ thống điện phải là người có chuyên môn. Nguồn điện cung cấp phải được ngắt trước khi bắt đầu công việc. Đường điện chính: Tiết diện dây dẫn đối với mạch điện từ mạch điện trung tâm qua công tắc chính tới tiếp điểm dây dẫn đầu vào phải được xác định bởi người điều khiển. Tiết diện của dây dẫn phải đảm bảo hiệu điện thế tại đầu vào của hệ thống dây dẫn không dưới giá trị nhỏ nhất quy định, sai số không quá 5%. Công tắc chính không ở trong hệ thống cầu trục hoặc Palăng và mục đích chính của nó là ngắt mạch tới hệ thống cầu trục và palăng từ nguồn điện để phục vụ việc sửa chữa và bảo dưỡng. Khi cần thiết công tắc này có thể được dùng để dừng mọi chuyển động trong trường hợp khẩn cấp. Hệ thống dây nối tiếp điểm dựa an toàn ABUS ASL được sử dụng cho cầu trục giàn và xe chạy tự hành. 4 thanh góp ( 3 dây pha + 1 nối đất ) với bảo vệ tiếp điểm được lắp đặt trong vỏ bọc nhựa. Dây nối được lắp trên giá công xon song song trên cầu trục hoặc xe chạy. Khoảng cách công xon tối đa là 2000 mm hoặc có thể ít hơn. Công tắc giảm tốc độ cầu trục hoặc xe chạy tới tốc độ thấp trước khi kết thúc đường chạy. Công tắc dạng này ngăn chặn cầu trục và palăng đang chạy với tốc độ cao đột ngột dừng lại gây ra rung động tải trọng dẫn đến nguy hiểm có thể gây ra hư hỏng hoặc tai nạn. Công tắc giới hạn tốc độ trên cả 2 phương. Cầu trục hoặc palăng có thể được tăng tốc khi ra rời khu vực tốc độ thấp đạt được tốc độ đúng của nó trong hướng khác. 2.1.2. Chức năng các phần tử và nguyên lý làm việc của cầu trục 1. Giới thiệu chung Cầu trục ABUS hai dầm chính 40 tấn gồm 06 động cơ chính lai các cơ cấu truyền động và 02 động cơ quạt gió làm mát động cơ nâng hạ hàng, các phanh điện từ và các phần tử khác: Động cơ M61 và M62 là động cơ di chuyển xe cầu, di chuyển dọc phân xưởng (bridge drive). Động cơ 1M21 và 2M21 là hai động cơ nâng hạ hàng (hoist motor) được lắp chung vào một hộp số (có thông số giống nhau). Hai quạt gió M11 gắn trực tiếp ở đuôi động cơ 1M21 và 2M21 để làm mát. Động cơ M41 và M42 là động cơ di chuyển xe con (trolley drive motor). Các động cơ này sử dụng phương pháp hãm dừng bằng phanh điện từ. Mạch điện bao gồm các động cơ, phanh điện từ, dây dẫn, cầu đấu dây, hộp điều khiển, và các khí cụ điện cần thiết như cầu dao aptomat hay công tắc tơ, cầu chì... 2. Chức năng các phần tử cơ bản và nguyên lý làm việc của cơ cấu di chuyển xe cầu. Trước khi đi vào phân tích các chức năng của cầu trục ABUS ta qui ước các bản vẽ của cầu trục. Sheet 1, 2, 3... là số thứ tự các bản vẽ, from là số thứ tự tập bản vẽ. Ví dụ 1A là bản vẽ tay trang điều khiển, 2A, 3A, 4A là bản vẽ biểu diễn mạch nguyên lý của cơ cấu di chuyển xe cầu. Bản vẽ 5A và 7A biểu diễn cơ cấu nâng hạ, bản vx 6A, 8A biểu diễn cơ cấu di chuyển xe con.... *) Mạch động lực: Sơ đồ mạch động lực của cơ cấu di chuyển cầu được thể hiện trên bản vẽ 2A, [TL2]. Mạch động lực được lấy điện trực tiếp từ nguồn điện chính của cầu trục. Bao gồm các thiết bị chính như sau: T61, T62 là bộ cảm kháng nguồn. Z62 là bộ lọc chính. R67 là điện trở hãm. U61 là bộ biến tần để điều khiển thay đổi tốc độ động cơ di chuyển xe cầu. U62 là khối chỉnh lưu có nhiệm vụ tạo ra dòng một chiều cung cấp cho phanh điện từ. M61 và M62: Hai động cơ là 2 động cơ truyền động cho cầu trục di chuyển dọc nhà xưởng. Y1 là phanh điện từ. F60 cầu chì bảo vệ ngắn mạch. S71.1, S71.2: Công tắc giới hạn hành trình (theo chiều tiến); S71.3 và S71.4 (theo chiều lùi). *) Mạch điều khiển Sơ đồ vị trí tay trang điều khiển được biểu diễn trên bản vẽ 1A và sơ đồ mạch điều khiển trên hình 4A, [TL2]. Mạch gồm có: S31.1 tiếp điểm công tắc giới hạn hành trình đảm bảo sự chuyển mạch an toàn. K1: Cuộn hút của công tắc tơ K1. S71.1, S71.2, S71.3, S71.4: Các tiếp điểm của các công tắc giới hạn hành trình hoặc thay thế là các tiếp điểm của các cảm biến quang (đèn báo di chuyển) B74 và B75. *) Nguyên lý hoạt động Nguồn cấp điện chính cho hệ thống là 3/PE-50Hz; 380V, được lấy qua hệ thống thanh trượt và cấp cho cầu trục qua phích cắm X0. Nguồn chính được bảo vệ bởi cầu chì tổng F1 và được khống chế bởi contactor chính K1. Thông qua biến áp hạ áp T1 (380/48 V) cấp nguồn cho mạch điều khiển (bảo vệ nguồn sơ cấp là F10, F11 và bên thứ cấp là F12). Ban đầu cầu trục chưa hoạt động, tức vị trí của tay điều khiển S61 ở vị trí 0, K1 