NGHIÊN cứu, TÍNH TOÁN THIẾT kế, mô HÌNH hóa và mô PHỎNG số cầu TRỤC dầm đơn 7,5 tấn

Nội dung chính của đồ án: - Tổng quan về thiết bị nâng - Thông số kỹ thuật, phương án dẫn động và kết cấu cầu trục - Tính toán động học cơ cấu cầu trục - Tính toán động lực học và kết c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ -*   * -

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, MÔ HÌNH HÓA

VÀ MÔ PHỎNG SỐ CẦU TRỤC DẦM ĐƠN 7,5 TẤN

Giảng viên hướng dẫn : TS Bùi Hệ Thống Sinh viên thực hiện :

Lê Tuấn Kiệt Msv: 1811504110318

Hồ Tấn Nam Msv: 1811504110324 Lớp sinh hoạt : 18C3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ -*   * -

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, MÔ HÌNH HÓA

VÀ MÔ PHỎNG SỐ CẦU TRỤC DẦM ĐƠN 7,5 TẤN

Giảng viên hướng dẫn : TS Bùi Hệ Thống Sinh viên thực hiện :

Lê Tuấn Kiệt Msv: 1811504110318

Hồ Tấn Nam Msv: 1811504110324 Lớp sinh hoạt : 18C3

Đà Nẵng, 6/2022

Tên đề tài: Nghiên cứu, tính toán thiết kế, mô hình hóa và mô phỏng số cầu trục

dầm đơn 7.5 tấn

Sinh viên thực hiện: Lê Tuấn Kiệt Msv: 1811504110318

Hồ Tấn Nam Msv: 1811504110324 Lớp: 18C3

Cầu trục là một thiết bị phổ biến nhất trong nhóm thiết bị nâng chuyển, được dùng

để di chuyển vật nặng và vận chuyển chúng đến những nơi khác Thường được áp dụng trong các nhà máy sản xuất thiết bị hạng nặng, nhà xưởng, hay công trình xây dựng v.v Tuỳ vào mỗi cầu trục có thể nâng vật nặng bao nhiêu do doanh nghiệp hoặc

xí nghiệp đặt nhà sản xuất Ví dụ như cầu trục 1 tấn, cầu trục 3 tấn hay cầu trục 7.5 tấn v.v

Cầu trục là loại máy cầu trục phổ biến nhất, dùng để phục vụ việc cơ giới hóa nâng chuyển vật nặng trong phân xưởng và trong kho Trong cầu trục phần kết cấu kim loại chiếm 60 - 80% khối lượng toàn máy Vì vậy việc chọn vật liệu và phương pháp tính

để kết cấu kim loại đảm bảo đủ bền khi làm việc và đạt được chỉ tiêu kinh tế là điều rất quan trọng Trong những năm gần đây vấn đề thiết kế tối ưu kết cấu thép cầu trục có vai trò và ý nghĩa quan trọng, nhằm mục đích xác định kích thước hợp lý của kết cấu trên cơ sở đảm bảo đủ bền với trọng lượng nhỏ nhất, tương ứng với chi phí vật liệu nhỏ nhất, không chỉ cho phép giảm giá thành sản phẩm mà còn ảnh hưởng tốt đến các tính năng của kết cấu cầu trục Với yêu cầu như vậy, việc tính toán kết cấu và lựa chọn theo lý thuyết tối ưu là hết sức cần thiết

Vậy nên nhóm tác giả gồm hai thành viên và được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo bộ môn dựa theo các kiến thức tích lũy khi học ở trường học Đã đưa việc tính toán thiết kế Cầu trục thông thường trên lý thuyết kết hợp thiết kế kiểm tra trên phần mềm mô phỏng như Solidworks, AutoCad Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế 3D và Autocad để thể hiện bản vẽ 2D Quá trình tính toán và thiết kế được trình bày ở trong bài báo cáo thuyết minh này mong quý thầy cô xem qua và cho nhóm tác giả những ý kiến đóng góp để cho đề tài được hoàn thiện hơn nữa ạ

KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Hệ Thống

Sinh viên thực hiện: Hồ Tấn Nam Mã SV: 1811504110324

Lê Tuấn Kiệt Mã SV: 1811504110318

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu, tính toán thiết kế, mô hình hóa và mô phỏng số cầu trục dầm đơn 7,5 tấn.

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3 Nội dung chính của đồ án:

- Tổng quan về thiết bị nâng

- Thông số kỹ thuật, phương án dẫn động và kết cấu cầu trục

- Tính toán động học cơ cấu cầu trục

- Tính toán động lực học và kết cấu cầu trục

- Tính toán kết cấu kim loại cầu trục

- Mô phỏng số dầm chính cầu trục sử dụng CAE

- Quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình trong máy thiết kế

- Hệ thống điều khiển cầu trục

i

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của thế giới và xu huớng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đang dần đổi mới và buớc vào thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá, vừa xây dựng cơ

sở vật chất – kỹ thuật vừa phát triển nền kinh tế đất nuớc Hiện nay, nước ta đang mở rộng việc xây dựng và phát triển các khu công nghiệp, nhà máy, các cơ sở sản xuất…Từ

đó, hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế sức lao động của con người… Do đó, ngành Cơ khí chế tạo máy không thể thiếu và có vai trò rất quan trọng trong quá trình xây dựng và phát triển đất nước

Trong các chương trình giảng dạy bậc Đại học của các khối ngành kỹ thuật việc thiết

kế đồ án tốt nghiệp là một nhiệm vụ quan trọng đối với tất cả mọi ngành nghề Giúp cho sinh viên hiểu sâu, hiểu kỹ và tổng hợp được những kiến thức cơ bản của môn học… Đối với ngành Cơ khí, đây là một công việc thiết thực, không những giúp cho sinh viên được hòa mình vào thực tế, tích lũy kinh nghiệm, được khẳng định những kiến thức đã học trên lý thuyết, mà còn hình thành tác phong và khả năng nghề nghiệp của một kỹ sư

cơ khí thực thụ trong tương lai

Đồ án tốt nghiệp là một học phần nằm trong chương trình đào tạo kỹ sư Cơ khí

trường ĐHSPKT Đà Nẵng Đây là một học phần mới nằm trong các học phần tự chọn

trong trương trình đào tạo Mục đích của học phần là nhằm cho sinh viên tìm hiểu nghiên cứu về một số các loại dây chuyền, kết cấu máy nâng chuyển cơ khí thông dụng trong thực tế như các trạm dẫn động băng tải, xích tải, gầu tải, cầu trục Qua đó sinh viên được tìm hiểu thực tế, tiến hành tình toán thiết kế các cụm chi tiết, bộ phận máy nhằm nâng cao hiểu biết cho sinh viên

