Cơ khí chế tạo máy - Chương 2: Cần cẩu chân đế Tukan

Chương 2 : CẦN CẨU CHÂN ĐẾ TUKAN 2.1. Giới thiệu chung. Cần cẩu chân đế TUKAN do Đức sản xuất và được các chuyên gia người Đức cùng cán bộ, công nhân kỹ thuật Việt Nam lắp đặt tại Xí nghiệp xếp dỡ Tân cảng có trọng tải nâng 45 tấn dùng để xếp dỡ, di chuyển hàng hóa, các container có trọng tải lớn từ các tầu cập Cảng lên kho bãi, lên các xe chuyên chở container hoặc ngược lại từ kho bãi của Tân Cảng lên các tầu chở hàng. Các động cơ điện sử dụng trong Cơ cấu truyền động chính của Cần trục chân đế TUKAN là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc được thiết kế với chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại. Hệ thống điều khiển các động cơ là “Bộ biến tần - động cơ”. Sức nâng và tốc độ di chuyển lớn nhất của Cần trục được giới hạn bằng công suất thiết kế của các động cơ điện. Hình 1.1 Hình ảnh cấu tạo của cần cẩu TURKAN Điều khiển, vận hành cần cẩu được tiến hành trong cabin chính. Trong trường hợp khẩn cấp cần dừng ngay hoạt động của Cần trục hoặc không thể lên được cabin chính thì việc điều khiển, vận hành Cần trục có thể được thực hiện từ “Buồng máy” hoặc từ “Bảng điện điều khiển” được bố trí ở chân Cần trục. 2.2. Các thông số kỹ thuật của cần cẩu chân đế TUKAN. 2.2.1. Mô hình tổng thể. Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo của cần cẩu TURKAN Giới thiệu về các cơ cấu 1. Động cơ nâng hạ hàng 2. Động cơ quay mâm 3. 4. Động cơ di chuyên chân đế 5. Khớp nối chân đế với 6. Mối nối cơ khí 7. Cầu thang lên Cabin 8. Cánh tay đòn 9. Trục cần với 10. Khớp nối 11. 12. Động cơ nâng hạ cần 13. Cabin người lái 14. Ngáo cẩu 15. Tang quấn cáp 16. Đối trọng 2.2.2. Các thông số chính . - Loại cần trục: Cần trục Chân đế TUKAN 45 tấn. - Chiều cao của cần trục: Xấp xỉ 48 mét. - Hành trình di chuyển chân đế: dọc đường ray. - Tầm với tối đa của cần trục là: 32 mét - Tầm với tối thiểu của cần trục là: 8 mét - Sức nâng của cần cầu: + Cơ cấu nâng chính: 45 Tấn (Cần trục có thể nâng được trọng lượng quá tải vượt sức nâng định mức 125%. + Chiều cao nâng tối đa: 32 mét - Tốc độ di chuyển chân đế: 15 m/phút - Tốc độ nâng hạ cần: 25 m/phút - Tốc độ quay mâm: 0,8 vòng/phút - Tốc độ nâng phụ thuộc vào tải trọng và chế độ làm việc: * Làm việc ở chế độ Garb Operation: + Tốc độ khi không tải trọng:55m/phút + Với tải trọng 20 tấn tốc độ nâng là: 45m/phút * Làm việc ở chế độ Genral Carg Operation + Với tải trọng nhỏ hơn 10 tấn tốc độ nâng là: 55m/phút + Với tải trọng nhỏ hơn 25 tấn tốc độ nâng là: 40m/phút + Với tải trọng nhỏ hơn 32 tấn tốc độ nâng là: 32m/phút + Với tải trọng nhỏ hơn 45 tấn tốc độ nâng là: 25m/phút * Làm việc ở chế độ Luffing: + Với trọng tải nhỏ hơn 20 tấn tốc độ nâng là: 60m/phút + Với trọng tải lớn hơn 20 tấn tốc độ nâng là: 40m/phút - Cần trục có thể làm việc với trọng tải quá tải cực đại đến 125% định mức: từ 40 tấn đến 56 tấn với tốc độ nâng là: 12 – 18 m/ phút. 2.2.3. Các động cơ truyền động chính. Công dụng Công suất (KW) Số lượng ĐC cơ cấu nâng hạ hàng chính 105 2 ĐC nâng hạ cần 50 1 ĐC cơ cấu di chuyển chân đế 7,5 8 ĐC cơ cấu quay mâm 45 2 ĐC quấn cáp cấp nguồn cho cần cẩu 1,5 1 2.2.4. Cáp