TRƯỜNG …………………
KHOA………………………

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
Đề tài:
TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC
MỤC LỤC
1
TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC 1
Chương 1: 2
TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC 2
1.1. Khái quát chung 2
1.1.1. Khái niệm 2
Chương 2: 11
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 11
2.1.Tính toán phụ tải chính 11
Chương 3: 18
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 18
Chương 4: 38
TÍNH TOÁN MẠCH LỰC 38
4.1. Tính toán máy biến áp nguồn 38
Chương 5: 55
TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH 55
5.1. Mô hình toán học động cơ điện một chiều 55
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC
1.1. Khái quát chung
1.1.1. Khái niệm
Cầu trục là tên gọi chung của các máy trục chuyển động trên hai đường ray cố định
trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật phẩm trong khoảng không ( khẩu
độ ) giữa hai đường ray đó.

+ Theo hình dạng bộ phận nâng hạ và mục đích sử dụng:
- Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn.
- Cầu trục dùng gầu ngoạm.
- Cầu trục dùng nam châm điện.
+ Theo tải trọng:
- Loại nhẹ: dưới 10 tấn.
- Loại trung bình: từ 10 tới 15 tấn
- Loại nặng: trên 15 tấn.
+ Theo chế độ làm việc:
3
- Loại nhẹ: TĐ%= 10÷15%, số lần đóng cắt trong một giờ là 60.
- Loại trung bình: TĐ%= 15÷25% , số lần đóng cắt trong một giờ là 120.
- Loại nặng: TĐ%= 40÷60%, số lần đóng cắt trong một giờ là trên 240.
+ Theo chức năng:
- Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ chính xác không cao.
- Cầu trục lắp ráp: sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, yêu cầu độ chính xác cao.
1.1.4. Cấu tạo
Hình 1.1. Cấu tạo cầu trục.
Cấu tạo cầu trục được thể hiện trên hình 1.1, gồm 3 bộ phận chính:
+ Xe cầu
Là một khung sắt hình chữ nhật,được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm một dầm
chính chế tạo bằng thép, đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách của bánh xe
con, bao quanh là một dàn khung. Hai dầm cầu được liên kết cơ khí với hai dầm ngang tạo
thành một khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục được thiết
kế trên các dầm ngang của khung để cầu trục có thể chạy dọc suốt nhà xưởng một cách dễ
dàng.
+ Xe con
4
Là bộ phận chuyển động trên đường ray trên xe cầu, trên đó có đặt cơ cấu nâng hạ và
cơ cấu di chuyển cho xe con. Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một hoặc

- Các phần tử cấu thành của hệ thống phải đơn giản, dễ thay thế, sửa chữa, độ tin cậy
cao.
- Trong mạch điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, bảo vệ quá tải và ngắn
mạch.
- Quá trình mở máy diễn ra theo một quy luật định sẵn.
- Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ rieng biệt, độc lập.
- Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến lùi cho xe cầu, xe con, hạn chế hành
trình lên của cơ cấu nâng hạ.
- Đảm bảo hạ hang ở tốc độ thấp.
- Tự động cắt nguồn khi có người làm việc trên xe cầu.
1.3. Yêu cầu truyền động
1.3.1. Đặc tính phụ tải
Khảo sát cơ cấu nâng hạ người ta nhận thấy rằng momen cản của cơ cấu luôn không
đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ thay đổi thế nào. Nói cách khác,
momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng, có đặc tính M
c
= constant và
không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu
do trọng lực của tải gây ra. Khi nâng tải, momen có tác dụng cản trở chuyển động, tức là
6
hướng ngược chiều quay. Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, tức
là nó hướng theo chiều quay của động cơ.
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau:
Hình 1.3. Đặc tính cơ của cơ cấu nâng – hạ.
Từ đặc tính của cơ cấu nâng hạ ta có nhận xét:
- Khi hạ tải ứng với trạng thái phát của động cơ thì M
đ
là momen hãm, M
c
là momen

c
< M
m
M = M
ms
- M
c
Chế độ này được gọi là chế độ hạ động lực.
+ Ở góc phần tư thứ IV:
Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu nâng hạ:
M
c
> M
ms
M = M
c
– M
ms
Hàng sẽ được hạ do tải trọng của nó. Còn động cơ đóng điện ở nâng đề hãm tốc độ hạ
hàng. Lúc này động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược ( đường 2 ).
Khi thực hiện hạ động lực, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh ( máy phát ) với
tốc độ hạ lớn hơn tốc độ đồng bộ ( đường 4 ).
8
Hình 1.4. Trạng thái làm việc của động cơ truyền động cầu trục.
1.3.3. Yêu cầu truyền động
+ Chế độ làm việc:
Động cơ truyền động của cơ cấu nâng hạ nói chung có chế độ làm việc là ngắn hạn
lặp lại, có tần số đóng cắt lớn.
9
+ Vấn đề đảo chiều:

vượt quá 220V. Đa số làm việc trong môi trường nặng nề, đặc biệt trong các hải cảng, nhà
máy, xí nghiệp luyện kim, phân xưởng sửa chữa …. nên các khí cụ trong hệ thống truyền
10
động và trang bị điện cơ cấu yêu cầu phải làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn, năng suất trong
mọi điều kiện khắc nghiệt, đơn giản trong thao tác.
Chương 2:
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
2.1.Tính toán phụ tải chính
Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu do tải trọng quyết định. Để xác định phụ tải
tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ.
11
Hình 2.1. Sơ đồ động học của cơ cấu nâng – hạ.
2.1.1. Phụ tải tĩnh khi nâng tải
+ Momen trục động cơ khi có tải:
M
n
=
c
t
iu
RGG
η

)(
0
+
( Nm ) [2 – 1]
Trong đó:
G - là trọng lượng của tải trọng.
G

xác định theo hệ số mang tải:
K =
cdm
c
P
P
=
đm
GG
GG
+
+
0
0
Công suất động cơ cần thiết để nâng vật:
P
n
=
c
0
.1000
)(
η
nđm
vGG
+
+ Khi nâng không tải:
M
no
=

Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất là M
t
thì:
M
t
=
iu
RGG
t
.
).(
0
+
(Nm) [2 – 4]
Khi hạ tải trọng, năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền động
nên:
M
h
=M
t
+∆M = M
t
.η
h
[2 – 5]
Trong đó:
M
h
: momen trên trục động cơ khi hạ tải.
∆M : tổn thất momen trong cơ cấu truyền động.

t
(
c
η
1
- 1) = M
t.
( 1-
c
η
2
) =
iu
RGG
t
.
).(
0
+
( 2-
c
η
1
) [2 – 7]
So sánh [2 – 5] và [2 – 7] ta có:
13
η
h
= 2 -
c



−
c
t
iu
RG
η
1
2
.
.
0
 Công suất động cơ khi hạ có tải và không tải:
P
h
=








−
+
c
h
vGG

= 2m/s
M
n
=
c
t
iu
RGG
η

)(
0
+
=
85,0.28.2
81,9.5,0).505000( +
= 521 ( Nm )
P
n
=
c
0
.1000
)(
η
n
vGG
+
=
85,0.1000

h
=
1000
).(
0 h
vGG
+
( 2-
c
η
1
) =
)
85.0
1
2(
1000
81,9.3,0).505000(
−
+
= 12,14 ( KW )
Khi hạ không tải hoặc nâng không tải, công suất động cơ thay đổi.
Hệ số mang tải:
14
K =
đm
GG
G
+
0

no
=
co
n
vG
η
.1000
.
0
=
21,0.1000
81,9.5,0.50
= 1,168 ( KW )
+ Khi hạ không tải:
M
ho
=
iu
RG
t
.
.
0
( 2-
co
η
1
) =
)
85,0

- Thời gian nâng tải:
t
n
=
n
v
h
=
2,0
10
= 50 s
- Thời gian hạ tải:
t
h
=
h
v
h
=
3.0
10
= 33,33 s
- Thời gian nâng và hạ không tải:
t
no
= t
ho
=
no
v

T
tM .
Trong đó: k =(1,2÷1,3) – hệ số phụ thuộc vào đồ thị phụ tải, tần số mở máy, hãm
máy. Chọn k = 1,2
Thay số vào ta có:
16
M
tb
= k.
ck
ii
T
tM .
=
200
20.2,2420.85,2033.33.4,36450.521
.2,1
−++
= 229,5 ( Nm )
Động cơ được chọn phải có M
đ
> M
tb
.
Vậy ta chọn động cơ điện một chiều loại Π - 41, chế độ 60ph và TĐ 100%, có các
thông số như sau:
- P
đm
: 16 KW
- Tốc độ quay : 690 vòng/phút

ii
T
tM
∑
1
2
.
=
200
20.2,2420.85,2033,33.3,36450.521
222.2
+++
= 299,7 ( Nm )
Momen định mức của động cơ:
M
đm
= P
đc
.ω
đc
.
Trong đó: ω
đc
=
Φ
−
Φ
.
.
. K