Đề tài của nhóm em được giao là “Nghiên cứu, tính toán thiết kế, mô hình hóa và

mô phỏng số cầu trục dầm đơn 7.5 tấn” Sau một quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và

thiết kế, đặc biệt nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình thầy giáo Bùi Hệ Thống, cùng

các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, đến nay nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài

đồ án của mình với một bản thuyết minh và các bản vẽ theo yêu cầu đề tài

Trong quá trình làm đồ án, mặc dù các thành viên trong nhóm đã đoàn kết, cố gắng

để đồ án của nhóm hoàn thiện nhất, nhưng do điều kiện thời gian và kinh nghiệm hạn chế, nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề án của nhóm được hoàn thiện nhất

Em xin chân thành cám ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Hồ Tấn Nam

Lê Tuấn Kiệt

ii

CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, tính toán thiết kế, mô hình hóa và mô phỏng số cầu trục dầm đơn 7.5 tấn” là công trình nghiên cứu của chúng

tôi không sao chép của ai, do chúng tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp và

thực hiện Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã đuợc nêu rõ trong

phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết quả trình bày trong đồ án là hoàn toàn trung thực, nếu sai chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của Bộ môn, Khoa và Nhà trường đề ra

Sinh viên thực hiện

(Chữ ký, họ và tên sinh viên)

iii

MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

LỜI NÓI ĐẦU… i

CAM ĐOAN……….ii

MỤC LỤC……… iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ viii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN……… 1

1.1 Tổng quan về thiết bị nâng chuyển 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Phân loại 1

1.1.3 Đặc điểm làm việc của hệ truyền động điện máy nâng chuyển 2

1.2 Giới thiệu về cầu trục 3

1.2.1 Khái niệm 3

1.2.2 Phân loại cầu trục 4

1.3 Nhiệm vụ và mục tiêu thiết kế 10

1.3.1 Nhiệm vụ 10

1.3.2 Mục tiêu thiết kế 11

1.3.3 Phân tích và chọn phương án thiết kế 12

1.3.4 Các phương án thiết kế cụ thể 14

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CẦU TRỤC 16

2.1 Cơ cấu nâng 16

iv

2.1.1 Sơ đồ dẫn động 16

2.1.2 Tính toán cơ cấu nâng 16

2.2 Cơ cấu di chuyển xe treo một ray 17

2.2.1 Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe treo 17

2.2.2 Tính toán cơ cấu di chuyển xe treo 18

2.3 Cơ cấu di chuyển cầu 19

2.3.1 Sơ đồ dẫn động 19

2.3.2 Tính toán cơ cấu di chuyển cầu 20

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU CẦU TRỤC ……… 23

3.1 Tính cơ cấu nâng 23

3.1.1 Chọn loại dây 23

3.1.2 Chọn Palăng 23

3.1.3 Tính kích thước dây cáp 24

3.1.4 Tính kích thước cơ bản của tang và ròng rọc 24

3.1.5 Chọn động cơ điện 26

3.1.6 Tính tỉ số truyền chung 27

3.1.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt 27

3.1.8 Tính chọn phanh 30

3.1.9 Bộ truyền 33

3.1.10 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng 33

3.2 Tính toán cơ cấu di chuyển xe treo một ray 40

3.2.1 Bánh xe và ray 40

3.2.2 Chọn động cơ điện 41

3.2.3 Tỷ số truyền 41

3.2.4 Kiểm tra điện về momen mở máy 41

v

3.2.5 Phanh 41

3.2.6 Bộ truyền 42

3.3 Tính toán cơ cấu di chuyển cầu 60

3.3.1 Các số liệu ban đầu 60

3.3.2 Bánh xe và ray 60

3.3.3 Động cơ điện 60

3.3.4 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy 60

3.3.5 Phanh 61

3.3.6 Bộ truyền 62

CHƯƠNG 4 TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CẦU TRỤC 67

4.1 Các số liệu ban đầu: 67

4.2 Tính toán dầm chính 67

4.2.1 Tải trọng tính 67

4.2.2 Xác định kích thước tiết diện của dầm chính 68

4.2.3 Ứng suất ở giữa tiết diện của dầm chính 71

4.2.4 Tính tiết diện gối tựa của dầm chính 72

4.2.5 Tính mối ghép hàn 74

4.3 Tính dầm cuối 74

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CẦU TRỤC 78

5.1 Ứng dụng điều khiển tự động vào thiết bị nâng chuyển 78

5.1.1 Khởi động từ là gì 78

5.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt dộng 79

5.1.3 Ưu điểm 80

5.2 Hệ thống thống điều khiển khởi động từ 80

CHƯƠNG 6 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỪ HỮU HẠN TRONG MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC KẾT CẤU CẦU TRỤC 82

vi

6.1 Giới thiệu: 82

6.2 Phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn: 82

6.2.1 Thiết kế mô hình 3D 82

6.2.2 Phân tích 83

6.2.3 Kết quả 88

6.3 Kết luận 89

CHƯƠNG 7 LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH ……… 90

7.1 Lập QTCN gia công chi tiết trục bị động cơ cấu di chuyển cầu 90

7.1.1 Phân tích chi tiết 90

7.1.2 Các yêu cầu lập quy trình công nghệ 91

7.2 Thiết kế các nguyên công cụ thể 91

7.2.1 Nguyên công 1 91

7.2.2 Nguyên công 2 93

7.2.3 Nguyên công 3 94

7.2.4 Nguyên công 4 95

7.2.5 Nguyên công 5 97

7.2.6 Nguyên công 6 98

7.2.7 Nguyên công 7 99

CHƯƠNG 8 QUY TRÌNH AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH CẦU TRỤC 101