chưa có điện, chưa cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động. Giả sử cầu trục đang ở chế độ làm việc bình thường. K1 đã đóng cấp điện cho toàn bộ hệ thống. Khi di chuyển theo chiều tiến về phía trước (có sự tham gia của tay trang điều khiển S61): Đưa tay điều khiển S61 tới vị trí 1, làm đóng tiếp điểm S61(13-14) đưa điện qua chân số 5 của khối chỉnh lưu U62 và đưa tới đầu X2(13, 8, 9) của biến tần U61 để thực hiện điều khiển di chuyể._.n cơ cấu xe cầu tiến về phía trước với tốc độ chậm. Nếu muốn di chuyển với tốc độ nhanh hơn thì ta chuyển tay trang S61 sang vị trí 2, khi đó S61(13-14) vẫn đóng nhưng có thêm S61(33-34) đóng đưa điện vào chân số 3 của U62, sau đó vào U61 và từ đây đưa ra tín hiệu điều khiển cầu di chuyển với tốc độ nhanh hơn. Trong quá trình di chuyển chân, nếu công tắc hành trình S71.1 bị tác động sẽ làm mất nguồn đưa vào chân điều khiển di chuyển tiến về phía trước trong biến tần dẫn đến cầu trục dừng di chuyển. Khi di chuyển theo chiều lùi về phía sau: Tương tự như khi di chuyển về phía trước nhưng lúc này thay S61 bằng S62, và công tắc hành trình S71.3 bị tác động thì cầu sẽ dừng di chuyển. Nếu muốn dừng trong quá trình đang di chuyển bình thường thì ta chỉ cần chuyển tay trang theo chiều ngược lại về đến vị trí 0. *) Các bảo vệ: Bảo vệ quá tải động cơ truyền động: bằng điện trở nhiệt đặt trong stato động cơ. Bảo vệ vượt hành trình di chuyển: được thực hiện bởi các công tắc giới hạn hành trình S71.1, 2, 3, 4. Bảo vệ ngắn mạch động cơ: được thực hiện bằng cầu chì F60. Bảo vệ dừng khẩn cấp bằng nút ấn dừng khẩn cấp S1 (chung cho toàn hệ thống). 3. Chức năng các phần tử và nguyên lý hoạt động của cơ cấu di chuyển xe con Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển của cơ cấu di chuyển xe con được biểu diễn trên bản vẽ 6A và 8A, [TL2]. *) Chức năng các phần tử: - Mạch động lực gồm các phần tử chính: M41 và M42: Hai động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con. Y1 là van điện từ hãm dừng động cơ. V41 và V42: là hai khối chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều để cung cấp cho phanh điện từ Y1. K41, K42, K43: Các tiếp điểm của các công tắc tơ. Q41: Tiếp điểm của cầu dao tự động có phần tử nhiệt bảo vệ quá tải. - Mạch điều khiển gồm các phần tử: K41, K42, K43: Cỏc cuộn hút của các công tắc tơ K41, K42, K43. S51.1, S51.4, S51.2, S51.3: Các tiếp điểm của công tắc hành trình giới hạn hành trình di chuyển. *) Nguyên lý hoạt động Khi cầu trục chưa hoạt động, tức là cơ cấu di chuyển cũng chưa hoạt động, lúcc này tay trang điều khiển S41 và S42 đang ở vị trí 0. Khi đó được cấp nguồn để sẵn sàng hoạt động, nếu muốn di chuyển xe con về phía bên phải thì đưa tay điều khiển S41 sang vị trí 1. Lúc này tiếp điểm S41(13-14) đúng lại cấp điện cho cuộn hút công tắc tơ K41, dẫn đến tiếp điểm K41(1-6) trên mạch động lực đúng lại cấp nguồn cho hai động cơ M41, M42 và đồng thời lúc đó cuộn phanh Y1 có điện nhả trục động cơ làm động cơ hoạt động đưa cơ cấu di chuyển về bên phải với tốc độ chậm (tốc độ 1). Nếu muốn tăng tốc lớn tốc độ lớn hơn ta chuyển tay trang điều khiển sang vị trớ 2. Lúc này tiếp điểm S41(13-14) vẫn đóng, đồng thời đóng thêm tiếp điểm S41(33-34) cấp điện cho cuộn hút công tắc tơ K43 làm mở các tiếp điểm K43(R1-R2, R3-R4) loại bộ dây quấn của tốc độ 1 ra, đúng các tiếp điểm K43(1-2, 3-4) lại đưa bộ dây quấn của tốc độ 2 vào làm động cơ quay với tốc độ lớn hơn (tốc độ 2). Trong quá trình di chuyển, nếu công tắc hành trình S51.1 bị tác động thì K41 mất điện, làm mất điện cấp cho động cơ và phanh điện từ làm động cơ ngừng quay, dẫn đến cơ cấu dừng không di chuyển nữa. Quá trình chuyển động sang trái (theo chiều ngược lại) diễn ra tương tự nhưng thay S41 bằng S42, K42 sẽ thế chỗ K41 và công tắc hành trình S51.4 có tác dụng giống S51.1. Nếu muốn dừng trong quá trình di chuyển thì ta thực hiện các động tác chuyển ngược tay trang điều khiển từ vị trí 2 về vị trí 1 rồi về vị trí 0, quá trình sẽ ngược lại và động cơ sẽ được hãm dần, sau đó ngừng quay làm cơ cấu dừng di chuyển. *) Các bảo vệ Bảo vệ quá tải và ngắn mạch động cơ truyền động: được thực hiện bởi cầu dao tự động Q41 (có phần tử nhiệt bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ ngắn mạch). Bảo vệ giới hạn hành trình di chuyển xe con: là nhiệm vụ của các công tắc hành trình S51.1, 2, 3, 4. 