thép. - Cáp thép sử dụng cho cơ cấu nâng hạ hàng: dùng 2 sợi, đường kính 35,5 mm. - Cáp thép sử dụng cho cơ cấu nâng hạ: dùng 2 sợi, đường kính 35,5mm. 2.2.5. Phanh hãm. Phanh hãm dùng để hãm các động cơ của Cơ cấu di chuyển dàn thuộc loại phanh đai, là một bộ phận không thể thiếu trong các cơ cấu hoạt động chính của cần trục. Khi động cơ của cơ trục được đóng điện vào lưới điện thì đồng thời cuộn dây hãm của nam châm phanh hãm cũng có điện. Lúc này nam châm điện làm việc, lực hút của nam châm sẽ thắng lực trọng tâm GL của cánh tay đòn và lực đối trọng GPH của phanh, cánh tay đòn bị kéo lên làm cho đai phanh không ép chặt vào trục động cơ, động cơ làm việc bình thường. Khi mất điện, do tự trọng lõi thép của nam châm GNC, trọng tâm của cánh tay đòn GL và đối trọng phanh GPH, cánh tay đòn hạ xuống và vành đai phanh ghì chặt trục động cơ, làm động cơ dừng lại. Hình 2.1. Cấu tạo phanh - NC: Cuộn dây của nam châm - GPH: Đối trọng của phanh. - GNC: Tự trọng của lõi thép nam châm điện. - GL: Trọng tâm của cánh tay đòn. - FS1, FS2: Lực tác dụng của đai phanh lên trục động cơ. 2.3. Những quy tắc an toàn khi vận hành. - Không được vận hành cần trục nếu có người ở trên các bộ phận hoạt động của cần trục. Chỉ được vận hành cần trục khi tất cả mọi người trong phạm vi an toàn. - Không được di chuyển hàng hoá, nguyên liệu khi có bất kì ai đứng trong phạm vi bán kính không an toàn của cần trục. - Khi di chuyển cần trục phải đảm bảo không có người hoặc chướng ngại vật trên đường ray. Đồng thời khi cần trục di chuyển phải có đèn và còi báo hiệu. - Trong trường hợp khẩn cấp nhấn nút dừng khẩn cấp được đặt trong cabin lái, buồng máy, bảng điểu khiển chân cầu thang. - Không được nâng hàng quá sức nâng cho phép. 2.3.1. Trước khi vận hành cần phải: - Ngắt mạch nguồn sấy nóng cho động cơ, cho các thiết bị, các vi mạch. - Kiểm tra động cơ (theo định kì bảo dưỡng). - Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của cần trục (theo định kì bảo dưỡng). - Kiểm tra cần điều khiển, tay quay công tắc trong cabin và buồng máy ở vị trí thích hợp. - Kiểm tra thiết bị an toàn, cơ cấu phanh, các bộ hạn vị bằng cách tiến hành thử không tải. 2.3.2. Khi vận hành cần phải: - Chú ý vật cản và nhắc nhở công nhân. - Hạn chế dừng đột ngột các cơ cấu. - Trước tiên phải điều khiển cơ cấu nâng ở tốc độ thấp, sau đó mới nâng ở tốc độ yêu cầu. - Phải chú ý các hiện tượng bất thường của cần trục, nếu phát hiện thấy bất thường thì phải dừng ngay, tiến hành kiểm tra và phát hiện nếu thấy hư hỏng lập tức báo cáo với người có trách nhiệm giải quyết. 2.3.3. Sau khi vận hành cần phải: - Đưa tất cả các tay điều khiển đều ở vị trí dừng. - Tắt tất cả công tắc điện phía trên bàn phím. - Đóng, khóa tất cả các cửa ra vào và cửa cabin - Phải ghi lại nhật kí làm việc của ca - Đóng nguồn sấy cho động cơ và các thiết bị. 2.4. Các thiết bị trên cabin điều khiển. Cabin chính trên cần trục được đặt phía trên cao để người điều khiển có tầm quan sát rộng để quan sát được mọi hoạt động. Tại cabin này người điều khiển có thể thao tác vận hành di chuyển dàn cần trục, điểu chỉnh quay mâm để nâng hạ hàng tới nơi cần đến. Các thiết bị điều khiển