KHOA ĐIệN -ĐIệN Tử TầU BIểN
Bộ MÔN: ĐIệN Tự ĐộNG CÔNG NGHIệP
Thiết kế môn học
Tên đề tài: Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu nâng hạ hàng. Xây
dựng chơng trình tính toán động lực học của cơ cấu nâng có kể đến sự biến dạng
của tay cần

Giáo viên hớng dẫn: Hoàng Xuân Bình
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thái Bình
- 1 -
Chơng1:
Tổng quan về cơ cấu nâng hạ hàng
1.1 Vài nét về sự phát triển của hệ thống nâng hạ và
những ứng dụng hiện nay
Sự phát triển kinh tế của mỗi nớc phụ thuộc nhiều vào mức độ cơ giới hoá
và tự động hoa quá trình sản xuất công nghiệp. Trong quá trình sản xuất máy
nâng vận chuyển nói chung, cần trục- cầu trục cảng nói riêng là cầu nối giữa các
hạng mục sản xuất riêng biệt giữa các phân xởng trong một nhà máy, giữa các
máy công tác trong quá trình sản xuất
Các cảng biển ở Việt Nam và trên thế giới, cần trục-cầu trục cảng có vị
trí hết sức quan trọng trong công nghiệp bốc xếp hàng hoá, là nhóm thiết bị nâng
vận chuyển chủ lực trong qua trình vận chuyển và lu thông hàng hoá xuất nhập
khẩu cảng biển. Công nghiệp bốc xếp và vận chuyển hàng hoá bao gồm nhiều
công đoạn nh bốc xếp hàng hóa từ tàu thuỷ lên bãi kho, lên phơng tiện vận tải đ-
ờng bộ và bốc xếp hàng hoá theo chiều ngợc lại tàu thuỷ vận chuyển bằng đờng
thuỷ. Trên các cảng, lợng hàng hóa trung chuyể qua các cảng đợc lu kho bãi rất
lớn, khối lợng bốc xếp trong cảng cũng đợc cần trục- cầu trục đảm nhiệm.
Các cẩu trục sử dụng bốc xếp hàng hoá trong các kho hàng, trong các xí
nghiệp cơ khí cảng biển, các phân xởng sửa chữa, lắp ráp thiết bị đóng vai trò
quan trọng vào công tá dịch vụ kĩ thuật góp phần hiện đại hoá cảng biển.
Khi đánh giá mức độ hiện địa hoá cảng biển đầu tiên phải kể đến cơ sở

hoạt động bình thờng cũng nh khi xảy ra sự cố hỏng hóc.
Tại đây ngời ta có thể quan sát đợc tất cả không gian xung quanh cần trục
thông qua của sổ cabin kết hợp với các tấm gơng cầu treo xung quanh, điều này
làm cho việc vận hành đợc an toàn hơn đối với cả ngời và thiết bị
- 3 -
Chơng 2: Xây dựng mô hình toán cho cơ
cấu nâng hạ có tính đến sự biến dạng của
tay cần
2.1. Tính toán cơ cấu nâng hạ hàng:
2.1.1. Tính toán các đại lợng trong cơ cấu
Đặc điểm quan trọng của cơ cấu nâng hạ hàng là trọng tải hàng hoá Q
(KG), tốc độ chuyển động của hàng hóa là V
G
(m/s ) theo đó khi biết đợc tỉ số
truyền i
n
của palăng có thể xác định đợc. Sức căng của cáp trên trống tời là S

(KG), tốc độ dài trên trống tời là V
K
= V
G
.i
n
(m/s), đờng kính của cáp là d
K
và đ-
ờng kính của tang quấn cáp của tời nâng là D

(m), thì công suất cần thiết của


là đờng kính của tang cáp m số lớp
Nếu trên tang đợc quấn một lớp (m=1) thì:
0
DD
T
=

Trong đó D
0
đờng kính theo tâm của lớp cáp.
Mômen quay trên tang cáp đợc tính:
- 4 -
)12( += mdDD
K
T


T
DSM

.
=
(KGm)
Số vòng quay của tang đợc tính thông qua tốc độ dài của tang nh sau:
T
K
D
V
n