8.1 An toàn khi vận hành cầu trục 101

8.2 Quy trình sử dụng an toàn cầu trục 103

8.2.1 Kiểm tra trước khi hoạt động 103

8.2.2 Sử dụng an toàn cầu trục trong hoạt động 103

8.3 Quy trình bảo dưỡng kỹ thuật 103

8.3.1 Ý nghĩa của việc bảo dưỡng kỹ thuật 103

vii

8.3.2 Nội dung của công tác bảo dưỡng kỹ thuật 103

KẾT LUẬN……… 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 3 1 Kết quả phép tính các thông số cho các trường hợp khác nhau 29

Bảng 3 2 Thông số móc treo 36

Bảng 3.3 Bảng thông số bộ truyền 43

Bảng 3.4 Kích thước then của xe treo 59

Bảng 3.5 Thông số ổ lăn của xe treo 59

Bảng 3.6 Thông số ổ lăn của trục dầm cuối 66

Bảng 7.1 Bảng chế độ cắt nguyên công 1 93

Bảng 7 2 Bảng chế độ cắt nguyên công 2 94

Bảng 7 3 Bảng chế độ cắt nguyên công 3 95

Hình 1.1 Quan hệ Mc = f(𝝎) khi động cơ không tải cầu 2

Hình 1 2 Phân xưởng có sử dụng cầu trục[17] 3

Hình 1 3 Cầu trục một dầm 5

Hình 1.4 Cầu trục một dầm truyền động bằng điện.[18] 6

Hình 1.5 Kết cấu cầu trục 2 dầm 7

Hình 1.6 Cầu trục 2 dầm.[19] 7

Hình 1.7 Cầu trục treo 8

Hình 1.8 Các phương án bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục 9

Hình 1 9 Cầu trục đẫn động bằng tay 10

Hình 1.10 Cầu trục dẫn động bằng động cơ 10

Hình 1 11 Sơ đồ động học cầu trục 14

Hình 2.1 Cơ cấu nâng 16

ix

Hình 2.2 Cơ cấu di chuyển xe treo 17

Hình 2.3 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bánh xe 19

Hình 2 4 Cơ cấu di chuyển cầu 20

Hình 2.5 Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng lên cầu lăn 21

Hình 3 1 Mặt cắt dây cáp 23

Hình 3 2 Palăng [23] 24

Hình 3 3 Kích thước chiều dài tang 25

Hình 3 4 Sơ đồ tải của cơ cấu nâng 27

Hình 3 5 Sơ đồ phanh đĩa điện từ 31

Hình 3.6 Phanh đĩa điện từ 32

Hình 3.7 Các loại móc treo .35

Hình 3.8 Sơ đồ tính toán móc đơn .36

Hình 3.9 Kích thước tiết diện A-A của thân móc .37

Hình 3 10 Biểu đồ momen trục tang .40

Hình 3 11 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bánh xe 40

Hình 3.12 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục 53

Hình 3.13 Biểu đồ momen trục 1 54

Hình 3 14 Biểu đồ momen trục 2 56

Hình 3 15 Biểu đồ momen trục III 58

Hình 3 16 Sơ đồ phanh má điện từ hành trình nhỏ 62

Hình 4 1 Mặt cắt ngang sơ bộ dầm chính 69

Hình 4 2 Mặt cắt ngang dầm chính 70

Hình 4 3 Sơ đồ xác định ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính 71

Hình 4 4 Sơ đồ tính tiết diện gối tựa và mối ghép dầm chính 73

x

Hình 4 5 Sơ đồ xác định khoảng cách bánh xe dầm cuối 74

Hình 4 6 Dầm cuối 75

Hình 4 7 Tiết diện cắt ngang dầm cuối 76

Hình 5 1 Cấu trúc Contactor- Khởi động từ 80

Hình 5 2 Sơ đồ tủ điều khiển 81

Hình 5 3 Sơ đồ mạch điện điều khiển cầu trục 81

Hình 6 1 Mô hình 3D 83

Hình 6 2 Tiết diện mặt cắt của dầm 83

Hình 6 3 Thuộc tính vật liệu dầm chính 84

Hình 6 4 Điều kiện ràng buộc 6 bậc tự do 85

Hình 6 5 Cài đặt chuyển vị cho dầm 86

Hình 6 6 Các loại phần tử khối trong Abaqus 86

Hình 6 7 Nhập kích thước lưới 87

Hình 6 8 Ứng suất tập trung tại vị trí gối đỡ 89

Hình 6 9 Sự biến đổi của dầm khi bị uốn cong 12.1mm 89

Hình 6 10 Lực tác dụng vào dâm khi dầm bị uốn cong 12.1mm 89

Hình 7 1 Chi tiết trục dẫn bánh xe cầu 90

Hình 8 1 Quy định an toàn khi sử dụng palăng- cầu trục[22] 102

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN

1.1 Tổng quan về thiết bị nâng chuyển

1.1.1 Khái niệm

Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo, ngàm treo, gầu ngoạm… hoặc gián tiếp như băng tải, xích tải, con lăn, đường ống v.v

Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá

và tự động hoá các quá trình sản xuất Trong quá trình sản xuất, máy nâng hạ vận chuyển đóng vai trò khá quan trọng Máy nâng, vận chuyển là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất Máy nâng vận chuyển được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, xây dựng, giao thông

Máy nâng vận còn được sử dụng trong dân dụng với các thiết bị nâng - vận chuyển phục vụ nhà ở, những nhà công cộng, các cửa hiệu lớn và các ga tàu điện ngầm thì cần có các loại thang máy, trong đó có thang điện cao tốc cho các nhà cao tầng, xuồng chở người Trong các siêu thị thì người ta dùng rất nhiều các cầu thang cuốn v

v

Trong nhóm máy vận chuyển thì cầu trục là một thiết bị vận chuyển điển hình

1.1.2 Phân loại

Theo tính chất làm việc thì máy nâng chuyển được chia làm 2 loại chính:

- Máy vận chuyển liên tục: Ở các loại máy này vật phẩm được di chuyển thành dòng ổn định và liên tục Có thể bốc rỡ ngay trong quá trình vận chuyển Máy vận chuyển liên tục được phân thành 2 nhóm:

+ Vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như băng tải, xích tải…

+ Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như hệ thống đường lăn,

ống dẫn

- Máy vận chuyển theo chu kỳ: Đặc trưng của loại máy này hoạt động có tính chất chu kỳ (luôn phiên giữa thời kỳ làm việc và thời gian nghỉ) của cơ cấu máy Phần chủ yếu của máy vận chuyển theo chu kỳ là máy trục Máy trục được chia ra làm 3 nhóm lớn

+ Máy trục đơn giản như kích, tời, pa lăng

+ Máy trục thông dụng, như cầu trục cần cẩu

+ Máy trục đặc chủng: Đó là loại máy dùng riêng theo yêu cầu nào đó như thang máy, trục bến cảng

1.1.3 Đặc điểm làm việc của hệ truyền động điện máy nâng chuyển

Máy nâng, vận chuyển thường được lắp đặt trong nhà xưởng hoặc để ngoài trời Môi trường làm việc của các máy nâng, vận chuyển rất nặng nề, đặc biệt là ngoài hải cảng, các nhà máy hoá chất, các xí nghiệp luyện kim

Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bi điện của các máy nâng, vân chuyển phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môi trường, nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác

Đối với hệ truyền động điện cho băng truyền và băng tải phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải Đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh Mc

Trên hình 1.1 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa mômen cản tĩnh và tốc độ động cơ: Mc = f(𝜔)

Trên đồ thị ta thấy:

Khi = 0, Mc lớn hơn (2÷2,5)Mc ứng với tốc độ

định mức thay đổi đối với cơ cấu nâng - hạ, mômen

theo

Động cơ truyền động cầu trục nhất là tải trọng rất

rõ rệt Khi không có tải trọng (không tải) mô men của

động cơ không vượt quá (15 ÷ 25)%Mđm Đối với cơ

cấu nâng của cần trục gầu ngoạm đạt tới 50% Mđm

Đối với động cơ di chuyển xe động cơ không tải cầu

bằng (50 ÷ 55)%Mđm

Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, vận

chuyển yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với thang máy và thang chuyên chở khách Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu của kĩ thuật an toàn

Năng suất của máy nâng, vận chuyển quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ Số lượng hàng hoá bốc xúc trong mỗi một chu kỳ không giống nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, động cho nên phụ tải đối với

cơ chỉ đạt (60 ÷ 70)% công suất định mức động cơ Do điều kiện làm việc của máy nâng, vận chuyển nặng nề, thường xuyên làm việc trong chế độ quá tải (đặc biệt là máy xúc) nên các máy nâng, vận chuyển được chế tạo có độ bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn

Hình 1.1 Quan hệ M c = f( 𝝎) khi động cơ không tải cầu

1.2 Giới thiệu về cầu trục

1.2.1 Khái niệm

Cầu trục là tên gọi chung của máy trục chuyển động trên đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật phẩm trong khoảng không (khẩu độ) giữa 2 đường ray đó

Cầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn

Hình 1 2 Phân xưởng có sử dụng cầu trục[17]

Cầu trục là một kết Cầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho

để nâng hạ và cấu dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu Vì vậy mà cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong không gian của nhà xưởng Cầu trục được sử dụng trong tất

cả các lĩnh vực của nền kinh tế với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm Đặc biệt, cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

- Đặc điểm về cầu trục:

Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm chính) liên kết với dầm ngang (dầm cuối), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di chuyển hai đường song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu thép Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hóa trong các nhà xưởng, phân xưởng

cơ khí, nhà kho bến bãi

Dầm cầu được gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm, trên đó, trên đó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọc theo dầm chính Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với với hai dầm cuối, trên mỗi dầm cuối có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động và cụm bánh xe bị động Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển con lăn (hoặc palăng) mà cầu trục có thể nâng hạ ở bất cứ vị trí nào trong không gian phía dưới mà cầu trục bao quát

Xét về tổng thể cầu trục gồm có phần kết cấu thép (dầm chính, dầm cuối, sàn công tác, lan can), các cơ cấu cơ khí (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con) và các thiết bị điều khiển khác

Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động bằng điện Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sữa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, không đòi năng suất và tốc độ cao Dẫn động bằng điện cho các loại cầu có tải trọng nâng và tốc độ nâng lớn sử dụng trong các phân xưởng lắp ráp và sữa chữa lớn Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500 tấn; khẩu độ dầm cầu đến

32 m; chiều cao nâng đến 16 m; tốc dộ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph; tốc độ di chuyển xe con đến 60 m/phút và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph Cầu trục có tải trọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật; một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ Tải trọng nâng của loại cầu trục

1.2.2 Phân loại cầu trục

- Cầu trục được phân loại theo các trưởng hợp sau:

a Theo công dụng:

Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trục chuyên dùng

- Cầu trục có công dụng chung: có kết cấu tương tự như các cầu trục khác, điểm

khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật đa dạng có thể nâng được nhiều loại hàng hoá khác nhau Thiết bị mang vật chủ yếu của loại cầu trục này là móc treo để xếp đỡ lắp ráp và sửa chữa máy móc Loại cầu trục này có tải rọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng với gầu ngoạm, nam châm điện hoặc thiết bị cặp để xếp đỡ một loại hàng nhất định

- Cầu trục chuyên dùng: là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên để

nâng một loại hàng nhất định Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độ làm việc rất nặng

b Theo kết cấu dầm

Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm:

- Cầu trục một dầm: là loại máy trục kiểu cầu thường chỉ có một dầm chạy chữ I

hoặc tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm cầu xe con treo palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoặc mang cơ cấu nâng di chuyển phía trên dầm chữ I, toàn

bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng palăng đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn

để làm cơ cấu nâng hạ hàng Nếu nó được trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn đông bằng tay, nếu được trang bị palăng điện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng điện

Hình 1 3 Cầu trục một dầm

1 Bộ phận cấp điện lưới ba pha 6 Palăng điện

Theo phương pháp dẫn động thì cầu trục 1 dầm được chia làm 2 nhóm:

+ Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay: có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất, chúng được sử dụng trong công việc phục vụ sữa chữa lắp đặt thiết bị với khối lượng công việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,5 ÷ 5 tấn, tốc độ làm việc chậm

+ Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palăng điện, sức nâng

có thể lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm có bộ phận cấp điện lưới ba pha

Với dạng này, cầu trục thiết kế có kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, không gian hoạt động lớn có thể di chuyển từ phân xưởng cơ khí này đến phân xưởng cơ khí khác mà không cần nhờ phương tiện trên mặt đất chỉ cần một cầu chuyển tiếp Đây chính là ưu

điểm của cầu trục kiểu treo so với cầu trục kiểu tựa Tuy nhiên, loại này chỉ thích hợp với chế độ làm việc nhẹ và trung bình

Hình 1.4 Cầu trục một dầm truyền động bằng điện.[18]

- Cầu trục 2 dầm: Kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm (Hình 1.5) gồm có: dầm

hoặc dàn chủ, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu, trên dầm đầu lắp các cụm bánh bánh xe di chuyển cầu trục, bộ máy dẫn động, bộ máy di chuyển hoạt động sẽ làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đường ray chuyên dùng đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu trục chiều quay của động cơ điện Xe con mang hàng di chuyển dọc theo đường ray lắp trên hai dầm (dàn) chủ; trên xe con đặt các bộ máy của tời hình, tời phụ và bộ máy di chuyển xe con, các dây cáp điện có thể

co dãn phù hợp với vị trí của xe con và cấp điện cho cầu trục nhờ hệ thanh dẫn điện đặt dọc theo tường nhà xưởng Các bộ máy của cầu trục thực hiện 3 chức năng: nâng

hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cầu trục Sức nâng của cầu trục 2 dầm thường trong khoảng 5 ÷ 30 tấn, khi có yêu cầu riêng có thể đến 50 tấn Ở cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng cùng với hai móc câu chính và phụ, tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25) sức nâng của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn Dầm chính của cầu trục hai dầm (Hình 1.6) được chế tạo dưới dạng hộp hoặc dàn không gian Dầm giàn không gian tuy có nhẹ hơn dầm hộp song không chế tạo vì thường chỉ dùng cho cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ lớn Dầm cuối của cầu trục hai dầm thường được làm dưới dạng hộp và liên kết với các dầm chính bằng

bu lông hoặc hàn

Hình 1.5 Kết cấu cầu trục 2 dầm

Hình 1.6 Cầu trục 2 dầm.[19]

c Theo cách tựa của dầm chính

Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo

- Cầu trục tựa: là loại cầu trục mà hai đầu của dầm chính tựa lên các dầm cuối,

chúng được liên kết với nhau bởi đinh tán hoặc hàn Loại cầu trục này có kết cấu đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên được sử dung rất phổ biến Phần kết cấu thép của dầm cầu có hai đầu tựa lên các dầm cuối với các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng Loại cầu trục này thường dùng phương án dẫn động chung Phía trên dầm chữ I là khung giàn thép để đảm bảo độ cứng vững theo phương ngang của dầm cầu Palăng điện có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng Ca bin điều khiển 2 được treo vào phần kết cấu chịu lực của cầu trục

- Cầu trục treo: (hình 1.7) là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu thép có thể

chạy dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo Do liên kết treo của các ray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ được dùng trong các trường hợp đặc biệt cần thiết So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song đồng thời kết cấu thép của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn cầu trục tựa

Hình 1.7 Cầu trục treo

a) Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo

d Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển

Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn động chung

và cầu trục dẫn động riêng

Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương án dẫn động chung

và dẫn động riêng Trong phương án dẫn động chung, động cơ dẫn động được đặt ở

giữa dầm cầu và truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động ở hai bên ray nhờ các trục truyền Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh và quay trung bình (hình 1.8, a, b, c) Ở phương án dẫn động riêng (hình 1.8, d) mỗi bánh xe hoặc cụm bánh xe chủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động

Hình 1.8 Các phương án bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục

Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay chậm (hình 1.8, a) gồm động cơ

điện 1, hộp giảm tốc 2

Các phương án dẫn động hộp giảm tốc 2 và các đoạn trục truyền 3 nối với nhau

và nối với trục ra của hộp giảm tốc bằng các khớp nối 4 Trục truyền tựa trên các gối

đỡ 5 bằng ổ bi Do phải truyền momen xoắn lớn nên trục truyền, khớp nối và ổ bi có kích thước rất lớn đặc biệt khi cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ dầm lớn Các đoạn trục truyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng So với trục đặc tương đương, trục rỗng có trọng lượng nhỏ hơn 15 – 20% Phương án này được sử dụng tương đối phổ biến trong các cầu trục có khẩu độ không lớn, đặc biệt là các cầu trục có kết cấu dầm

không gian có thể bố trí dễ dàng các bộ phận của cơ cấu

Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay trung bình (hình1.6, b) có trục truyền 3 truyền chuyển động đến bánh xe di chuyển cầu trục qua cặp bánh răng hở 4

Vì vậy mà mômen xoắn trên trục nhỏ hơn so với trục truyền chậm và kích thước của chúng cũng nhỏ hơn

Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay nhanh (hình 1.8, c) có trục truyền được nối trực tiếp với trục động cơ và vì vậy nó có đường kính nhỏ hơn 2 –

3 lần và trọng lượng nhỏ hơn 4 ÷ 6 lần so với trục truyền quay chậm Tuy nhiên, do quay nhanh mà nó đòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác

Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (hình 1.8, d) gồm hai cơ cấu như nhau dẫn động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt Công suất mỗi động cơ thường lấy bằng 60% tổng công suất yêu cầu Phương án này tuy có sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hai bên ray không đều song do gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sử dụng phổ biến hơn, động cơ đặc biệt là trong những cầu trục có khẩu độ trên 15m

e Theo nguồn dẫn động

Theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn động máy.

