Mục lục
Mục lục 1
Lời nói đầu 3
CHƯƠNG I :TổNG quan về công nghệ 4
I. Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục 4
II. Khảo sát đặc tính phụ tải 6
III. Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng 7
Chơng II:tính công suất động cơ truyền động 12
I. Chọn loại động cơ 12
II. Tính toán chọn động cơ : 13
III. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh 13
IV. Tính toán hệ số tiếp điện tơng đối 14
Chơng III:Chọn phơng án truyền động 15
I. Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto 16
II. Chọn động cơ truyền động 18
i. Chọn sơ bộ loại động cơ 18
ii. Kiểm nghiệm lại động cơ 19
III. Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto22
Nguyên lý làm việc: 24
IV. Tính toán mạch lực 26
i. Tính điện trở điều chỉnh: 26
ii. Tính toán bộ chỉnh lu Roto 28
iii. Tính chọn mạch bảo vệ điot và Thyristor 32
iv. Tính toán các thiết bị đo: 33
Chơng IV:Tổng hợp mạch vòng 38
I. Khái quát chung 38
II. Tổng hợp mạch vòng: 40
i. Tổng hợp mạch vòng dòng điện 41
ii. Tổng hợp mạch vòng tốc độ 44
Chơng V:Thiết kế tính toán mạch điều khiển 47
I. Giới thiệu chung về mạch điều khiển 47

động điện em đợc giao đề tài thiết kế môn học với nội dung:
Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục
Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhng do kiến thức có hạn nên
chắc chắn không tránh khỏi những hạn chế nhất định, mong các thầy
đóng góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện hơn.
CHƯƠNG I :TổNG quan về công nghệ
Cầu trục nói chung đợc sử dụng trong nhiều nghành kinh tế khác
nhau nh các phân xởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công trờng
xây dựng, cầu cảng Chúng đợc sử dụng trong các nghành sản xuất trên
để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng, phối liệu, thành
phẩm Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máy nâng chuyển góp phần
quan trọng, nhiều khi có tính quyết định đến năng suất của cả dây chuyền
sản xuất ở các nghành nói trên. Vì vậy, thiết kế hệ truyền động cần trục ở
cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thời
cũng phải đảm bảo tính kinh tế. Trớc khi đi vào thiết kế hệ truyền động
cho cơ cấu nâng-hạ cầu trục, trong chơng này ta đi tìm hiểu một số đặc
điểm công nghệ cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu
truyền động cầu trục.
I. Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục.
Cần trục thờng có ba chuyển động:
Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải ).
Chuyển động ngang của xe trục.
Chuyển động dọc của xe cầu.
Trong khuôn khổ đồ án này chỉ tập chung thiết kế hệ truyền động
cho riêng cơ cấu nâng hạ. Để có thể đa ra những phơng án hợp lý cho hệ
truyền động cơ cấu nâng hạ, trớc hết ta đi phân tích khát quát những điểm
cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cần trục.
Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động
trong cơ cấu cần trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn
hạn lặp lại, có số lần (tần số) đóng điện lớn.

chuyển động phải có phanh hãm điện từ, để giữ chặt các trục khi
mất điện, bảo đảm an toàn cho ngời vận hành và các bộ phận
khác trong hệ thống sản xuất. Để đảm bảo an toan cho ngời và
thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ không chế có các công tắc hành
trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu khi chúng đi đến các vị
trí giới hạn. Đối với cơ cấu nâng-hạ thì chỉ cần hạn chế hành trình
lên mà không cần hạn chế hành trình hạ.
Thứ sáu, yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp
cho cần trục không vợt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay
dùng là 220V, 380V; mạng một chiều là 220V, 44V. Điện áp
chiếu sáng không vợt quá 220V. Không đợc dùng biến áp tự ngẫu
để cung cấp cho mạng chiếu sáng sửa chữa. Do đa số đều làm
việc trong môi trờng nặng nề, đặc biệt ở các hải cảng, nhà máy
hoá chất, xí nghiệp luyện kim , sửa chữa Nên các khí cụ điện
trong hệ thống truyền động và trang bị điện của các cơ cấu nâng
hạ cần trục yêu cầu phải làm việc tin cậy, bảo đảm về năng suất,
an toàn trong mọi điều kiện khắc nghiệt của môi trờng, hơn nữa
lại phải đơn giản trong thao tác.
Năng suất của máy nâng quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết
bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ. Số lợng hàng bốc xúc trong mỗi
chu kỳ không nh nhau và nhỏ hơn tải định mức, cho nên phụ tải đối với
động cơ chỉ đạt (60 ữ 70%) công suất định mức của động cơ.
II. Khảo sát đặc tính phụ tải.
Khảo sát đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền
động có ý nghĩa quan trọng trong việc đa ra những lựa chọn hợp lý giữa
phơng án truyền động cũng nh cân nhắc khi lựa chọn động cơ. Vì trạng
thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay (M
đ
) do động
cơ sinh ra và momen cản tĩnh (M

hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải. Phụ tải của cần trục có thể
biến đổi từ 0 (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những giá trị rất
lớn. Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải. Khi hạ không tải, trọng l-
ợng của móc câu không đủ để bù lại các lực ma sát trong truyền động,
nên động cơ phải sinh ra một momen nhỏ theo chiều hạ. Khi hạ những tải
trọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc phục hết mà động cơ còn
bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó. Khi đó, muốn hạn chế
và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phơng tiện nhất định.
III. Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng.
Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu
và vật nâng gây ra. Thờng có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây cáp
một đầu và loại có dây cáp hai đầu. Trong khuôn khổ đồ án này chỉ đề
cập tới loại dùng cáp một đầu đợc sử dụng rộng rãi trong các cần trục,
palăng trong các phân xởng lắp ráp.
a. Phụ tải tĩnh khi nâng tải.
Giả sử có cơ cấu nâng hạ nh sau:
H2. Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cần trục
Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất
P
; bộ truyền
trung gian có tỷ số truyền chung là i và hiệu suất
0
.
Khi động cơ quay theo chiều tơng ứng, vật đợc nâng lên với vận tốc
v
n
.
Lực căng của các nhánh dây nếu không tính mất mát:
T
0

u
DGGD
TM

.
).(
.2
).(
2
.
0000
0
+
=
+
==
Momen trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III) là:
tpt
v
u
GGM
M


)(
0
3
+
==
(

2
1

).(
.

tp
t
iiu
RGG
i
M
M
+
==
Tổng quát:
tpnn
t
iiiu
RGG
M

.) ).( (
).(
2121
0
1
+
=
Ta đặt:

1
+
=
(N.m)
Vậy muốn nâng đợc vật lên, động cơ phải phát ra momen nâng khắc
phục đợc momem trên trục động cơ.
c
t
n
iu
RGG
MM


)(
0
1
+
==
(N.m) (1)
Công suất của động cơ cần thiết để nâng vật:
c
nnn
n
vGGM
P


.102.60
).(

n
tốc độ nâng tải (m/phút)
Từ (1) & (2) dễ dàng suy ra momen và công suất của động cơ phát ra
lúc nâng không tải:
c
t
n
iu
RG
M


.
0
0
=
(3)
c
n
n
vG
P

.102.60
.
0
0
=
(4)
b. Phụ tải tĩnh khi hạ tải.

momen trên trục động cơ khi hạ tải.
M mất mát trong cơ cấu truyền.

h
hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải.
Nếu M
t
> M ta có trạng thái hạ hãm; còn nếu M
t
< M ta có trạng
thái hạ động lực.
Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là nh nhau thì:
)1
1
( ==
c
tt
c
t
MM
M
M



)
1
2(
.
).(

h
>0, M
h
>0. Điều này có nghĩa là momen động cơ ngợc chiều với momen
phụ tải, động cơ làm việc ở trạng thái hãm (hạ hãm). Khi tải trọng tơng
đối nhỏ
c
<0,5 thì
h
< 0; M
h
<0. Điều này có nghĩa là momen động cơ
cùng chiều với momen phụ tải để cùng khắc phục lực ma sát trong cơ cấu
truyền lực.
Từ (6) ta suy ra momen hạ không tải:
)12.()
1
2(
.
.
0
0
0
==
cn
c
t
h
M
iu

