1

Chương 1 : Tổng quan về cơ cấu di chuyển của cần cẩu
1.1. Phân loại cơ cấu di chuyển
1.1.1. Giới thiệu về cơ cấu di chuyển
Cơ cấu di chuyển dùng để di chuyển các máy trục chạy trên đường ray hoặc
không có đường ray, loại này có thể di chuyển trên mặt đất.Thông thường các cơ
cấu di chuyển gồm các bộ phận chính sau :
- Động cơ điện.
- Hệ thống phanh.
- Hộp giảm tốc.
- Các bánh xe.
- Các trục truyền động và khớp nối từ hộp giảm tốc ra các bánh xe di
chuyển.

Cơ cấu di chuyển không cần đường ray.
Hình 1.1. Cần trục di chuyển bằng xích
2

Hình 1.2. Cần trục di chuyển bằng bánh lốp

Cơ cấu di chuyển trên đường ray.


4

b. Cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay trung bình.
Hình 1.5. Sơ đồ động của cơ cấu di chuyển với trục truyền động quay trung bình

1. Động cơ điện.
2. Hệ thống phanh và khớp nối.
3. Bánh xe .
4. Khớp nối.
5. Hộp giảm tốc.
6. Trục truyền động.
7. Gối đỡ trung gian.
8. Cặp bánh răng phụ.
Ưu điểm :
- Trọng lượng trục truyền, khớp nối và các gối đỡ trục giảm hơn sao với
sơ đồ trên.
Nhược điểm :
- Có thêm cặp bánh răng phụ hoặc hộp gỉm tốc tại các bánh xe nên công.
việc lắp đặt gặp khó khăn hơn.
- Tăng giá thành sản xuất do có thêm nhiều chi tiết hơn.
- Giảm hiệu suất truyền động tới các bánh xe.
1.1.3. Khái niệm và phân loại bánh xe
a. Khái niệm
Bánh xe là bộ phận giúp toàn bộ hệ thống máy di chuyển trên đường. Yêu
cầu cơ bản của bánh xe chạy trên đường ray là khi làm việc không trật khỏi đường.
Để đảm bảo điều đó, các bánh xe có thể có hai gờ ở hai bên hay có một gờ Tác

sáng, do vậy dùng thuận tiện cho các dụng cụ gia đình, nhưng hiệu suất thấp.
Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ ba pha. Chúng gồm hai loại: đồng bộ
và không đồng bộ.
6

Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị số của
tải trọng và thực tế không điều chỉnh được.
- Động cơ dị bộ ba pha gồm hai loại: rôto dây quấn và rôto lồng sóc.
Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây quấn cho phép điều chỉnh vận tốc trong
một phạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy nhỏ nhưng hệ số công suất
thấp, giá thành cao, kích thước lớn và vận hành phức tạp, dùng thích hợp khi cần
điều chỉnh trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công
nghệ đã được lắp đặt.
Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá
thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới
điện ba pha không cần biến đổi dòng điện. Nhược điểm của nó là hiệu suất thấp (so
với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc (so với động cơ một
chiều và động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây quấn). Nhờ những ưu điểm cơ
bản, động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc được sử dụng rất phổ
biến trong các ngành công nghiệp. Để dẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải,
xích tải, thùng trộn v.v … nên sử dụng loại động cơ này.
Khi chọn động cơ điện sử dụng trong máy trục cần phải thoả mãn hai yêu
cầu sau :
- Khi làm việc thời gian dài với chế độ ngắn hạn lặp lại, với cường độ cho
trước, động cơ không được nóng quá giới hạn cho phép, để không làm hỏng vật
liệu cách điện trong động cơ.
- Công suất động cơ điện phải đủ để đảm bảo mở máy với gia tốc cho trước.
b) Tính và chọn động cơ điện
Phụ tải tĩnh của cơ cấu là do lực cản chuyển động gây ra. Lực đó bao gồm hai
thành phần chính là: Lực ma sát lăn trên đường đi F1 và lực ma sát trong các cổ

được xác định theo biểu thức:

ct
F
=

).(
0
GG 
, [N]
Nếu dời điểm đặt này về vành bánh xe thì tính theo biểu thức

ct
F
'
=
b
ct
R
R
GG .).(
0


, [N]
Trong đó:

- Là hệ số ma sát trượt: khi dung ổ trượt

=0.05- 0.08;khi dùng

c
F
'
=K.
c
F
=
)(
0
fR
R
GG
k
ct
b



, [N]
Hệ số k được lấy từ thực tế và kinh nghiệm vận hành.
1.1.5. Tính toán và chọn cơ cấu phanh hãm
Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong các cơ cấu chính của cần
trục.Phanh dùng trong cần trục thường có những loại sau:phanh guốc, phanh
đĩa, phanh đai. Nguyên lí hoạt động của các loại phanh nói trên về cơ bản là
giống nhau. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lưới điện thì đồng thời cuộn dây
của nam châm phanh hãm cũng có điện. Lực hút của nam châm thắng lực cản
của lò xo, giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi cắt điện, cuộn dây
nam châm cũng mất điện, lực căng của lò xo sẽ ép chặt má phanh vào trục động
cơ để hãm.
Phanh hãm điện từ thường thường chế tạo theo 2 kiểu: hành trình phần ứng

tương tự nhưng được dùng để tăng vận tốc góc và giảm mômen xoắn được gọi là
hộp tăng tốc.
b. Phân loại
Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phân ra : hộp giảm tốc
một cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp. Khi cần tỉ số truyền nhỏ (i < 8÷10) thường
dùng hộp giảm tốc một cấp để giảm kích thước bao. Tuy nhiên hộp giảm tốc hai
10

cấp và hộp giảm tốc trục vít bánh vít được sử dụng rộng rãi hơn khi i >10. Khi cần
tỉ số truyền lớn cần hộp giảm tốc ba cấp, hộp giảm tốc trục vít bánh vít.
Theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra: hộp giảm tốc bánh răng trụ,
hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn - trụ, hộp giảm tốc trục vít, trục vít - bánh
răng hoặc trục vít bánh - vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, hộp giảm tốc bánh
răng sóng và động cơ - hộp giảm tốc.
Chọn loại và sơ đồ nào của hộp giảm tốc để sử dụng trước hết phải xuất phát từ
điều kiện làm việc và yêu cầu cụ thể của từng cơ cấu máy, sự thuận tiện trong việc
bố trí thiết bị của hệ thống dẫn động, đồng thời cần căn cứ vào đặc điểm kết cấu
cũng như ưu nhược điểm từng loại, đặc biệt là các thông số cơ bản của hộp giảm
tốc như tỉ số truyền i, mômen xoắn Mx và công suất N.
1.1.7. Tính toán và xác định bộ truyền động
Để đảm bảo cho máy di chuyển đúng với tốc độ đặt ra ban đầu, ngoài hộp giảm
tốc gắn liền động cơ đã chọn ở trên, ta phải thiết kế thêm bộ truyền bánh răng
ngoài.
Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng ngoài :
i

=
n

n

chuyển cần trục đến vị trí nâng hạ hàng người điều khiển tác động vào tay trang để
điều khiển cơ cấu tùy theo yêu cầu (sang trái hoặc sang phải).
Một số thông số cơ bản của cơ cấu di chuyển:
- Động cơ truyền động có công suất P
Pdm
=7x7,5 kw
- Tốc độ di chuyển V=32m/ph
- Tỷ số truyền i=44,44
- Mô men hãm=150N.m.
- Điện áp cấp cho động cơ truyền động và động cơ phanh: 380V,50 Hz
1.2.1. Sơ đồ điện nguyên lý của cơ cấu di chuyển
Cơ cấu di chuyển của họ cần trục TUKAN được giới thiệu trong các bản vẽ của
nhóm =5 trong tập bản vẽ lắp ráp, ta có thể thiết lập sơ đồ điện nguyên lý trên hình
1.8 đến 1.12, sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và tín hiệu được biểu diễn trên hình
1.12.
Chức năng các phần tử
- +P-M1,+P-M2, +P-M3, +P-M4, +P-M5 , +P- M6,+P-M7: Các động cơ
truyền động.
- +P-Y1,+P-Y, +P-Y3, +P-Y4, +P-Y5 , +P- Y6,+P-Y7: Các phanh điện từ
của các động cơ truyền động chính.
- K1(5,4): Công tắc tơ chính đóng nguồn cấp cho mạch động lực.
- K5(5,6): Công tắc tơ 1 pha đóng cấp nguồn cho phanh thủy lực.
- 66SE70:Bộ biến tần gián tiếp điều chỉnh độ rộng xung PWM.
- A30: Bộ điều chỉnh hãm làm mịn tốc độ đông cơ.
- K0(5,6): Công tắc tơ chính cấp nguồn dòng cho mạch điều khiển.
- K80(5,5): Công tắc tơ trung gian, có điện khi tay điều khiển ở vị trí “0” .
Công tắc tơ này có nhiệm vụ bảo vệ 0 khi hệ thống mất điện trọn thời gian
làm việc.
- F51(5,2) và F51(5,2): Rơle nhiệt có nhiệt điện trở đặt trong cuộn dây Stato
khi động cơ bị quá tải nó sẽ mở tiếp điểm trong mạch báo động và bảo vệ

