Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC GIÀN QC 1. Đặc điểm chung và thông số kĩ thuật chính về cầu trục giàn QC 1. Đặc điểm chung của cầu trục giàn QC Ngày nay khi mà các ngành công nghiệp, thương mại phát triển với quy mô lớn hơn rất nhiều, khối lượng hàng hóa, vật tư thiết bị cần được vận chuyển, bốc dỡ, lắp ráp cũng ngày càng lớn. Cùng với nhu cầu giải phóng sức lao động của con người, tăng năng suất và chất lượng của sản xuất, từ đó dẫn đến sự hình thành và phát triển của các thiết bị nâng hạ, dịch chuyển hàng hóa, vật liệu chuyên dụng.
Cầu trục, cần trục là những họ thiết bị nâng hạ, dịch chuyển, hàng hóa vật tư, thiết bị điển hình nhất hiện nay và ngày càng được hiện đại hóa, tự động hóa, nâng cao tải trọng, độ chính xác, hiệu suất. Cầu trục QC được minh họa trên hình 1. Đây là loại cầu trục cổng có công son liên kết bản lề, chuyển động trên đường ray, xe con di chuyển bằng cáp kéo, sử dụng năng lượng điện 3 pha. Các cơ cấu điều khiển chuyển động chính của cầu trục QC bao gồm: Cơ cấu nâng hạ hàng; Cơ cấu di chuyển xe con; Cơ cấu di chuyển giàn và cơ cấu nâng hạ giàn (Nâng hạ công son).
- Kết cấu thép cầu trục là khung hàn cứng, cấu trúc dạng hộp. - Cầu trục được trang bị một khung nâng dạng ống lồng để xếp dỡ container. - Thiết bị nghiêng khung nâng được lắp để điều chỉnh khung nâng ăn khớp với container đặt trên sàn tàu. - Kẹp ray điện thủy lực được trang bị để giữ cầu trục không dịch chuyển dưới gió xoáy 35m/s trong khi cầu trục hoạt động.
- Các thiết bị an toàn của cầu trục có nhiều công tắc giới hạn, khóa liên động, phanh hãm, các nút dừng khẩn cấp. - Bộ điều chỉnh chống lắc được điều khiển bằng computer để hãm sự lắc container khi di chuyển xe con, để đảm bảo dễ dàng định vị container và khung nâng. Đặc điểm công tác nổi bật của loại này là có tầm với (tầm với ngoài: 30m, tầm với trong: 20m) và trọng tải nâng lớn (khi dùng khung nâng: 36,5 tấn, khi dùng dầm nâng: 40 tấn), năng suất bốc xếp rất cao. Điểm hạn chế của QC là chỉ có thể di chuyển trên đường ray cố định không thể cơ động di chuyển nhiều hướng như các loại cầu trục 10 Đề tài nghiên cứu khoa học 2017 - 2018 bánh lốp hay xe nâng.
Tuy vậy với các đặc tính nổi bật của nó cầu trục QC vẫn là loại thiết bị hiện đại nhất được trang bị cho các cầu cảng chuyên dụng bốc xếp container. 1 Cầu trục giàn bốc xếp container cho tàu biển. Các thông số kỹ thuật cơ bản của cầu trục giàn QC Cầu trục và cần trục rất đa dạng so sánh cấu tạo giữa chúng cũng rất khác nhau. Tuy nhiên nó có đặc điểm các cơ cấu chung ví dụ: cầu trục thường có ba cơ cấu: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu dịch chuyển dọc, cơ cấu dịch chuyển ngang và một số cơ cấu phụ để lấy và giữ hàng.
Những đặc điểm cơ bản của hệ truyền động điện cầu trục và cầu trục: Phần lớn các cơ cấu của cầu trục và cần trục được truyền động bởi các động cơ điện. Cung cấp điện cho hệ truyền động có ba dạng: - Cung cấp điện từ lưới qua các thanh góp điện cố định loại này thường là cầu trục phân xưởng. - Cung cấp điện từ lưới qua các cuộn cáp điện loại này thường áp dụng đối với cầu trục và cần trục dịch chuyển theo đường ray trên mặt đất. - Cung cấp điện từ máy phát diezen thường là loại cầu trục di động trên ô tô.