4. Chức năng các phần tử cơ bản và nguyên lý làm việc của cơ cấu nâng hạ hàng Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển được thể hiện trên bản vẽ 5A và 7A [TL2]. *) Chức năng các phần tử: Nguồn cấp cho mạch động lực được lấy từ nguồn điện chính thông qua tiếp điểm chính công tắc tơ K1. T32 là máy biến dòng làm thay đổi dòng điện khi đưa vào bộ U32. U32 là bộ LIS - SE/SV bảo vệ quá tải, giảm sự thay đổi về dòng điện trong mạch. K21, K22, K23 là các cặp tiếp điểm của các contactor K21, K22, K23, khống chế chiều quay và tốc độ. 1V21, 2V21: Các cầu điôt có tác dụng nắn điện áp xoay chiều thành 1 chiều cấp cho phanh điện từ để dừng động cơ khi cần thiết. T11: Biến áp hạ áp, hạ điện áp từ 400V xuống 230V cấp điện cho 2 động cơ quạt gió làm mát động cơ chính (phía sơ cấp được bảo vệ bởi cầu chì F15 và F16, phía thứ cấp được bảo vệ bởi F1). Y1 là phanh điện từ F1 là cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho hai động cơ quạt gió làm mát. S31.2 và S31.3: Hai công tắc hành trình theo chiều lên và xuống. *) Nguyên lý hoạt động Theo chiều nâng hàng: Ban đầu cầu trục đang ở chế độ dừng không hoạt động, tức là vị trí của tay điều khiển S21 đang ở vị trí 0, công tắc tơ K1 chưa có điện chưa cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống. Khi ở chế độ làm việc bình thường. K1 đã đóng cấp điện cho toàn bộ hệ thống. K1.1 đã có điện, đóng tiếp điểm K1.1 (13 _ 14) cấp điện cho bộ LIS- SE/SV. Đưa tay điều khiển S21 sang vị trí 1, S21 (13_14) đóng cấp điện cho chân E6 của bộ LIS - SE/SV. Khi tín hiệu phù hợp thì bộ LIS sẽ xuất tín hiệu ra ở chân 21, cấp điện điều khiển cho cuộn hút của K21. K21 có điện sẽ đóng các tiếp điểm thường mở K21 (13_14) để cấp điện cho công tắc tơ K26.1 làm đóng K26.1(1_2) (3_4) cấp điện cho phanh điện từ Y1 và làm đóng tiếp điểm thường mở mở chậm K26.1(57_58) cấp điện cho 2 động cơ quạt gió làm việc; K21(1-2, 3-4, 5-6) của mạch động lực cấp điện cho 2 động cơ thực hiện hành trình lên hàng tốc độ 1. Đưa tay điều khiển S21 sang vị trí 2, S21 (13_14) vẫn đóng và giữ nguyên các giá trị của nó và đóng thêm S21(33_34) cấp điện điều khiển cho chân E7 của bộ LIS xuất điện áp điều khiển ra chân 23 của bộ LIS cấp điện cho cuộn hút của K23. Mở các tiếp điểm K23(R1_R2) (R3_R4) loại bộ dây quấn của tốc độ 1 ra và đóng các tiếp điểm K23(1_2) (3_4) đưa bộ dây quấn của tốc độ 2 vào làm việc. Cầu trục lên hàng ở tốc độ 2. Nếu trong quá trình nâng hàng mà công tắc hành trình S31.2 bị tác động thì quá trình nâng hàng sẽ dừng lại. Khi muốn dừng, kéo tay điều khiển theo chiều ngược lại quá trình sẽ diễn ra ngược lại, khi S21 ở vị trí 0 tất cả các tiếp điểm sẽ trở về vị trí ban đầu như khi trước khi làm việc. Các tiếp điểm K21, K23 và K26.1 mở ra ngừng cấp điện cho động cơ và phanh điện từ. Động cơ được hãm dừng cưỡng bức. Duy nhất có tiếp điểm K26.1(57_58) sẽ vẫn đóng duy trì điện áp cho quạt gió, sau khoảng thời gian đặt trước ( thường trong thực tế đặt 180 giây) tiếp điểm sẽ nhả ra, ngừng cấp điện cho quạt. Theo chiều hạ hàng: Quá trình hạ hàng diễn ra tương tự, nhưng lúc này thay K21 bằng K22; và công tắc hành trình S31.3 bị tác động thì quá trình hạ hàng sẽ dừng. *) Các bảo vệ: Bảo vệ quá tải động cơ: được thực hiện bởi bộ LIS – SE/SV. Bảo vệ vượt hành trình nâng hạ: việc này được thực hiện nhờ các công tắc giới hạn hành trình (ngắt cuối) S31.2, S31.3. Bảo vệ ngắn mạch động cơ quạt gió bằng cầu chì F1. 2.1.3. Đánh giá cầu trục ABUS 1. Về kỹ thuật điều khiển Cầu ABUS là một trong những cầu trục được sử dụng lâu đời và rộng rãi trong các nhà máy xí nghiệp. Về kỹ thuật điều khiển: Ngoài các phần tử chính chuyên dùng là các công tắc tơ, rơle, để cải thiện điều kiện làm việc của cầu trục thì cần có thêm thiết bị quạt gió cho các động cơ truyền động. Điều này giúp cho thiết bị được làm mát đảm bảo an toàn trong công tác vận hành. Mạch có cấu tạo mạch đơn giản, trong đó có sử dụng chỉnh lưu cầu dùng cho các phanh một chiều; và có bộ bảo vệ quá tải sử dụng trong cơ cấu nâng hạ hàng, có tác dụng bảo vệ quá tải động có trong quá trình cầu hoạt động. Cơ cấu di chuyển có sử dụng bộ chỉnh lưu và biến tần để điều chỉnh tốc độ khi di chuyển. Tần số ra của biến tần thay đổi bằng cách dịch chuyển các tay điều khiển. Đây là biến tần gián