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu di chuyển chân đế.
16 Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu di chuyển chân đế.
Khối EB 200 nhận các tín hiệu vào như sau:
- Tín hiệu công tắc tơ chính động lực K1(5,2).
- Tín hiệu phanh thủy lực nhả K5(5,2).
- Tí hiệu công tắc tơ điều khiển dòng động lực K0(5,1).
- Tín hiệu rơle trung gian của tay điều khiển ở vị trí 0 K80(5,2).
17

- Tín hiệu báo phanh có lỗi A30(5,3).
Khối EB 201 nhận tín hiệu vào như sau:
- Tín hiệu từ ÁPTOMAT bảo vệ động cơ của cơ cấu quay móc = 11-F2(5,3).
( Aptomat F2 từ nhóm =11).
- Tín hiệu báo kẹp ray đã mở trên khung cẩu =11-K10(5,3).
- Tín hiệu báo kẹp ray đã mở hoàn toàn=11-K10(5,3).
Khối EB 204 nhận các tín hiệu vào sau:
- Tín hiệu khung ngoạm đã mở =9-K0(5,4).
- Tín hiệu khung ngoạm đã mở hoàn toàn= 9-K11(5,4).
- Tín hiệu báo khóa đồng bộ =9-K3(5,4).
- Tín hiệu báo khóa mở đồng bộ=9-K2(5,4).
- Tín hiệu đường nối trên container=9-K4(5,5).
- Tín hiệu báo lỗi động cơ trên khung ngoạm =9-K5(5,5).
Khối EB 220 nhận các tín hiệu vào sau:
- Tín hiệu kiểm tra mạch phanh K09(5,1).
- Tín hiệu bảo vệ phanh điện từ K04(5,1).
- Tín hiệu bảo vệ động cơ truyền động chính của cơ cấu di chuyển K03(5,1).
- Tín hiệu giám sát nhiệt độ động cơ f511(5,2) và F512(5,2).

rất láng.Tín hiệu điều khiển tạo ra từ Encoder qua mã hóa được đưa vào lần lượt 8
đầu vào số EB4 từ E4.0 dến E4.7 và được truyền tới CPU S7-318.

19

Chuẩn bị đưa hệ thống vào làm việc:
Hệ thống không có lỗi, cầu dao chính của cần trục =0+EE1-K02(=0.6.1) đóng
cấp nguồn chớ sẵn cho mạch điều khiển và mạch động lực.
Tay điều khiển ở vị trí 0:
Nếu hệ thống không có sự cố tức là các tiếp điểm thường dóng trong mạch bảo
vệ vẫn đóng.
- Tiếp điểm K805.5 ở vị trí 0.
- Tiếp điểm =0+EE1-F5(=0/7.7) của aptomat cung cấp điện cho cơ cấu nâng
,quay mâm đang đóng.
- Tiếp điểm của role xác nhận không có lỗi trong hệ thống=0+EE2-K0(=0/34.3)
đang đóng.
- Role điều khiển K00(5,7) có điện đón các tiếp điểm của nó.
Mạch điều khiển phanh thủy lực:
- Công tắc tơ K0(5.4) có điểm đóng các tiếp điểm K(5.4) tự nuôi,K0(5.5) cấp
nguồn cho phanh thủy lực; K0(5.1) tiếp điểm phản hồi và PLC biết công tắc tơ
K0(5.4) đã có điện.
Sau khi công tắc tơ K0(5.4) đóng cấp điện cho mạch điều khiển phanh thì PLC
gửi tín hiệu đến ET200 đóng tiếp điểm K0(5.6), cấp điện cho K50(5.7) đóng tiếp
điểm K50(5.6) cho phanh làm việc. Phanh không làm việc nếu role =0-EE2- K005
mất điện, đây là role báo tín hiệu an toàn về quá tải moomen,quá tải tầm với.
Hoạt động:
Giả sử đưa tay điều khiển sang trái ( tay điều khiển +KS-S1) qua bộ mã hóa tín
hiệu 8 bit dịch chuyển được đưa vào CPU –S7-318 qua khối EB4.
Sau khi xử lý CPU đưa ra tín hiệu điều khiển tới bộ biến tần của cơ cấu di
chuyển chân đế.Công tắc tơ K1 có điện đóng các tiếp điểm:

chuyển
2.1.Tính toán cơ sở lí thuyết động lực học cơ cấu di chuyển của cần trục
Cơ cấu di chuyển có những thông số đặc trưng cho chuyển động là lực cản trở
chuyển động
0
F
,tốc độ di chuyển
n
V
(m/s), đường kính của bánh D(m), và công
suất định mức cần thiết của động cơ truyền động là:
co
0
102

n
VF
P 
(2.1)
Trong đó:
co

-hiệu suất truyền của bộ truyền nối với trục động cơ, cho phép lựa
chọn động cơ cụ thể với tốc độ định mức động cơ là
cd
n
.

Vì sự cản trở chuyển động phụ thuộc vào chất lượng đường đi, nên cơ cấu di
chuyển cần phải tính toán với các giá trị tốc độ khác nhau.

(2.3)
Mômen cần thiết tạo ra trên các bánh:
2
k
nkp
D
FM 
(2.4)
Cách tính lực kéo theo công suất động cơ truyền động được điều chỉnh bằng
cách tính lực kéo theo độ bám, bởi vì độ bám của các bộ phận chủ yếu của truyền
động với mặt phẳng đường đi, T xác định bằng hệ số bám
)(,


fT

không thể nhỏ
hơn lực cản chuyển động
n
F
, với hệ số dự trữ bám
C
k
(
C
k
thường chọn bằng 1,2):

.TFk
nC

n
nn
FFF
(2.6)
thì việc tính toán tốc độ chuyển động và số vòng quay cho bộ truyền động như sau:
n
c
n
F
P
V
'
'
.102



k
n
k
D
V
n

'
'
60

(2.7)
n

V

.102


k
n
n
k
n
D
V
n

60

(2.9)
Tỷ số truyền cần thiết là:
23

;
.6120
.
'
'
'
n
c
dck
k

a. Giữ cho cần trục cùng với tải trọng không chuyển động trên đường dốc lớn nhất
và có sự cản trở nhỏ nhất với hệ số dự trữ
;25,11,1 
n
H
F

b. Hãm từ từ cần trục với tốc độ chuyển động lớn nhất trên đường tốt có độ dốc lớn
nhất.
Nếu sự cản trở chuyển dộng nhỏ nhất

H
n
F
, tỷ số truyền
'
M
i
,và hiệu suất truyền
im, và hiệu suất truyền n thì moomen hãm cần thiết là:
Cho điều kiện a.
H
n
M
M
k
H
n
H
K

tfF 
,với
H
t
- thời gian hãm được xác định từ quãng đường
hãm cho phép:
2
Hn
H
tV
S 
(2.15)
Và gia tốc hãm cho phép:

2
2
H
T
t
S
a 
(2.16)
Sự giới hạn trên của thời gian hãm là do không có sự trượt của bánh xe cần trục
trong quá trình hãm.
24

Lực cản giữa cần trục và đường:

.)(
KP

Lực cản mà cần trục phải khắc phục trong chuyển động
n
F
là một hàm của trọng
lực của cần trục G, trọng tải nâng Q, lực cản của gió
gio
P
, cần trục chuyển động với
góc nghiêng như hình 4.1 và lực cản quán tính
qt
P
, trong thời gian quá độ. Nếu coi
hệ số cản trở chuyển động là

có thể viết được:

qtgion
PPQGQGF 

sin)(cos)(

(2.19)
Dấu cộng tương ứng với quá trình di chuyển lên dốc, dấu trừ tương ứng với di
chuyển xuống dốc.
Nếu coi lực cản là tổng các trọng lực thành phần(G + Q)cos

, ta nhận được đặc
tính lực cản chuyển động riêng hay lực kéo riêng cần có:

qtgio

tích cần trục và của hàng hóa,còn
qt
P
là quán tính tương đối của tải.
Hệ số cản

phụ thuộc vào loại cần cẩu và trạng thái đường di chuyển
Đối với cần trục chuyển động được trên đường ray đặc biệt thì lực cản tổng
được viết:

4321
FFFFF 

(2.21)
Trong đó:
1
F
- lực cản khi bánh xe lăn trên ray;

2
F
- lực ma sát ở ngõng trục;

3
F
- lực cản xuất hiện giữa mặt đầu và ray;

4
F
- lực cản xuất hiện ở đoạn đường ray vòng cung.