Giải Pháp Điều Khiển Trong Ngành Cầu Trục

 

1. GIỚI THIỆU NGÀNH CẦU TRỤC

Cầu trục (Tiếng Anh: Overhead crane) là một loại thiết bị đảm bảo các thao tác nâng - hạ - di chuyển hàng hóa trong nhà xưởng. Nó rất tiện dụng và có hiệu quả cao trong quá trình bốc xếp hàng hóa, với sức nâng từ 1 đến 500 tấn, vận hành chủ yếu bằng các động cơ điện nên được dùng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất công nghiệp như:

- Cầu trục lắp đặt trong các nhà xưởng, nhà kho chứa vật tư sắt thép, gia công chế tạo cơ khí.

- Cầu trục sử dụng trong các nhà máy cơ khí luyện kim, sản xuất sắt thép.

- Cầu trục trong các nhà máy sản xuất bê tông.

- Cầu trục dùng cho các công trình thủy điện, nâng hạ cửa đập, cầu trục chân dê.

Hình 1: Cầu trục nhà xưởng, cầu trục thủy điện, cầu trục cảng 

2. CẤU TẠO CẦU TRỤC

Cơ cấu nâng hạ

- Phần nâng hạ bao gồm dầm chính và pa-lăng nâng. Tùy theo tải trọng dầm chính có nhiều loại: dầm đơn, dầm đôi, thường thiết kế kiểu hộp hoặc I. Đây là phần chịu lực chính của cầu trục do đó cần đảm bảo về sức bền, độ cứng, độ đàn hồi ( độ võng ) …

- Pa - lăng nâng sử dụng động cơ điện quay rulo thu xả cáp để nâng – hạ. Tùy thuộc vào các yêu cầu như: tải trọng, tốc độ nâng hạ, giới hạn hành trình … mà tính toán ra được công suất và tỷ số truyền của hộp số.

- Ngoài ra cơ cấu nâng hạ còn kèm theo 1 số thiết bị phụ như: bộ báo quá tải, cảm biến giới hạn hành trình … để đảm bảo an toàn khi vận hành.

Cơ cấu di chuyển

- Cơ cấu di chuyển bao gồm di chuyển dầm biên và xe con.

- Dầm biên thường bao gồm 2 động cơ 2 đầu chạy đồng bộ với nhau để di chuyển hệ cầu trục. Cũng tương tự như trên, tùy thuộc vào yêu cầu về tốc độ di chuyển, tải trọng …. mà tính toán ra được công suất động cơ và tỷ số truyền của cơ cấu này.

- Di chuyển xe con cũng tương tự dầm biên.

Hình 2: Cấu tạo cầu trục 

3. HỆ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CẦU TRỤC

Đặc tính tải cầu trục

- Thuộc dạng tải có moment không thay đổi theo tốc độ.

- Tải nặng, quán tính lớn, chịu quá tải cao trong thời gian ngắn.

- Ngắn hạn lặp lại.

- Hãm tái sinh trong quá trình giảm tốc hoặc quá trình hạ tải.

- Cần moment khởi động lớn trong các trường hợp tải ở lưng chừng, để không bị trượt.

- Bắt buộc phải có thắng cơ khí và phối hợp đóng mở trong quá trình vận hành.

Hình 3: Khi sử dụng biến tần, cần có bộ hãm và điện trở xả để loại bỏ năng lượng tái sinh khi hãm hoặc sử dụng loại biến tần có chế độ trả điện năng về lưới. 

Cơ cấu cấp điện nguồn

- Sâu đo: Đường cấp điện palăng dạng sâu đo gồm dây điện treo trên cac cụm con lăn, các cụm con lăn này trượt trên máng thép chữ C.

Hình 4: Cơ cấu cấp điện sâu đo. 

- Ray điện: cấp điện kiểu thanh dẫn điện dạng ray chạy dọc nhà xưởng, để lấy điện vào cầu trục dùng bộ chổi lấy điện bằng than chì tỳ trên các thanh ray này.

Hình 5: Cơ cấu cấp điện qua ray điện. 

- Đối với các hệ cổng trục ngoài trời, có hệ thống ru lô thu xả dây điện nguồn theo chiều chạy của cổng trục.

Hình 5: Cơ cấu thu xả cáp điện.

Tủ điện điều khiển:

- Điều khiển thông thường bằng khởi động từ, bảo vệ bằng relay nhiệt.

   + Đảo chiều quay bằng cách đảo pha bằng 2 khởi động từ.

   + Đóng ngắt và bảo vệ ngắn mạch qua CB.

   + Bảo vệ quá tải qua relay nhiệt.