- Cầu trục dẫn động bằng tay: (hình 1.9) được dùng chủ yếu trong sửa chữa lắp

ráp nhỏ và các công việc nâng - chuyển hàng không yêu cầu tốc độ cao Cơ cấu nâng của loại cầu trục này thường là palăng xích kéo tay Cơ cấu di chuyển palăng xích và cầu trục cũng được dẫn động bằng cách kéo xích từ dưới lên Tuy là thiết bị nâng thô

sơ song do giá thành rẻ và dễ sử dụng mà cầu trục dẫn động bằng tay vẫn được sử

dụng có hiệu quả trong các phân xưởng nhỏ

- Cầu trục dẫn động bằng động cơ: (hình 1.10) được dùng chủ yếu trong các

phân xưởng sửa chữa, lắp ráp lớn và công việc nâng - chuyển hàng yêu cầu có tốc độ

và khối lượng lớn Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện Cơ cấu di chuyển palăng điện, xe con và cầu cũng được dẫn động từ động cơ điện Loại cầu trục này được dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu điểm nổi bật là khả năng tự động hoá, thuận tiện cho người sử dụng và có thể sử dụng trong việc vận chuyển các loại hàng có khối lượng lớn

Hình 1 9 Cầu trục đẫn động bằng tay

Hình 1.10 Cầu trục dẫn động bằng động cơ

1.3 Nhiệm vụ và mục tiêu thiết kế

Thiết kế là một quá trình sáng tạo trong quá trình này người thiết kế phải tìm hiểu, đề cập và giải quyết thoả đáng hàng loạt các yêu cầu khác nhau về phương pháp tính toán, chỉ tiêu khả năng làm việc, công nghệ chế tạo và quy trình lắp ráp, sử dụng, sửa chữa theo nhiều phương pháp khác nhau Nhiệm vụ chính của thiết kế là tìm ra và

cụ thể hoá các giải pháp kỹ thuật để từ đó lựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp với nhiệm vụ như thiết kế Cuối cùng là đưa ra những thông tin về đối tượng thiết kế và từ những thông tin đó có thể tạo ra một sản phẩm cụ thể

Việc thiết kế phải đảm bảo khả năng thực hiện được các giải pháp kỹ thuật, nghĩa

là phải có sự phù hợp giữa các đặc tính kỹ thuật của các đối tượng mới với các giải pháp kỹ thuật và mức độ phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như thực tế sản xuất

- Trong đề tài này, việc thiết kế được giới hạn trong “Thiết kế cầu trục phục vụ cho việc di chuyển vật nặng với tải trọng 7,5 tấn” sao cho đảm bảo được các tính năng

kỹ thuật và yêu cầu đặt ra

1.3.2 Mục tiêu thiết kế

a) Kết cấu chung

Mỗi loại máy nâng được cấu thành từ hai bộ phận cơ bản: kết cấu thép và bộ phận cơ khí Ngoài hai bộ phận trên còn có phần trang bị điện, các bộ phận điều khiển, các cơ cấu bảo vệ an toàn… Phần kết cấu thép có hình dạng, kích thước ngoài khác nhau, phù hợp với không gian, tính chất công việc và đối tượng mà chúng phục vụ cũng như điều kiện kinh tế kỹ thuật khác Kết cấu thép là xương sống là bộ phận chịu tải của cả máy nâng mà trong quá trình làm việc trọng lượng các cơ cấu cơ khí, tải trọng nâng chuyền đến Các cơ cấu cơ khí được lắp đặt trực tiếp trên bộ phận kết cấu thép và thực hiện chức năng nâng hạ, di chuyển hoặc quay máy nâng, thay đổi tầm với Người ta phối hợp các chức năng của các cơ cấu trên để nâng hạ di chuyển vật trong không gian mà máy nâng có thể thao tác

Bộ phận cơ cấu cơ khí là tập hợp các bộ truyền dẫn động từ động cơ đến bộ công tác Các bộ phận này có thể là cơ khí, thuỷ lực, khí nén hoặc hỗn hợp của các loại đó Đại đa số các máy nâng sử dụng truyền động cơ khí mà kết cấu của chúng là: động cơ, hộp giảm tốc, trong đó có các trục, khớp nối, ổ bi, các cặp bánh răng, cáp hoặc xích truyền động tang cuốn cáp, puli, phanh,… được xắp xếp theo một thứ tự và quy luật truyền động nhất định Tính toán các cơ cấu truyền động là tính toán chức năng của máy (động học, động lực học như là số vòng, tốc độ, phương chiều chuyển động, lực tác đông…), sức bền các cơ cấu để từ đó định ra kích thước hình học, công suất động

cơ và các thông số khác nhằm làm cho máy nâng đặt được các yêu cầu kĩ thuật phù hợp với yêu cầu thức tế đòi hỏi đặt ra

Đối với tính toán sức bền nhằm tìm được kích thước của các cơ cấu đặt độ cứng vững và bền mòn Tính toán bền thường trải qua hai giai đoạn trước tiên là lựa chọn sơ

bộ sau đó là tính chính xác Lựa chọn sơ bộ là mục đích xác định nhanh những kích thước chính theo phương pháp đơn giản và gần đúng Tính toán chi tiết hay tính chính xác nhằm mục đích kiểm tra và điều chỉnh lại kích thước cơ cấu đã lựa chọn sơ bộ Cách tính này thường dựa vào tính chất mỏi của vật liệu

Hư hỏng các cơ cấu máy nâng chủ yếu là do gẫy và mòn Việc tính bền chi tiết là phải xác định chính xác kích thước để có khả năng cững vững chống lại các tải trọng tác dụng lên chúng, bảo đảm tuổi thọ của chúng đồng thời bảp đảm tính kinh tế không quá lãng phí vật liệu Mòn của các chi tiết cơ cấu diễn ra từ từ và lâu dài Để đảm bảo