M
M .
'
'2


=
Trong đó: i
M
và
M
là tỉ số truyền và hiệu suất truyền giữa tang quấn cáp
của tời nâng và trục quả cơ cấu hãm. Sự tính toán động học ở trên giúp ta xác
định đợc tất cả các thông số cơ bản của cơ cấu và tiến hành dự tính độ bền vứng
các bộ phận của nó, các tính toán này là cần thiết để xác định kích thớc của
chúng.
Để xác định các thông số động của cơ cáu nâng hạ, cần phải xác định lực
cản tĩnh trong cơ cấu, mômen quán tính quy đổi các phần chuyển động của nó kể
cả tải trọng và ảnh hởng của nó tới sự làm việc của truyền đọng khi khởi động và
khi hãm. Khi biết đợc tốc độ trên trục truyền động, hặc tốc độ hãm n
0
(vòng/phút), tỷ số truyền của bộ cơ khí i
M
, tỷ số truyền của các palăng i
n
, đơng
kính tang quấn cáp, tốc độ nâng hạ hàng thì việc xác định quãn đờng chuyển
động của hàng hoá nh sau:
- 5 -
Quãng đờng khi khởi động:

120
.
0


=
(m) hay
H
G
H
t
V
s
2
=
(m)
Gia tốc củat tải trọng đợc xác định nh sau (K=1)
Khi khởi động:
TTMn
T
tii
Dn
j
120
.2
0


=
(m/s

j
=
(m/s
2
)
2.1.2 Hệ thống truyền động điện bằng động cơ không đồng bộ rotor
lồng sóc cho cơ cấu

Hinh a)
Điều chỉnh tốc độ trong các hệ thống truyền động điện cho cơ cấu điều
khiển nâng hạ hàng sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc rất phổ biến.
- 6 -
Phơng pháp điều khiển tốc độ thông thờng đợc thực hiện bằng cách đổi
nối cuộn dây phần ứng để thay đổi số đôi cực p. Đảo chiều quay của động cơ
truyền động đợc thực hiện bằng cách thay đổi chiều từ trờng quay. Sơ đồ điện
nguyên lí đổi nối cuộn dây stato đựoc trình bày ỏ hình vẽ, đặc tính cơ tĩnh của
động ơc truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng.
Trên hình a, khi cuộn dây phần ứng của động cơ không đồng bộ không
đồng bộ đấu Y, và YY; Trên hình b, cơ tĩnh củađộng cơ không đồng bộ khi
điều chỉnh tốc độ bằng cách đổi nối cuộn dây để thay đổi số đôi cực p cho cơ cấu
nâng hạ cần. Vùng điều chỉnh tốc độ cho phía nâng cho cơ cấu nâng hạ hàng,
độngcơ điện làm việc ở chế độ động cơ. Vùng điều chỉnh tốc độ phía hạ cho cơ
cấu hạ hàng, động cơ làm việc ở chế độ hãm.
Hinh b)
- 7 -
2.2. Động học của cơ cấu nâng có tính đến sự biến dạng
của tay cần
Để phân tích đợc quá trình dao động xảy ra khi nâng hạ tải trọng có tính
đến kết cấu thép của cần trục, đến sự biến dạng có thể xét hệ thống cấu thành từ
3 khối lợng. Sơ đồ tổng kết cấu tổng quát nh hình vẽ. Các tải trọng :

2
0
2
2
0
0
xi
rm
xi
j
j
xxx
+=
Khi quy đổi khối lợng hàng hoá, khối lợng cần về trục động cơ thì giá trị
của chúng cần chia cho bình phơng của tỉ số truyền 1000
Hệ thống nh hình vẽ, bao gồm hai bậc tự do, vì vậy để khảo sát đơn giản
và thuận tiện ta coi khối lợng của tải trọng m
G
, của cần m
k
thống nhất nh khối l-
ợng m. Thực nghiệm chỉ ra rằng việc đơn giản hoá này gây ra sai số không lớn
bởi vì trên palăng tời dao động tắt dần tắt dần rất nhanh.
- 8 -
Chúng ta khảo sát qua trình nâng tải cho phép. Các bớc nh sau:
Thứ nhất từ sau khi đóng động cơ cho đến khi căng cáp.Thứ hai tất cả các
có cấu tham, gia hoạt động cho đến khi lực trên móc tăng từ 0 đế Q = m
G
.g. Giai
đoạn thứ ba là giai đoạn nâng tải.