trên Cabin chính gồm: TT Chi tiết Chức năng Công dụng vận hành 1 Tay điều khiển Slew left Quay cần cẩu sang trái 2 Tay điều khiển Slew right Quay cần cẩu sang phải 3 Tay điều khiển Luff up Nâng cần lên 4 Tay điều khiển Luff down Hạ cần xuống 5 Công tắc nút ấn Control on Bật điều khiển 6 Công tắc Control off Tắt điều khiển 7 Đèn báo Lamp test Ấn để thử chế độ làm việc của cẩu 8 Công tắc Luff word/ Maintenance Chọn chế độ làm việc cho cơ cấu nâng cần 9 Đèn báo Luff ready Cơ cấu nâng cần sẵn sàng 10 Đèn báo Slew ready Cơ cấu quay cần sẵn sàng 11 Đèn báo Luff endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu nâng cần hoạt động 12 Đèn báo Luff maintain endpoint Dừng chế độ nâng hạ cần khi chọn chế độ bảo dưỡng 13 Công tắc nút ấn Limit bypass Ấn để bỏ qua chế độ ngắt cuối 14 Công tắc nút ấn Rail brake up Ấn để nhấc phanh ray trước khi chân đế dừng 15 Công tắc nút ấn Rail brake down Ấn để hạ phanh ray sau khi cơ cấu chân đế dừng 16 Công tắc nút ấn Spare Bật nguồn dự trữ 17 Tay điều khiển Gantry lelf Di chuyển cẩu sang trái 18 Tay điều khiển Gantry right Di chuyển cẩu sang phải 19 Tay điều khiển Hoist down Hạ hàng 20 Tay điều khiển Hoist up Nâng hàng 21 Công tắc bật Main/aux.hoist Chọn cơ cấu nâng hạ (nâng chính, nâng phụ) 22 Đèn báo Main hoist ready Chế độ nâng chính sẵn sàng 23 Đèn báo Main hoist ready Chế độ nâng phụ sẵn sàng 24 Đèn báo Gantry ready Chế độ di chuyển sẵn sàng 25 Đèn báo Main hoisr endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu nâng chính hoạt động 26 Đèn báo Aux.hoist endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu nâng phụ hoạt động 27 Đèn báo Gantry endpoint Báo ngắt cuối của cơ cấu di chuyển hoạt động 28 Công tắc bật Gantry local control Điều khiển cơ cấu di chuyển từ cabin 29 Công tắc bật Wiper Rửa kính và gạt nước 30 Công tắc nút ấn Alarm silence Tắt còi 31 Đèn báo Gantry tie-up Dừng di chuyển khi sự cố 32 Công tắc nút ấn E-stop Ấn để dừng tất cả mọi hoạt động 33 Công tắc nút ấn Main contactor on Bật công tắc tơ chính 34 Công tắc nút ấn Main contactor off Tắt công tắc tơ chính 35 Công tắc nút ấn Solalert buzzer Bật còi báo 36 Công tắc bật Volt switch Bật đồng hồ vônkế Bảng 2.1. Các thống số kỹ thuật trên bảng điều khiển ở cabin chính 2.5. Hệ thống cấp nguồn cho cần trục chân đế TUKAN. Nguồn điện cấp cho Cần trục chân đế TUKAN là nguồn điện xoay chiều 3 pha, điện áp 380V, tần số 50Hz, được lấy từ trạm biến áp của Xí nghiệp bằng cáp điện. Dây dẫn điện tới các thiết bị điện của Cần trục là dây cáp mềm được cuộn vào tang quấn cáp của Đối trọng. Độ dài của dây cáp mềm này đảm bảo cho Cần trục có thể dịch chuyển quãng đường lớn nhất từ điểm cấp nguồn về 2 phía khoảng 100m. Điện áp nguồn cấp tới các thiết bị điện của Cần trục như sau: - Tới các động cơ qua các aptomat trong mạch động lực là nguồn điện xoay chiều 3 pha điện áp 380V tần số 50Hz; - Tới mạch điều khiển là nguồn điện xoay chiều một pha 220V hoặc 110V; - Tới PLC là nguồn điệc xoay chiều một pha 110V. Thông qua các khối nguồn chỉnh lưu thành các nguồn một chiều 24VDC ổn định để cấp nguồn cho khối CPU và các modul vào/ra. - Tới thiết bị báo sự cố và chiếu sáng: AC220V, 1 pha - Tới máy điều hoà không khí và quạt gió làm mát là AC220V. - Phục vụ sấy động cơ và thiết bị: AC380V, 1 pha. Nguồn điện dự phòng: cho cần trục: AC380V, AC220V , AC110V Chương 3 : CƠ CẤU QUAY MÂM CẦN TRỤC TUKAN 3.1. Sơ đồ điện nguyên lí của cơ cấu quay. Cơ cấu quay của họ cần trục chân đế TUKAN được giới thiệu trong các bản vẽ của nhóm =3 trong tập bản vẽ lắp ráp, ta có thể thiết lập sơ đồ điện nguyên lí của cơ cấu quay trên hình 3.1 đến hình 3.3, trong đó : sơ đồ nguyên lí mạch động lực được biểu diễn trên sơ đồ hình 3.1, 3.2, sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển và tín hiệu được biểu diễn trên hình 3.3. 3.2. Chức năng các phần tử. +D - M1, +D - M2 : Động cơ truyền động chính. +D -Y1, +D - Y2 : Phanh thủy lực. K1(3.5) : Công tắc tơ chính đóng nguồn cấp cho mạch động lực. K5(3.7) : Công tắc tơ đóng cấp nguồn cho phanh thủy lực. 6SE70 : Bộ biến tần gián tiếp điều chỉnh độ rộng xung PWM. A30 : Bộ điều khiển hãm làm mịn tốc độ động cơ. K0(3.6) : Công tắc tơ điều khiển chính của bộ biến tần cơ cấu quay mâm. K80(3.5) : Công tắc tơ trung gian, có điện khi tay điều khiển ở vị trí “0”. Công tắc tơ này có nhiệm vụ bảo vệ không khi hệ thống mất điện trong thời gian làm việc. F511(3.7) và F512(3.7) : Tiếp điểm của rơ le nhiệt có cảm biến nhiệt điện trở đặt trong cuộn dây stato khi động cơ quá tải sẽ mở tiếp điểm trong mạch báo động và bảo vệ động cơ. F11(3.6) và F12 (3.7) : Rơle nhiệt bảo vệ quá nhiệt trong mạchđộng lực của hai động cơ M1 và M2. F51(2.3) và F52 (2.6) :Aptomat có thể đóng cắt bằng tay hoặc tự động bằng điện sử dụng rơle nhiệt có bảo vệ quá dòng đặt trên mạch động lực hai động cơ phanh Y1 và Y2. H : Đồng hồ đếm thời gian làm việc của cơ cấu. Trạm ET200 : Có nhiệm vụ truyền dữ liệu giữa CPU S7-318 và mạch điều khiển cơ cấu quay mâm, cấu trúc trạm ET200 như sau : PS AS 0 1 SITOP IM153 DE DA 2A EB160/EB161 16V-24V AB160 8V-24V Khối SITOP có nhiệm vụ cấp nguồn 24V DC. Khối IM153-1 đưa tín hiệu giao tiếp với mạch điều khiển của cơ cấu tầm với. Khối EB160 nhận các tín hiệu vào như sau: Tín hiệu công tắc tơ chính động lực K1(3.5). Tín hiệu phanh thủy lực nhả K5(3.7). Tín hiệu công tắc tơ điều khiển K0(3.6). Tín hiệu rowle trung gian của tay điều khiển ở vị trí 0 K80(3.5). Tín hiệu phanh động cơ Y1 đã được đóng K01(3.4). Tín hiệu phanh động cơ Y2 mở bằng tay hay tín hiệu phanh có lỗi K02(3.4). Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí cơ cấu quay mâm cần trục TUKAN Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí cơ cấu quay mâm cần trục TUKAN Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lí cơ cấu quay mâm cần trục TUKAN Khối EB161 nhận các tín hiệu chính sau: Aptomat của phanh đã đóng F5 Tín hiệu báo động cơ số 1 quá nhiệt F51(3.6). Tín hiệu báo động cơ số 2 quá nhiệt F52(3.6). Báo động cơ số 1 quay trái quá tải F11(3.6). Báo động cơ số 2 quay trái quá tải F12(3.6). Khối đầu ra AB 160 đưa ra các tín hiệu điều khiển sau: Công tắc tơ điều khiển chính K00. Công tắc tơ điều khiển phanh thủy lực K50(3.2). Tín hiệu khởi động bộ biến tần ( ON - OFF). 