   + Dòng khởi động lớn gây sụt áp, giảm tuổi thọ các thiết bị điện như: contactor, CB, các điểm tiếp xúc.

   + Gây ra sốc cơ khí, giảm tuổi thọ các cơ cấu cơ khí.

   + Khó điều khiển ở các vị trí yêu cầu chính xác như lắp chi tiết máy móc.

   + Ưu điểm: đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, rẻ tiền.

Hình 6: Tủ điều khiển cầu trục bằng contactor.

- Điều khiển bằng biến tần chạy ở chế độ vòng hở.

   + Đóng ngắt và bảo vệ ngắn mạch qua MCB/MCCB.

   + Tất cả các chức năng hoạt động và bảo vệ thực hiện bởi biến tần.

   + Biến tần tích hợp các chức năng bảo vệ: quá tải, quá áp, thấp áp, quá nhiệt, chạm đất….

   + Chế độ open loop vector cho phép moment khởi động 150% tại 0.5 Hz.

   + Dễ dàng vận hành linh hoạt ở nhiều cấp tốc độ khác nhau.

   + Kết hợp điều khiển tần số mở thắng khi khởi động.

   + Khởi động êm, dừng êm, không sốc cơ khí, tăng tuổi thọ thiết bị.

   + Cần lắp điện trở hãm để xả năng lượng dư thừa khi hạ tải hoặc dừng hãm.

Hình 7: Tủ điều khiển dầm biên bằng biến tần Yaskawa V1000. 

- Điều khiển bằng biến tần ở chế độ vòng kín hồi tiếp encoder.

   + Là phương pháp cho độ chính xác cao, được dùng ở các vị trí đòi hỏi yêu cầu cao như cẩu cảng, lắp đặt chi tiết máy móc….

   + Moment khởi động 200% tại 0 Hz, không xảy ra hiện trượng trượt tải khi đang ở lưng chừng và vận hành tiếp.

Hình 8: Tủ điều khiển nâng hạ bằng biến tần Yaskawa A1000. 

4. LỰA CHỌN BIẾN TẦN CHO ỨNG DỤNG CẦU TRỤC

Hiện nay việc sử dụng biến tần để điều khiển cầu trục là phổ biến.

Như đã phân tích về đặc tính tải cầu trục ở trên, chọn biến tần cho điều khiển cầu trục phải đảm bảo các tiêu chí sau:

- Đối với điều khiển dầm biên, xe con, di chuyển chân:

   + Chọn biến tần loại biến tần tải nặng, công suất ≥ công suất động cơ ( hoặc tổng công suất động cơ ).

   + Nên chọn loại biến tần có chế độ điều khiển vector để moment khởi động lớn, chạy ổn định ở các dải tốc độ thấp.

   + Nên chọn loại có tích hợp sẵn bộ hãm ( Braking Unit )

+ Điện trở hãm được tính toán và lựa chọn theo từng cơ cấu, phụ thuộc vô các thông số cơ khí và chu kỳ vận hành của thiết bị.

   Vd: biến tần Yaskawa V1000 hoặc V&T V5-H chạy tốt cho ứng dụng điều khiển dầm biên, xe con, di chuyển chân ….

 - Đối với nâng hạ:

   + Chọn biến tần loại biến tần tải nặng, công suất ≥ công suất động cơ ( thường lớn hơn 1 cấp ).

   + Biến tần có chế độ điều khiển vector để moment khởi động lớn, chạy ổn định ở các dải tốc độ thấp.

   + Ở các vị trí yêu cầu độ chính xác cao, dùng loại biến tần có chế độ chạy vector vòng kín, hồi tiếp tốc độ về bằng PG card, đây là phương pháp điều khiển chính xác và tối ưu nhất.

   + Nếu công suất biến tần lớn thì thường lắp bộ hãm rời, có thể ghép song song nhiều bộ hãm lại để đảm bảo khả năng hãm.

   + Điện trở hãm được tính toán và lựa chọn theo từng cơ cấu, phụ thuộc vô các thông số cơ khí và chu kỳ vận hành của thiết bị.

   + Ngoài ra để tiết kiệm điện năng, có thể dùng các dòng biến tần có chức năng trả điện về lưới ví dụ như Yaskawa U1000.

   Vd: biến tần Yaskawa G7, A1000 hoặc V&T V6-H chạy tốt cho ứng dụng điều khiển nâng hạ ….

Hình 9: Tủ điều khiển dầm biên bằng biến tần Yaskawa V1000, nâng hạ bằng biến tần A1000. 

Hình 10: Biến tần Yaskawa U1000 có khả năng trả điện về lưới.

 Nguồn: Nam Phương Việt

Bình luận

Connect with us

Connect with us

Hỗ trợ trực tuyến