Môi trường làm việc: 11 Đề tài nghiên cứu khoa học 2017 - 2018 Phần lớn môi trường làm việc của cầu trục, cần trục là rất khắc nghiệt. Ví dụ trong các nhà máy luyện kim môi trường làm việc nóng ẩm nhiều bụi. Trên cảng biển cầu trục, cần trục phải làm việc ngoài trời chịu sóng gió, hơi nước biển. Chế độ làm việc của cầu trục và cần trục là chế độ ngắn hạn lặp lại, khởi động, hoãn thường xuyên.
Sơ đồ một dây mô tả tổng quan hệ thống điện trên cầu trục QC. 2 Sơ đồ một dây phần panel cấp nguồn cao áp.2 thể hiện PANEL cao áp cấp nguồn cho toàn bộ cầu trục QC. Nguồn điện chính cấp đến cho toàn bộ cầu trục QC là nguồn 3 pha, 6,3kV, 50Hz. Được đưa đến panel cao áp của cầu trục thông qua một rulô cuốn cáp (CABLE REEL).
Ở PANEL cao áp từ cầu dao chính DS nguồn điện chính được phân phối ra các nhánh. Một nhánh thông qua cầu dao có kèm cầu chì PF đến máy biến áp 6300V/380V. Từ đây lấy ra nguồn điện 3 pha, 380V, truyền tải trên cáp 4 dây cấp đến cho hệ thống phanh điện từ, các động cơ, thiết bị phụ trợ, đường nguồn dự phòng, chiếu sáng và nguồn cho các mạch điều khiển…Một nhánh khác cũng thông qua một cầu dao PF đưa đến máy biến áp 6300V/440V, từ cuộn thứ cấp lấy ra nguồn 3 pha, 440V cấp cho hệ thống PWM CONVERTER, PWM INVERTER, động cơ truyền động chính cho các cơ cấu. Ngoài ra trên bản vẽ còn thể hiện các thiết bị đo đếm, chỉ thị, bảo vệ trên HIGH VOLTAGE PANEL: Cầu chì F; ampe kế xoay chiều A; vôn kế xoay chiều V; biến dòng đo lường CT, ZCT; biến áp đo lường PT; bảo vệ 51G.
12 Đề tài nghiên cứu khoa học 2017 - 2018 1. Yêu cầu công nghệ chung của cầu trục QC 1. Yêu cầu cơ khí Kết cấu cơ khí là nền tảng của máy móc, nó quyết định chức năng, khả năng, hiệu năng của một cỗ máy. Cầu trục QC là một cỗ máy rất hiện đại với kết cấu cơ khí được tính toán thiết kế vô cùng kĩ lưỡng, chắc chắn sao cho đảm bảo được các yêu cầu: - Đảm bảo sự cân bằng, phân bố chịu lực hợp lý của toàn bộ kết cấu.
- Kết cấu cơ khí vững chắc, có hệ số dự trữ quá tải lớn. - Các cơ cấu vận hành trơn tru, giảm tối thiểu các dao động rung lắc, va đập cơ khí trong quá trình vận hành. - Thiết kế cơ khí đảm bảo thuận tiện cho việc vận hành, bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa, lắp đặt. - Đảm bảo an toàn cho người vận hành, máy móc thiết bị.
- Có các cơ cấu đảm bảo an toàn cơ khí như chốt, phanh hãm an toàn. - Chịu được các dạng thời tiết tiêu cực như mưa, bão. - Vận hành ổn định và bền bỉ. Yêu cầu về momen Đối với cơ cấu nâng hạ: Momen không tải khi nâng Mc0 cỡ +50%Mđm.