3.3. Nguyên lí hoạt động. Tay điều khiển gồm một bộ mã hóa chuyển từ độ dịch chuyển của tay điều khiển =3+KS-S1 sang tín hiệu nhị phân 8 bit và một cam phục vụ cho rơle trung gian. Vì hệ thống sử dụng bộ mã hóa 8 bit nên có thể coi việc điều chỉnh tốc độ rất mịn. Tín hiệu điều khiển sau bộ mã hóa encoder được đưa vào lần lượt 8 đầu vào số của khối EB2 từ E2.0 tới E2.7 và được truyền tới CPU S7- 318. * 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 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 đóng trong mạch bảo vệ vẫn đóng. -Tiếp điểm K80(3.5) ở vị trí “không”. - Tiếp điểm = 0 +EE1 – F3(=0/7.2) của aptomat cấp điện cho cơ cấu nâng, quay mâm đang đóng. - Tiếp điểm của rơ le xác nhận không có lỗi trong hệ thống = 0 – EE2 – K0(=0/34.3) đóng. - Rơle điều khiển K00(3.1) có điện đóng các tiếp điểm của nó. - Công tắc tơ K0(3.6) có điện đóng các tiếp điểm : K0(3.6) tự nuôi; K0(3.7) cấp nguồn cho phanh thủy lực; K0(3.2) tiếp điểm phản hồi đến PLC, báo cho PLC biết công tắc tơ K0 (3.6) đã có điện. * Mạch điều khiển phanh thủy lực : Sau khi công tắc tơ K0(3.6) đóng cấp điện cho mạch điều khiển phanh thì PLC gửi tín hiệu đến ET 200 cấp điện cho K50(3.2) đóng tiếp điểm K50(3.7) cho phép làm việc. Phanh không làm việc nếu rơle = 0 –EE2 – K005 mất điện, đây là rơle báo tín hiệu an toàn về quá tải momen, quá tải trọng tầm với, sức gió. * Hoạt động: Giả sử đưa tay điều khiển sang trái( tay điều khiển +KS-S1) qua bộ giải mã tín hiệu(binary coder) dịch chuyển được đưa vào CPU –S7 -318 qua khối EB2. Sau khi xử lí, CPU đưa ra tín hiệu điều khiển tới bộ biến tần của cơ cấu quay mâm. Công tắc tơ K1 đóng các tiếp điểm: K1 (1.2) của mạch động lực cấp nguồn cho bộ biến tần. K1(3.6) mạch điều khiển phanh thủy lực cấp cho hai động cơ +D-Y1 và +D-Y2 giải phóng trục động cơ. Đồng thời khi kéo tay điều khiển cam điều khiển xoay làm rơle trung gian K80(3.5). Tiếp điểm K80 mở cắt tín hiệu tới ET 200. Tùy theo độ dịch chuyển của tay điều khiển thì tín hiệu từ CPU gửi đến điều khiển góc mở Thyristor trong bộ biến tần gián tiếp thay đổi, tần số càng cao, tốc độ càng lớn. 3.4. Các bảo vệ của hệ thống quay mâm, 3.4.1. Bảo vệ quá tải: Bảo vệ quá tải động cơ dẫn động: động cơ +D-M1 và +D –M2 bị quá tải rơle F11, F12 tác động nhả tiếp điểm thường đóng F11(2.1), F12(2.4) cắt mạch điện động lực của động cơ. Bảo vệ quá tải cho động cơ điện phanh thủy lực: Nếu động cơ điện phanh thủy lực cơ cấu quay mâm bị quá tải thì rơle nhiệt F51 hay F52( có sẵn trong aptomat ) sẽ tác động cắt aptomat F51 hay F52 dẫn đến toàn mạch động lực của động cơ mất điện. 3.4.2. Bảo vệ ngắn mạch: Bảo vệ bằng cầu chì có trong aptomat = 0 +EE1 –F3: khi ngắn mạch xảy ra toàn bộ cơ cấu quay mâm mất điện. Nếu động cơ phanh thủy lực bị ngắn mạch, rơle bảo vệ quá dòng trong aptomat F5 cắt bảo vệ mạch động lưc của phanh. 3.4.3. Bảo vệ quá nhiệt: Các nhiệt điện trở được đặt trong các cuộn dây stato của động cơ nên khi nhiệt độ cuộn dây quá mức đặt thì rơ le bảo vệ có điện, tùy theo động cơ nào bị quá nhiệt mà rơ le nhiệt F511 hay F512 có điện nhả tiếp điểm thường đóng F511 hay F512 gửi đến PLC qua khối ET 200. PLC xử lí và gửi tín hiệu cắt điện công tắc tơ K1 làm toàn bộ hệ thống mất điện đồng thời đèn ở buồng điều khiển sẽ báo.