I. Chọn loại 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 trớc kia, động cơ điện một chiều
kích thích nối tiếp đợc dùng rất phổ biến trong cần trục. Sở dĩ nh vậy là
bản thân loại động cơ này có những u điểm mà các loại động cơ không
đồng bộ và đồng bộ không có đợc, đặc biệt là những yêu cầu rất đặc trng
của một số lĩnh vực truyền động. Trớc hết vì nó dùng nguồn một chiều
nên nó yêu cầu số lợng thanh trợt ít so với các loại động cơ khác. Đối với
truyền động nâng, động cơ này đảm bảo đợc những tốc độ hạ ổn định
(hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng.
Tuy nhiên hiện nay, đợc sự hỗ trợ của các thiết bị công suất, cùng với
những đặc điểm nh: 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 nhợc
điểm của động cơ không đồng bộ, cụ thể là ngời ta đã tạo ra đợc 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.
II. Tính toán chọn động cơ :
Nh đã biết, động cơ muốn kéo đợc tải thì cần phải sinh ra một
momen M
Đ
có khả năng khắc phục đợc momen tải của cơ cấu sản xuất.
M
Đ
M
pt

8,0.1.80
1000.4,0).5,090(

).(
0
==
+
=
+
=

+ Mô men động cơ khi hạ tải:
mNmKG
ui
RGG
M
c
t
h
.5,3329.4,339)
8,0
1
2(
1.80
1000.4,0).5,090(
)
1
2(
.
).(

.
0
0
0
====


mNmKG
i
RG
M
c
t
h
.7,67.9,6)
21,0
1
2(
80
1000.4,0.5,0
)
1
2(
.
0
0
0
====

Từ kết quả tính momen hạ lúc không tải ta cũng thấy rõ là M

i
t
t
/573
4,0 2
60.3,0.1.80
2
2
====


Giả thiết tốc độ làm việc và chiều cao nâng hạ trong các giai đoạn nh
sau:

=== s
V
H
T
lv
107
3.0
8
44
Thời gian xe cầu chuyển động chính là thời gian nghỉ caủa chuyển
động nâng hạ cầu trục :


=== s
v
l

1
2
=
+++
==

=
ck
i
ii
dt
T
tM
M
Nm
+ Công suất động cơ chọn sơ bộ sẽ là:

kW
nM
P
dmdt
c
5,114
9550
5737,1908
9550
.
=
ì
==

trên điện trở.
+ Vì độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:
rdfth
th
R
R
RR
R
s
s
2
2
2
0
=
+
=
Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trợt từ
s=0 ữ s
th
, là tuyến tính thì khi điều chỉ điện trở roto ta có thể viết:
2
0
2
00
.
R
R
ss
R

2
2
1
.
.3
])
'
.[(
'
.3
s
RI
X
s
R
R
s
R
U
M
rd
mn
f


=
++
=
Nh vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I
2

t
RR
ck
d
ngd
d
td

==
+
=
Điện trở tơng đơng R
td
trong mạch một chiều đợc tính quy đổi về
mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết
quả tính quy đổi đợc:
2

2
1
0
R
RR
tdf

==
Nh vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi đợc và từ đó
thay đổi đợc R
f
. Cho =0 ữ 1, ta dựng đợc họ các đặc tính cơ tơng ứng

qđ
= 114,5 kW.
n
đmĐ
n=573 v/ph.