của trongk lợng cần m
K
với hệ số cứng k
x
Động năng của khối lợng m
K
đợc tính nh sau :
2
2








=
t
x
K
d
d
m
K
K
- 9 -
Thế năng xác định nh sau:
2
2

k
K
=














=


Kx
xx
K
xk=


=




21
0

+=+=
ptAptCptCx
K
Trong đó:
A Biên độ
K
K
m
k
p =
- là tần số góc của dao động tự do
- là góc pha đầu
Hằng số tích phân C
1
và C
2
hoặc A xác định theo điều kiện đầu:
t = 0 ; x
K
= 0;
0
=
t
x
d
d
K

;
0
2
2
=
t
x
d
d
K
Dạng của phơng trình chuyển động nh sau:
P = k
x
x
K
= k
K
.V.t
ở thời điểm hang nhấc lên khỏi mặt đất ( t= t
1
) P = k
K
.V.t
1
.
Trong thời gián đó P = m
G
.g = Q, với m
G
là tải trọng, Q là trọng lực

G
.g
Khi coi cần và tỉa trọng là một trọng lợng động nhất m = m
G
+ m
K
chuyển
động cùng với nhau thì phơng trình vi phân mô tả chuyển động đợc viết nh sau:
gmxk
d
d
m
GKK
t
x
K
=+
2
2
hoặc
qxp
d
d
K
t
x
K
=+
2
2

p
q
ptCptCx
K
++=
ptpCptC
d
d
t
x
K
cossin
21
+−=
TiÕn hµnh x¸c ®Þnh c¸c h»ng sè theo ®iÒu kiÖn ®Çu: Khi t = 0, sù dÞch
chuyÓn x
K
= y
CT
vµ tèc ®é chuyÓn dÞch dx
K
/dt = V
Thay c¸c gi¸ trÞ vµo ta ®îc:
,
2
1
p
q
Cyx
CTK

pt
p
V
pt
p
q
yx
CTK
++








−=
Víi p lµ tÊnè gãc cña dao ®éng tù do.
TiÕn hµnh biÕn ®æi ta cã:

( )
,sincos1cos
2
pt
p
V
pt
p
q

pt
p
V
yp
q
CT
+
Còn
,sin
2
2
ptVp
d
d
t
x
K
=
Vì tải ở trên bằng tổng tải tĩnh và tải động, còng giá trị sin thay đổi từ +1
đến -1 nên:
,sin
.
1.
2
2






g
V
Q
g
pV
QP
=








+
+=








+=
Tải trên cần :




.
11sin1.














++=






+
+=
pt
g
pV
m
m

QT
G
K
Max
11
,11
''
d
GK
K
G
K
QK
mm
k
m
m
g
V
Q
=













+
+
+=
G
K
GK
K
d
m
m
mm
k
g
V
K 11
''
Các hệ số này xác định khả năng động của quá trình nâng cho trờng hợp
quá trình nâng bắt đầu từ thời điểm khi động cơ đã quay đủ tốc độ.
Phơng pháp điều khiển cần trục kiểu này cơ thể luôn đợc áp dụng mặc dù
theo nguyên tắc vận hành cần phải căng cáp nâng trớc sau đó mới nâng hàng
trong khi tốc dộ động cơ tăng đàn đến định mức. Các phản ứng động năng khi đó
sẽ giảm đáng kể.
- 14 -
Chơng 3: Thành lập chơng trình tính
toán động lực học
3.1. Nhận xét chung :
Điều khiển hệ thống truyền động điện tự động sử dụng trong cần trục hiện

trong thêi gian 2,5s
- 16 -

H×nh vÏ: §Æc tÝnh m«men c¶n c¬ cÊu n©ng h¹ hµng m« pháng
trong thêi gian 10s
- 17 -