độ mòn cho phép cần quan tâm tới chất lượng vật liệu và phương pháp xử lý bề mặt các vật liệu đó phù hợp điều kiện làm việc theo yêu cầu của từng chi tiết bộ phận và đạt được tuổi thọ của cả máy đã xác định trước

b) Yêu cầu chung

Trong tính toán thiết kế “Cầu trục dầm đơn 7,5 tấn “cần thoả mãn các yêu cầu

sau:

-Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển trong phân xưởng cơ khí

-Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang và không gian nhà xưởng

-Phải đạt được tính kinh tế cao: nghĩa là thiết bị sau khi chế tạo và các chi phí vận chuyển của thiết bị phải là tối ưu nhất

-Kích thước các chi tiết, kết cấu cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo được các tính năng của nó

-Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp đặt trong phân xưởng

-Sử dụng đơn giản, làm việc phải có độ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố ở mỗi chế độ nâng chuyển

-Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị được dễ dàng trong những trường hợp cần thiết

- Thiết bị phải đặt tuổi bền cần thiết

1.3.3 Phân tích và chọn phương án thiết kế

Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới “cầu trục dầm đơn 7,5 tấn”, trước tiên ta phải phân tích chọn sơ đồ kết cấu cầu trục sao cho phù hợp với mục

đích và đặc điểm sản xuất của phân xưởng sau đó tiến hành chọn phương án thiết kế cho phù hợp, chính xác và đạt hiệu quả cao nhất

a) Các thông số kỹ thuật cơ bản của cầu trục

Đặc tính của cầu trục được biểu thị bằng các thông số cơ bản sau:

- Tải trọng nâng: Q = 7,5 (tấn) là Tải trọng nâng là đặc tính cơ bản của máy trục, biểu thị bằng đơn vị N hay KN nhưng trong thực tế sử dụng để thuận tiện người ta sử dụng đơn vị khối lượng là kg, tấn Tải trọng nâng gồm trọng lượng của vật nâng (hàng) cộng với trọng lượng của cơ cấu móc hàng

- Chiều cao nâng: H = 6 (m) là khoảng cách từ mặt sàn, bãi làm việc của cầu trục đến vị trí cao nhất của cơ cấu móc

- Khẩu độ dầm cầu: L = 12 (m) là thông số biểu thị phạm vi hoạt động của cầu trục, là khoảng cách từ tâm bánh xe di chuyển này đến tâm bánh xe di chuyển kia hay

là khoảng cách giữa các vệt lăn

- Tốc độ làm việc V (m/ph): Tốc độ làm việc được xác định theo điều kiện làm việc và theo từng loại cầu trục trong đó gồm:

- Từ các loại cầu trục trên, qua tìm hiểu thực tế về đặc điểm kết cấu và tính năng

kỹ thuật của cầu trục phục vụ trong các phân xưởng tôi thấy loại cầu trục một dầm có

xe con treo palăng di chuyển trên cạnh trên là loại phù hợp nhất Loại cầu này có ưu điểm hơn cả vì có kết cấu vững chắc, thích hợp cho việc di chuyển trong các phân xưởng cũng như yêu cầu về tải trọng, làm việc tin cậy, sử dụng đơn giản, thuận tiện cho việc bảo dưỡng thiết bị nếu xảy ra sự cố và đạt hiệu quả kinh tế cao Chính vì vậy chọn loại cầu này để thiết kế (hình 1.11)

Hình 1 11 Sơ đồ động học cầu trục

1 Bánh xe 2 Dầm chính 3 Cơ cấu di chuyển xe lăn

7 Dầm cuối 8 Dầm chữ I 9 Cơ cấu di chuyển cầu

- Kết cấu thép: Gồm có dầm cầu (dầm chủ) dựa vào hai dầm ngang (dầm cuối),

ở cuối hai dầm ngang có đặt các bánh xe, bánh xe di chuyển nhờ nguồn động lực dẫn động Toàn bộ cầu trục di chuyển trên hai để đường ray trên cột tường nhà, xe con (xe lăn) chuyển động theo dọc đường ray đặt trên dầm chủ Trên xe con có đặt các cơ cấu nâng chính, cơ cấu nâng phụ, cơ cấu di chuyển xe con Đường dây lấy điện cấp điện cho cầu trục

- Phương án dẫn động: mỗi cơ cấu (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu) đều được dẫn động bằng một động cơ điện

- Cầu trục được trang bị thiết bị mang vật là móc treo

- Các cơ cấu được điều khiển bằng hộp nút bấm từ dưới nền nhà

- Thiết kế theo Quy Phạm: Đây là một trong những phương pháp thiết kế cho ta

đi thiết kế nhanh nhất đảm bảo dư bền vì các Quy Phạm đặt ra được dựa vào các kinh nghiệm và cách tính dư bền Tuy nhiên phương pháp này không thể áp dụng cho các trường hợp đặc biệt được và các chi tiết thiết kế ra cho ta dư bền

- Thiết kế theo số liệu thống kê: Chúng ta thống kê các chi tiết sản phẩm phân tích lựa chọn xem chi tiết nào hoạt động hiệu quả và gần với thiết kế mình nhất Từ đó cho ta thiết kế chi tiết dựa vào kết quả vừa mới thống kê được

- Thiết kế theo tính toán: Đây là một trong bốn phương pháp cho ta kết quả chính xác nhất và có tính kinh tế cao, tuy nhiên nó có nhược điểm là khó khăn trong các phương pháp tính toán và đi thiết lập các công thức tính toán

Mỗi phương án thiết kế đều có những đặc điểm và ưu nhược điểm khác nhau, do

đó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn phương án nào cho phù hợp nhất theo yêu cầu và mục đích của vấn đề cần giải quyết để đạt hiệu quả cao nhất Vậy với yêu cầu

và mục đích cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục ta chọn phương án thiết kế theo tính toán vì đây là phương án cho ta kết quả chính xác nhất, tính kinh tế và hiệu quả

cao nhất

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CẦU TRỤC

2.1 Cơ cấu nâng

2.1.1 Sơ đồ dẫn động

Hình 2.1 Cơ cấu nâng

1 Động cơ điện2 Tang3 Phanh điện từ

4 Hộp giảm tốc 5 Móc treo 6 Ròng rọc Việc lựa chọn cơ cấu nâng theo phương án này là do palăng của nó có thể nâng vật theo phương thẳng đứng tránh được 1 phần dao động do vật nặng gây ra Hơn nữa kết cấu của cơ cấu nâng theo phương án này nhỏ gọn, đảm bảo yêu cầu khi làm việc