tiếp, của hãng ABUliner có nhiều ưu điểm như là: - Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị đặt mong muốn - Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong vòng điều chỉnh mômen. - Độ tin cậy cao, với kỹ thuật tin học và điện tử công suất ngày càng phát triển, các thiết bị bán dẫn và kỹ thuật biến đổi điện năng công suất lớn được đưa vào sử dụng phổ biến thì ngày càng làm cho kỹ thuật điều chỉnh tốc độ đạt được chỉ tiêu về chất lượng và kinh tế. Việc sử dụng bộ biến tần gián tiếp này trong cơ cấu di chuyển, hệ thống cầu trục đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, điều khiển trơn, hãm dừng chính xác. Phần điều khiển hoạt động động cơ bằng công tắc tơ, rơle hoạt động chưa chính xác, tin cậy, an toàn. Nhìn chung chưa có sự cố nghiêm trọng xảy ra. 2. Về kỹ thuật năng lượng truyền động điện Trong cầu trục này đã sử dụng các động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc loại có nhiều cuộn dây quấn trên stator để truyền động cho các cơ cấu chính. Các động cơ này có ưu điểm là: có thể tạo ra các cấp tốc độ khác nhau bằng cách đổi nối các cuộn dây hoặc thay đổi điện áp, tần số nguồn cấp cho các cuộn dây stator. Việc đổi chiều quay các động cơ này thường thực hiện bằng phương pháp đổi thứ tự pha điện áp nguồn cấp. Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn. Tuy nhiên cũng có nhược điểm là độ trơn điều chỉnh không cao, có thể gây nên lực giật trong quá trình làm việc của cầu trục. Ngoài ra các trang thiết bị lắp đặt đều là loại chuyên dụng cho cầu trục có tần suất làm việc cao và tin cậy. 2.2. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP NGUỒN CHO CÁC PHỤ TẢI CẦU TRỤC ABUS Để lựa chọn được phương án điều khiển cấp nguồn tối ưu nhất, tạo ra năng suất cao tối ưu, đảm bảo hiệu quả trong quá trình sản xuất thì trước tiên ta phải đưa ra được nhiều phương án cấp nguồn khác nhau. Sau đó phân tích các ưu nhược điểm của mỗi phương án thiết kế cấp nguồn sao cho phương án được lựa chọn là khả thi, cho hiệu quả hoạt động là tốt nhất và tính kinh tế cao. Vì vậy ta có một số các phương án cấp nguồn cho cầu trục ABUS sau đây: 2.2.1. Cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục ABUS với động cơ truyền động rôto dây quấn Sơ đồ tổng thể cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục của phương án được trình bày trong hình 2.2a. Nguồn điện cung cấp cho cầu trục được lấy từ lưới điện ba pha và được điều khiển bằng các cầu dao, công tắc tơ, rơle. Điện áp cung cấp cho các động cơ 3 pha, Uđm = 380V, tần số f=50Hz. Điện áp cung cấp cho mạch điều khiển (Uđk = 220V) bởi máy biến áp 380/48V. Thứ tự cấp nguồn cho cầu trục: Cầu dao chính MCB1 đóng cấp điện cho toàn bộ hệ thống. Mạch điều khiển lấy nguồn 48V qua máy biến áp hạ áp 380/48V. Khi đó MCB2 =1 mạch điều khiển được cấp nguồn. Để tiến hành cung cấp nguồn điện cho mạch động lực cho các cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe cầu, cơ cấu di chuyển xe con thì trước tiên ta phải đưa tất cả tay điều khiển của các cơ cấu chính về vị trí 0. Sau đó đóng cầu dao MCB4 cấp nguồn cho quạt làm mát. Tiếp đó ấn nút khởi động hệ thống ở mạch điều khiển để thực cấp điện cho cuộn hút của công tắc tơ chính K1. Khi tiếp điểm của công tắc tơ chính đã đóng thì mạch động lực các cơ cấu được cấp điện để sẵn sàng hoạt động. Có thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi giá trị các điện trở trong mạch rôto. Các cầu dao MCB3 cấp nguồn cho động cơ di chuyển xe cầu, MCB5 cấp nguồn cho động cơ nâng hạ, MCB6 cấp nguồn cho động cơ chuyển xe con. Các cầu dao MCB7, MCB8 và MCB9 đóng cấp nguồn cho các phanh của các cơ cấu. Trong mạch động lực của các cơ cấu sử dụng các động cơ không đồng bộ rôto dây quấn và các phanh hãm dừng. * Hạn chế: Vùng điều chỉnh tốc độ hoạt động của các cơ cấu còn phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ trong mạch rotor. Số lượng công tắc tơ, rơle sử dụng còn nhiều nên độ tin cậy hoạt động chưa cao, hay có sự đánh lửa làm giảm tuổi thọ thiết bị. Kích thước các thiết bị điều khiển và hoạt động còn cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích mặt bằng sản xuất. Mặt khác vật tư thiết bị cho phương án này gặp nhiều khó khăn do trên thị trường không sản xuất phổ biến. Khả năng tự động hoá thấp, khó kết nối điều khiển nối mạng trong