= M
n
= 521 (Nm )
Momen định mức của động cơ M
đc
= 1156 (Nm) > M
c max
Vậy, động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện quá tải về mommen.
+ Kiển nghiệm về momen khởi động của động cơ:
M
c mở máy
= 2M
c max
= 2.521 = 1041 ( Nm )
Ta có: M
kd
= 2.M
đc
= 2.1156 ≈ 2312 (N.m) > M
c mở máy
.
Động cơ Π – 41 đã chọn thỏa mãn yêu cầu.
Chương 3:
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
3.1. Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều
3.1.1. Khái quát về động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều. Trong công
nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn và
điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng.
Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: stato và roto. Stato của động

Từ sơ đồ thay thế của động cơ ( Hình 3.1 ), ta có phương trình cân bằng điện áp:
U
ư
= E
ư
+ ( R
ư
+ R
f
)I
ư
[3 – 1]
Trong đó:
U
ư
- điện áp phần ứng
E
ư
- suất điện động phần ứng
R
ư
- điện trở phần ứng
R
f
- điện trở phụ mạch phần ứng
Với R
ư
= r
ư
+ r

- hệ số cấu tạo của động cơ
p – số đôi cực từ chính
N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ – từ thông kích thích dưới một cực từ
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n ( vòng/phút )
E
ư
= K
e
. Φ. n [3 – 3]
Với ω =
55,960
2 nn
=
π
Vì vậy E
ư
=
n
a
pN
Φ
60
K
e
=
a
pN
60

K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2
φ
φ
ω
+
−=
[3 – 5]
20
Từ các biểu thức trên, ta vẽ được dạng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:
Hình 3.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.
3.1.2. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm:
a) Hãm tái sinh:
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay động cơ lớn hơn tốc độ không tải lí tưởng. Khi
hãm tái sinh, U
ư
< E
ư
, động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới. Dòng
hãm và momen hãm đã đổi chiều và có giá trị:
I
h
=

Momen của động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất.
Có 2 trường hợp hãm ngược:
- Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng
Giả sử động cơ đang làm việc nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm a. Ta đưa một
điện trở đủ lớn vào mạch phần ứng, động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính
biến trở.
Tại điểm b, momen do động cơ sinh ra nhỏ hơn momen cản nên động cơ giảm tốc
nhưng tải vẫn theo chiều nâng lên. Đến điểm c, tốc độ bằng không nhưng vì momen động cơ
nhỏ hơn momen tải nên dưới tác dụng của tải trọng, động cơ quay theo chiều ngược lại. tải
trọng được hạ xuống với tốc độ tăng dần. Đến điểm d, momen động cơ bằng với momen cản
nên hệ ổn định với tốc đôh hạ không đổi. Sức điện động lúc này đổi dấu.
22
Như vậy, trong trạng thái hãm ngược, sức điện động cùng chiều với điện áp lưới.
Động cơ làm việc như một máy phát điện nối tiếp với lưới, biến điện năng nhận được từ lưới
và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng điện trở, vì vậy tổn thất năng lượng lớn.
- Đảo chiều điện áp phần ứng:
Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên, ta đảo chiều điện
áp phần ứng và đưa vào một điện trở phụ đủ lớn. Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b
trên đặc tính cơ biến trở. Tại b momen đã đổi chiều, chống lại chiều quay của động cơ nên
tốc độ động cơ giảm theo đoạn bc. Tại c, tốc độ bằng 0. Nếu ta cắt điện áp đặt vào phần ứng
động cơ, động cơ sẽ dừng lại, còn nếu vẫn giữ nguyên điện áp đặt vào động cơ, động cơ sẽ
quay theo chiều ngược lại và làm việc ổn định tại điểm d. Đoạn bc chính là đặc tính hãm
ngược.
(a)
(b)
Hình 3.4. Đặc tính cơ khi hãm ngược
(a) Khi đưa R
f
vào mạch phần ứng
(b) Đảo cực tính điện áp phần ứng.

đm
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng, ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch phần
ứng. Trong trường hợp này, tốc độ không tải lí tưởng:
φ
ω
K
U
đm
=
0
= const
Độ cứng đặc tính cơ:
fu
RR
K
d
dM
+
−==
2
)(
φ
ω
β
25