Khi hạ tải do tác động của lực ma sát nên phụ tải sẽ biến đổi từ -(15-20)% đến +0. 3 Đặc tính phụ tải của cơ cấu nâng. 13 Đề tài nghiên cứu khoa học 2017 - 2018 Đối với cơ cấu dịch chuyển xe con, do momen cản tĩnh và tự trọng nên momen cản không tải là: Mc0 = (30-50) % Mđm. 4 Đặc tính phụ tải cơ cấu dịch chuyển xe con.
Đối với truyền động điện cho các cơ cấu di chuyển của cầu trục phải đảm bảo khởi động động cơ ở chế độ toàn tải. Đặc biệt mùa đông khi môi trường làm tăng momen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể momen cản tĩnh Mc.5, biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa momen cản tĩnh và tốc độ động cơ: Mc = f(ω). 5 Quan hệ Mc = f(ω) khi khởi động các cơ cấu di chuyển. Trên đồ thị ta thấy: Khi ω = 0, Mc lớn hơn 2 đến 2,5 lần ứng với tốc độ định mức.
Đối với các động cơ truyền động cho các cơ cấu nâng hạ hàng, momen thay đổi theo tải rất rõ rệt. Khi không có tải trọng (khi không tải), momen động không vượt quá (15÷20) % Mđm, đối với cơ cấu di chuyển xe con bằng (30÷50) % Mđm. 14 Đề tài nghiên cứu khoa học 2017 - 2018 Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục QC, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm. Momen động trong quá trình quá dộ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn.
Năng suất của cầu trục được quyết định bởi hai yếu tố: Tải trọng của thiết bị và số chu kì bốc xếp trong một giờ. Thường số lượng hàng hóa bốc xếp trong một chu kì không như nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, cho nên phụ tải động chỉ đạt (60÷70) % công suất định mức của động cơ. 6 Momen của động cơ phụ thuộc vào tải trọng. 1- Động cơ di chuyển xe con, 2- Động cơ nâng hạ.
Do điều kiện làm việc của cầu trục rất nặng nề, thường xuyên làm việc trong chế độ quá tải, vì vậy cầu trục được chế tạo có độ bền và hệ số dự trữ của các cơ cấu cơ khí lớn để chịu quá tải. Yêu cầu về điều khiển Đối với các thiết bị nâng vận chuyển nói chung và với cầu trục nói riêng cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây. - Cần đảm bảo tốc độ nâng chuyển với tải trọng định mức. Tốc độ chuyển động tối ưu của hàng hóa được nâng chuyển là điều kiện trước tiên để nâng cao năng suất bốc xếp hàng hóa, đưa lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật tốt nhất cho sự hoạt động của cầu trục.
Nếu tốc độ nâng hạ thiết kế quá lớn sẽ đòi hỏi kích thước, trọng lượng của các bộ truyền cơ khí lớn, điều này dẫn tới giá thành chế tạo cao. 15 Đề tài nghiên cứu khoa học 2017 - 2018 Mặt khác tốc độ nâng hạ tối ưu đảm bảo cho hệ thống điều khiển chuyển động của cơ cấu thỏa mãn các yêu cầu về thời gian đảo chiều, thởi gian hãm, làm việc liên tục trong chế độ quá độ (hệ thống liên tục đảo chiều theo chu kì bốc xếp), gia tốc và độ giật thỏa mãn yêu cầu. Ngược lại nếu tốc độ quá thấp sẽ ảnh hưởng đến năng suất bốc xếp hàng hóa. Thông thường tốc độ di chuyển của hàng hóa ở chế độ định mức thường nằm trong phạm vi (0,2÷1) m/s hay (12÷60) m/ph.
Điều khiển chuyển động cho các cơ cấu của cầu trục cần đảm bảo các yêu cầu tiếp theo. - Có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của của các cơ cấu điều khiển chuyển động là điều kiện cần thiết để nâng cao năng suất bốc xếp đồng thời thỏa mãn yêu cầu công nghệ bốc xếp với nhiều chủng loại hàng hóa.