nhà máy. Gây nhiều khó khăn trong việc quản lý thiết bị. Hình 2.2a. Sơ đồ tổng thể cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục ABUS sử dụng động cơ KĐB rôtor dây quấn 2.2.2. Cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục ABUS với động cơ một chiều kết hợp bộ chỉnh lưu. Sơ đồ tổng thể cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục của phương án được trình bày trong hình 2.2b. Nguồn điện cung cấp cho cầu trục được lấy từ lưới điện ba pha và được điều khiển bằng các cầu dao, công tắc tơ, rơle. Cách bố trí các phần tử giống như phương án dùng động cơ rôto dây quấn. Nhưng trong phương án này ta dùng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha cấp nguồn cho các động cơ truyền động là động cơ một chiều. Khi đó để thay đổi tốc độ động cơ và đảo chiều dịch chuyển của cơ cấu ta điều khiển bộ chỉnh lưu, cụ thể điều khiển xung mở các thiristor trong bộ chỉnh lưu để có được điện áp như ý muốn dẫn tới thay đổi tốc độ truyền động của động cơ. Ưu nhược điểm của phương án * Ưu điểm: Sử dụng động cơ một chiều kết hợp bộ chỉnh lưu có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng. Điều chỉnh trơn láng chính xác, dễ tạo đường đặc tính cơ học phù hợp với yêu cầu làm việc của máy,có khả năng quá tải cao,cần có nguồn điện một chiều. * Hạn chế: Hệ làm việc kém tin cậy. Giá thành hệ thống đắt. Động cơ cần cấp nguồn một chiều riêng. Trong đó hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu phức tạp khó thao tác. Hình 2.2b. Sơ đồ tổng thể cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục ABUS sử dụng động cơ một chiều. 2.2.3. Cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục ABUS với động cơ thực hiện là ĐCKĐB stator có nhiều cuộn dây Sơ đồ tổng thể cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục của phương án được trình bày trong hình 2.2c. Đây là phương án thiết kế cấp nguồn hiện đang được áp dụng cho cầu trục ABUS trong nhà máy đóng tàu Phà Rừng. Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển cấp nguồn cho các phụ tải là: Để đưa toàn bộ hệ thống vào làm việc thì nguồn điện được lấy từ lưới điện 3 pha chạy dọc nhà xưởng của xí nghiệp. Qua thiết bị cầu chì bảo vệ ngắn mạch F1, một hướng qua F10,11 sau đó qua biến áp T1 (380/48V) và qua F12 cấp nguồn cho mạch điều khiển các tay trang, các cuộn hút công tắc tơ rơle, còi báo động. Còn một hướng là qua tiếp điểm công tắc tơ chính đi đến cấp nguồn cho mạch động lực các cơ cấu. Với mạch động lực cơ cấu di chuyển xe cầu, nguồn điện qua cầu chì F60, qua cuộn kháng nguồn T62 và bộ lọc chính cấp nguồn cho biến tần. Bộ biến tần này cấp nguồn cho động cơ di chuyển xe cầu. Nguồn cấp cho phanh điện từ hãm dừng động cơ di chuyển được lấy từ khối chỉnh lưu U62. Với mạch động lực cơ cấu nâng hạ hàng, dòng điện được chia thành hai hướng. Một hướng là qua biến dòng và bộ cảm nhận tín hiệu dòng điện để đưa về điều khiển (U32) và qua một số tiếp điểm của công tắc tơ đến cấp nguồn cho các động cơ nâng hạ, các khối chỉnh lưu để cấp điện cho phanh điện từ. Một hướng qua cầu chì F15,16, qua biến áp T11 cấp nguồn cho quạt gió làm mát động cơ nâng hạ. Hình 2.2c. Sơ đồ tổng thể cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục ABUS sử dụng động cơ KĐB stato có nhiều cuộn dây. Với mạch động lực cơ cấu di chuyển xe con, nguồn điện được cấp khi đóng áptômat Ap, qua một số tiếp điểm các công tắc tơ đến cấp nguồn cho các động cơ di chuyển xe con. Nguồn cấp cho phanh là nguồn một chiều được lấy từ hai khối chỉnh lưu V41 và V42. Ưu nhược điểm của phương pháp: * Ưu điểm: Mạch điều khiển khá đơn giản, chủ yếu là các công tắc tơ, rơle nên tiết kiệm chi phí trong quá trình thiết kế và lắp đặt. Đơn giản trong vận hành, bảo dưỡng dễ dàng hơn. * Hạn chế: Vì mạch chủ yếu gồm các công tắc tơ, rơle nên điều khiển còn thủ công và bằng tay là chính, chưa có sự tự động hoá ở đây. Vì vậy dẫn đến hiệu quả hoạt động còn thấp, chưa đáp ứng được nhu cầu sản xuất. Các thiết bị điều khiển có độ tin cậy không cao. Khi hoạt động, sự đóng mở các tiếp điểm gây ra sự đánh lửa làm giảm tuổi thọ các thiết bị. Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ stator nhiều cuộn dây, việc thay đổi tốc độ thực hiện khó khăn (chủ yếu là đổi nối các cuộn dây stator của động cơ) và thay đổi được ít cấp tốc độ. Độ trơn điều chỉnh không cao. Hiện nay trên thị trường các loại động cơ stator nhiều cuộn dây ít được sử dụng nên không sản xuất đại trà nữa. Vì vậy khi muốn thay thế động cơ này sẽ gặp nhiều khó khăn. Mặt khác tính tự động hoá rất thấp, chưa có khả năng điều khiển nối mạng trong toàn nhà máy. 2.2.4. Cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục ABUS với động cơ thực hiện là ĐCKĐB roto lồng sóc được điều khiển bằng các bộ biến tần kết hợp PLC Sơ đồ tổng thể cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục của phương án được trình bày trong hình 2.2d. Đây là phương án cải tạo cấp nguồn sử dụng cấu trúc điều khiển các hệ thống dùng PLC và dùng bộ biến tần cấp cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc cho cầu trục. Ở phương án này nguồn điện được lấy từ lưới, sau khi đóng cầu dao MCB1, cấp nguồn cho hệ thống đo lường gồm máy biến dòng, máy biến điện áp, vônkế, ampekế. Khi các thông số đo được ở trạng thái bình thường thì cho phép đóng cầu dao MCB2 cấp nguồn cho các bộ biến tần. Các bộ biến tần cấp nguồn cho các động cơ nâng hạ, động cơ di chuyển xe con và di chuyển xe cầu để phục vụ truyền động các cơ cấu. Cầu dao MCB3 cấp nguồn cho các cơ cấu phụ. Đóng cầu dao MCB5 qua các bộ chỉnh lưu cấp điện cho cơ cấu phanh hãm dừng di chuyển xe cầu. Đóng cầu dao MCB6 cấp nguồn cho phanh cơ cấu di chuyển xe con. MCB7 cấp nguồn cho quạt gió làm mát động cơ nâng hạ và phanh cho cơ cấu nâng hạ. Đóng cầu dao MCB8, MCB9, MCB10 cấp nguồn cho: nguồn điều khiển chính 200V, cuộn điều khiển 100V, bàn điều khiển các thiết bị làm mát, các thiết bị chiếu sáng, nguồn dự phòng, chiếu sáng cabin, làm mát trong cabin điều khiển. Nguồn 24V được cấp cho PLC thông qua khối coltrol desk. Phương án này có những ưu nhược điểm như sau: * Ưu điểm: Việc sử dụng động cơ KĐB rotor lồng sóc sẽ cho phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn. Có độ trơn điều chỉnh cao, giảm được tối đa lực giật trong quá trình làm việc của cầu trục. Hình 2.2d. Sơ đồ điện nguyên lý cấp nguồn cho các phụ tải cầu trục ABUS sử dụng PLC và bộ biến tần cấp cho ĐCKĐB rotor lồng sóc. Đặc biệt động cơ không đồng bộ sử dụng cho cầu trục có phạm vi công suất rộng, vì vậy chúng được sử dụng hết sức rộng rãi. Các thiết bị được sử dụng trong mạch là các thiết bị hiện đại, đang được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp. Vì vậy việc thay thế thiết bị khi gặp sự cố hỏng hóc cũng trở nên đơn giản hơn. Mức độ tự động hoá cao, có thể thực hiện việc điều khiển nối mạng trong nhà máy, điều khiển từ xa một cách dễ dàng. Thiết bị điều khiển tương đối gọn nhẹ nên công việc vận chuyển thuận tiện. Số lượng công tắc tơ, rơle được giảm bớt làm tăng độ tin cậy trong quá trình làm việc của cầu trục. Các báo động, bảo vệ, báo lỗi được trang bị đầy đủ đảm bảo an toàn cho các thiết bị và cho người vận hành. * Hạn chế: Vốn đầu tư lớn hơn và yêu cầu người vận hành phải có trình độ nhất định. Qua bốn phương án cấp nguồn đã trình bày ở trên ta sẽ sử dụng một phương án cấp nguồn cho hệ thống cải tiến. Để lựa chọn được phương án cấp nguồn thích hợp thì ta đi vào phân tích phương án thiết kế hệ truyền động điện cho các cơ cấu của cầu trục ABUS. 2.3. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG CẦU TRỤC ABUS Qua tìm hiểu cầu trục trong nhà máy, đặc biệt là cầu trục ABUS ta thấy hệ thống truyền động điện cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (NHLL). Ở hệ thống này chế độ làm việc NHLL được biểu thị một cách dứt khoát rõ ràng về cả thời gian nghỉ và thời gian chu kỳ. Khi máy không làm việc động cơ được ngắt hoàn toàn khỏi nguồn. Trong lĩnh vực truyền động cầu trục, 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 nâng, động cơ này đảm bảo được những tốc độ nâng hạ ổn định 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. Động cơ dùng để phục vụ cho cơ cấu nâng hạ cũng như các cơ cấu di chuyển trong cầu trục là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và có đảo chiều quay. Như vậy, để thực hiện được truyền động trong cầu trục chúng ta có thể dùng 2 loại hệ truyền động với động cơ một chiều hoặc xoay chiều. Để thiết kế cơ cấu nâng hạ ta đi vào tìm hiểu bố trí dẫn động cơ cấu từ đó đề xuất các phương án cải tiến hệ truyền động điện cơ cấu nâng hạ hàng. 2.3.1. Bố trí dẫn động cơ cấu nâng hạ hàng Cơ cấu