đc
=25% ;
tc
=25% ;
Loại động cơ: MTH 713-10, roto dây quấn , phục vụ cần trục:
=25% ; P
đm
=160kW ; n
đm
=587 v/ph ; cos
đm
=0,68 ; cos
không
tải
=0,04
I
1.đm
=395A;I
1.không tải
=285A;r
1
=0,012 ;x
1
=0,061; I

kd
I
I
;
5,2
0
=
dm
dm
n
n
ii. Kiểm nghiệm lại động cơ.
Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung thờng gồm
các bớc sau:
+ Kiểm tra điều kiện khởi động.
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng
+ Kiểm nghiệm quá tải mômen.
a. Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng.
Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta phải tiến hành
xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần, bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động.
Tức là tính đến các giai đoạn quá độ nh thời gian mở máy, hãm máy.
dt
d
JM
cdg

=
Trớc hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động thẳng quy
đổi sang trục động cơ:
2

2
).
Đối với giai đoạn hạ, thì cho phép gia tốc khởi động khi hạ nhỏ
hơn 0,6 ữ 0,7 (m/s
2
). Do đó thời gian hãm máy khi hạ không tải tơng
ứng là:
t
mh
= v/a =5.0,3 = 1,5 (s).
Từ đó ta tính đợc mô-men d khi nâng tải định mức là:
mkGM
d
.65,20
5,1387
587)202,015(2,1
=
ì
ì++
=
Mô-men cản lớn nhất của động cơ: M
max
= 565 + 20,65 =
585,65.m = 5745,2 N.m
Mô-men d khi hạ không tải: M
d.h0
= 585,65 6,9 =578,75 kG.m
Mô-men d khi nâng không tải:M
d.n0
= 585,65 11,9 =573,15kG.m

nghiệm chỉ còn:
M
th
=(90%)
2
.M
th
=0,81.M
th
(M
th
_ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ).
Từ số liệu tra đợc của động cơ đã chọn ta tính đợc:
+ Mô-men định mức của động cơ là:
mN
n
P
M
dm
dm
dm
.1,2603
587
1609550
9550
=
ì
=
ì
=

2
Trong đó:
R
2
: Điện trở dây quấn của một pha Roto.
R
f
: Điện trở nối tiếp một pha Roto.
Hình 3.4. Đặc tính cơ của động cơ KĐB Roto dây quấn
Phơng pháp này cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm. Độ ổn định
của phơng pháp này kém. Khi tốc độ giảm thì tốc độ đặc tính cơ tăng.
Ta có:
22
1
2
m
th
R
R
S

+
=
Vậy:
R
R
S
S
th
tho

R
S
S
S
S
th
th

==
Suy ra: S
2
= S
1
.
2
R
R
Trong đó: S
1
độ trợt khi mạch Roto không có điện trở phụ.
S
2
độ trợt khi mạch Roto có điện trở phụ.
Từ biểu thức
M =






R
2
giữ không đổi có nghĩa là Momen không
đổi khi tốc độ động cơ thay đổi chỉ phụ thuộc vào điện áp. Do vậy phơng
pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở mạch Roto là
phù hợp với cơ cấu nâng hạ.
Nguyên lý làm việc:
Khi khoá K đóng điện trở trong mạch sẽ là R = R
0
Khi khoá K mở thì điện trở trong mạch Roto là R
Rt
= 0. Nếu thời
gian đóng cắt đợc xác định là:
Ttt
f
dk
11
=
+
=
Thì điện trở tơng đơng của mạch là:
R
e
=
000
R
T
t
R
tt

Quá trình làm việc khi = 1 ( t
d
= T) thì khoá K mở R
f
= 0. Động
cơ làm việc trên đờng đặc tính cơ tự nhiên.
Khi = 0 (t
d
= 0) thì khoá K đóng R
f
= R
0
động cơ làm việc trên đ-
ờng đặc tính cơ nhàn tạo thấp nhất.
Hình 3-6: Đặc tính cơ của hệ điều chỉnh xung điện trở Roto.
Nhận xét:
Việc thay đổi thời gian khoá, mở của van bán dẫn làm cho việc
điều chỉnh dễ dàng chuyển từ điều khiển có cấp sang vô cấp.
Để mở rộng vùng điều chỉnh ngời ta mắc nối tiếp với điện trở một tụ C.
Giả thiết dung lợng tụ C là lớn để khi khoá K đóng thì U
c
nhỏ.
Khi đó vùng điều chỉnh sẽ đợc giới hạn bởi đờng đặc tính cơ tự
nhiên và các trục toạ độ.