nâng hạ có thể được truyền động bằng 2 động cơ phục vụ truyền động hoặc 1 động cơ. Khi sử dụng 2 động cơ truyền động sẽ xuất hiện các sai lệch tốc độ của hai đầu trục động cơ truyền động. Điều này xuất phát từ nguyên nhân các bộ máy trùng khít tốc độ (động cơ), các tỷ số truyền không giống nhau (hộp giảm tốc), các đường kính bánh xe sai lệch. Hơn nữa việc sử dụng hai động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng sẽ dẫn tới chi phí cho các phần tử cao. Các đầu trục truyền có thể sai lệch ảnh hưởng tới cơ cấu. Còn việc sử dụng một động cơ truyền động sẽ làm cho cơ cấu đơn giản, ít gây ra sự cố. Ta có kết cấu bố trí dẫn động cơ cấu nâng hạ được thể hiện trên hình 2.3 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí dẫn động cơ cấu nâng hạ. Theo sơ đồ này cơ cấu gồm có động cơ điện 1, hộp giảm tốc 2, khớp nối vòng đàn hồi, trong đó nửa khớp phía bên hộp giảm tốc được sử dụng làm bánh phanh, tang 4, khớp răng đặc biệt nối tang nối trục ra của hộp giảm tốc bằng khớp răng đặc biệt, ta sẽ được kính thước chiều dài của cơ cấu nhỏ gọn, đồng thời đảm bảo việc chế tạo từng cụm riêng, tháo lắp dễ dàng. 2.3.2. Các phương án thiết kế hệ truyền động điện cơ cấu nâng hạ hàng 1. Phương án dùng động cơ rôto dây quấn Phương án thay đổi điện trở phụ mạch rôto với động cơ rôto dây quấn được biểu diễn trên hình 2.4a. Hình 2.4a. Phương án thiết kế hệ truyền động điện cơ cấu nâng hạ dùng động cơ rôto dây quấn. Theo phương án này ta có: Cơ cấu dùng một động cơ phục vụ truyền động nâng hạ. Động cơ được cấp điện 3 pha 380V qua cầu dao 2MCB và 23 MCB. Các cầu dao 21MCB, 22MCb cấp nguồn cho quạt làm mát cơ cấu và động cơ phục vụ phanh hãm. Phanh và quạt làm mát được bảo vệ bằng các rơ le nhiệt. Ở đây ta sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn và mắc thêm điện trở phụ vào mạch roto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc đồng thời để điều chỉnh tốc độ. Còn 2 công tắc tơ 24M và 25M để thực hiện đóng ngắt cấp nguồn và đảo chiều quay động cơ, phục vụ cho việc nâng tải hạ tải của cầu trục. Ưu, nhược điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng cách thay đổi điện trở phụ: - Ưu điểm: Có tốc độ phân cấp. Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản. Tự động hóa trong điều chỉnh dễ dàng. Làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đưa điện trở phụ vào mạch rôto. Các thao tác điều chỉnh đơn giản Giá thành vận hành sửa chữa thấp. - Nhược điểm: Tổn thất năng lượng lớn, dòng khởi động lớn gây sụt áp trong lưới điện. Tốc độ ổn định kém. Cosφ của máy thường không cao Đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt. 2. Phương án dùng động cơ một chiều kết hợp bộ chỉnh lưu. Phương án dùng động cơ một chiều kết hợp bộ chỉnh lưu được biểu diễn trên hình 2.4b. Theo phương án này cơ cấu dùng một động cơ phục vụ truyền động nâng hạ. Các phụ tải được cấp nguồn như phương án dùng động cơ rôto dây quấn. ở đây động cơ được cấp điện 3 pha 380V qua cầu dao 2MCB và 23 MCB. Các cầu dao 21MCB, 22MCb cấp nguồn cho quạt làm mát cơ cấu và động cơ phục vụ phanh hãm. Phanh và quạt làm mát được bảo vệ bằng các rơ le nhiệt. Hình 2.4b. Phương án thiết kế hệ truyền động điện cơ cấu nâng hạ dùng động cơ một chiều cùng bộ chỉnh lưu. Động cơ được sử dụng ở đây là động cơ một chiều được cấp nguồn từ bộ chỉnh lưu để có thể điều khiển thay đổi điện áp cấp vào động cơ nhờ bộ chỉnh lưu. Khi đó việc thay đổi tốc độ nang hạ của cơ cấu sẽ được điều khiển bởi bộ chỉnh lưu. Hệ Truyền Động T-Đ có đảo chiều quay được xây dựng trên hai nguyên tắc cơ bản : - Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ của động cơ - Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng Ưu, nhược điểm của phương pháp này là: Sử dụng động cơ một chiều kết hợp bộ chỉnh lưu có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng. Dễ tạo đường đặc tính cơ học phù hợp với yêu cầu làm việc của máy vì vậy cơ cấu truyền động tối ưu. * Hạn chế: Hệ làm việc kém tin cậy. Giá thành hệ thống đắt. Ngoài ra hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu phức tạp khó thao tác. 3. Phương án dùng động cơ rôto lồng sóc kết hợp bộ biến tần Phương án dùng động cơ rôto lồng sóc kết hợp bộ biến tần được biểu diễn trên hình 2.4c. Hình 2.4c. Phương án dùng động cơ rôto lồng sóc kết hợp bộ biến tần. Trong phương án này biến tần sẽ được đóng cấp nguồn bởi các cầu dao, công tắc tơ. Khi đó động cơ truyền động và máy phát xung PG sẽ được cấp nguồn và điều khiển bởi biến tần. +) Các ưu điểm khi sử dụng biến tần: Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đem lại những lợi ích sau: - Đảm bảo đặc tính khởi động mềm dẻo tránh hiện tượng sụt áp cho nhà máy - Hiệu suất làm việc của máy cao. - Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ động cơ và các cơ cấu khi dài hơn. - An toàn, tiện lợi việc bảo dưỡng cũng it hơn do vậy đó giảm bớt số công nhân phục vụ, vận hành. - Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành. - Hệ thống có thể kết nối với máy tính ở trung tâm từ trung tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay…) trạng thỏi làm việc cũng như cho phép điều chỉnh, chuẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra. Với phương pháp truyền động dùng biến tần cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc ta có những ưu nhược điểm sau Ưu điểm: Mở rộng dải điều chỉnh nâng cao chất lượng động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ. Ứng dụng trong các hệ cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc hoặc các hệ đơn lẻ có yêu cầu tốc độ cao. Khi làm việc với động cơ KĐB Rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ, làm việc trong nhiều môi trường khác nhau. Có rất nhiều bộ biến tần của nhiều hãng khác nhau bàn trên thị trường. Nhược điểm: Mạch điều khiển rất phức tạp. Giá thành bộ biến tần còn đắt. Kết luận: Với cầu trục ABUS làm việc trong nhà máy đóng tàu Phà Rừng hiện nay cùng với những ưu điểm vượt trội của biến tần ta quyết định lựa chọn phương án dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc kết hợp với bộ biến tần. 2.4. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON VÀ XE CẦU CẦU TRỤC ABUS 2.4.1. Các phương án thiết kế cơ cấu di chuyển cầu trục Có ba phương án bố trí kết cấu bộ máy di chuyển cầu trục. 1, Phương án 1. Hình 2.5a. Cơ cấu di chuyển cầu trục động cơ dẫn động chung. Phương án này áp dụng cho cầu trục cỡ nhỏ, dùng sơ đồ với trục truyền dài quay chậm. Ở đây động cơ điện là nguồn dẫn điện chung, nối với hộp giảm tốc 2 truyền mômen xoắn tới bánh xe 3 nhờ trục truyền động 6. Trục này được chế tạo thành nhiều đoạn nối với nhau bằng các khớp nối trục 4 và được đỡ bởi các ổ trục trung gian 7, phanh 5 là phanh hai guốc thường đóng. Ưu điểm : Kết cấu đơn giản, độ chính xác di chuyển cao, ít gây xiên lệch giá cầu. Nhược điểm : Là cầu có khẩu độ nhỏ, kích thước bộ di chuyển lớn, chiếm nhiều không gian, trọng lượng lớn tập trung tại điểm có mômen uốn gây ra là lớn nhất do chịu mômen xoắn lớn. Trục truyền dài ở trường hợp này ở cấp quay chậm nên giá trị mômen là lớn nhất trong cơ cấu. Do đó bản thân trục, ổ, khớp nối đều có trọng lượng và kích thước lớn. Để giảm nhẹ có thể dùng kết cấu trục rỗng hàn từ thép ống. Loại này thường dùng khi cầu trục có khẩu độ nhỏ. 2, Phương án 2. Đối với khẩu độ lớn trên 15m, ta dùng phương án trục truyền dài ở cấp độ quay nhanh. Trục dài 2 truyền mômen quay từ hai đầu ra của động cơ 1 đến các bánh xe thông qua hai hộp giảm tốc 3 ở hai bên. Với cùng công suất truyền Hình 2.5b. Cơ cấu dẫn động cầu trục trục truyền dài. trục quay nhanh có trọng lượng nhỏ khoảng 5 ¸ 6 lần so với trục quay chậm, mặc dù phải hai hộp giảm tốc trọng lượng chung của cơ cấu cũng không tăng. Tuy nhiên độ chính xác lắp đặt các ổ trục đỡ yêu cầu cao và phải cân bằng động các chi tiết quay nhanh. Khi giá cầu có khẩu độ lớn, cần đảm bảo độ uốn xoắn của hai trục truyền nhanh là như nhau và cần lựa chọn sao cho hai hộp giảm tốc ở hai bên phải giống nhau gần như hoàn toàn thì giá cầu mới không bị xiên lệch hay bị kẹt trong khi di chuyển. 3, Phương án 3. Hình 2.5c. Cơ cấu dẫn động cầu trục động cơ dẫn động riêng. Bộ máy di chuyển cầu trục dẫn động độc lập. Mỗi cụm bánh xe chủ động có động cơ riêng 1, phanh riêng 2 và hộp giảm tốc 3. Giữa hai cụm bánh xe chủ động ở hai bên có liên kết cơ khí. Trong hệ thống này có hiện tượng tự động san tải giữa các động cơ điện. Hiện nay cơ cấu dẫn động độc lập ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các cầu trục có khẩu độ lớn hơn 15 m, đặc biệt ở các cầu trục chân đế, cầu trục tháp… Mỗi cụm riêng biệt ở đây được tính toán với tải trọng b._.