2.1.2 Tính toán cơ cấu nâng

a Các số liệu ban đầu:

- Tải trọng nâng: Q = 7,5T =75000 (N)

- Trọng lượng của bộ phận mang vật nâng: Qm = 1000 (N)

- Chiều cao nâng: H = 6 (m)

 = 0,98 - Hiệu suất của một ròng rọc Theo bảng 2-5 [1]

m = 1- Số nhánh cáp quấn lên tang

: hiệu suất của cơ cấu

Với hiệu suất cơ cấu:

 = 𝑝 𝑡 𝑜 = 0,96 0,96 0,95 = 0,87

𝑝= 0,96: Hiệu suất của palăng

𝑡= 0,96: Hiệu suất tang, tăng lắp trên ổ lăn bảng 1-9 𝑜= 0,95: Hiệu suất của bộ truyền, xuất phát từ các số liệu bảng 1-9 [1]

2.2 Cơ cấu di chuyển xe treo một ray

2.2.1 Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe treo

Hình 2.2 Cơ cấu di chuyển xe treo

1 Phanh đĩa điện từ2 Bánh xe

3 Khớp nối 4 Động cơ điện 5 Bánh răng Đây là loại sơ đồ thường dùng nhất đối với xe treo một ray hiện nay

2.2.2 Tính toán cơ cấu di chuyển xe treo

a Các số liệu ban đầu:

- Tải trọng tác dụng lên bánh xe bao gồm trọng lượng bảo thân xe trên một ray

G0 (kể cả bộ phận mang vật) và trọng lượng vật nâng Q

+ Khi không có vật nâng bánh xe chịu tải trọng như nhau:

Pmin = 𝐺0

4 = 5000

4 = 1250 (N) + Khi có vật nâng tải trọng tác dụng lên báng xe phân bố không đều nhau

nhưng do sự phân bố khối lượng lệnh tâm không đáng kể nên trường hợp này các bánh xe cũng xem như chịu tải như nhau:

P = 𝑄

4 = 18750 (N) Vậy tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe:

Pmax = Pmin + P = 1250 + 18750 = 20000 (N)

- Tải trọng tương đương tác dụng lên bánh xe được xác định theo công thức 3-65 [1] trang 73

Pbx = γ Kbx Pmax Trong đó: γ = 0,8 là hệ số tính đến sự thay đổi của tải trọng xác định theo bảng 3-13 [1] trang 74 với Q/Q0 >1

Kbx = 1,1 là hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu máy theo bảng 3.12 [1] trang 74., chế độ làm việc trung bình

Pbx = 0,8 1,2 20000 = 19200 (N)

Hình 2.3 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bánh xe

c Tính công suất tĩnh của động cơ:

Lực cản tĩnh xác định theo công thức 3-34 [1] trang 64:

Wt = k1 W1 + W2 + W3(N) Trong đó:

+ W1: lực cản do ma sát tính theo công thức 3-40 [1]:

W1 = (G0 + Q).2.µ+𝑓.𝑑

𝐷𝑏𝑥 = (5000 + 75000) 2.0,3 +0,015 35

140 = 643 (N) Với µ = 0,3 là hệ số ma sát lăn bảng 3-7 [1] trang 65

f = 0,015 là hệ số ma sát trong ổ trục con lăn bảng 3-8[1]

d = 35 (mm) là đường kính ngõng trục chọn sơ bộ

Dbx = 140 (mm) là đường kính bánh xe chọn sơ bộ

+ W2: lực cản do tốc độ đường ray xác định theo công thức 3-41

W2 = 𝛼 (G0 + Q) = 0,002 (5000 + 75000) = 160 (N) Với 𝛼 = 0,002 là tốc độ đường ray lấy theo bảng 3-9 [1] trang 66

+ W3 = 0 lực cản do gió, vì cầu trục đặt trong nhà xưởng

Trong đó: ƞđ𝑐 = 0,85 là hiệu suất cơ cấu di chuyển lấy theo bảng 1-9 [1]

2.3 Cơ cấu di chuyển cầu

2.3.1 Sơ đồ dẫn động

Hình 2 4 Cơ cấu di chuyển cầu

1, 2 Động cơ giảm tốc 3 Bánh răng nhỏ

4 Bánh xe gắn bánh răng Động cơ 1,2 có vai trò dẫn động cả cụm cơ cấu Sau khi khởi động cơ khởi động, mômen xoắn đường truyền đến hộp giảm tốc 3 thông qua khớp nối 4 Sau đó, khi mô-men xoắn được truyền tới hộp giảm tốc 3 ở đầu vào, tại đầu ra của hộp giảm tốc 3, mô-men này được biến đổi thành giá trị lớn hơn và có tỉ lệ với số truyền của hộp giảm tốc để dẫn động bánh xe 5 Mômen được truyền từ trục ra của hộp giảm tốc để dẫn động bánh xe 5 thông qua khớp nối

2.3.2 Tính toán cơ cấu di chuyển cầu

a) Các số liệu ban đầu:

- Trọng lượng vật nâng: Q = 75000 (N)

- Trọng lượng xe treo một ray bao gồm cơ cấu nâng: G0 = 5000 (N)

- Dựng 3D chọn vật liệu và tính khối lượng bằng phần mềm solidworks

- Trọng lượng cầu lăn: Gcl = Gdc + Gsbc + Gth + G

Trong đó:

+ Trọng lượng dầm cuối: Gdc = 2.1700 = 3400 (N) + Trọng lượng cụm di chuyển: G = 5000 (N) + Trọng lượng dầm chính: 17600 (N)

+Trọng lượng cầu lăn là: 26000 (N)

- Vận tốc di chuyển cầu: Vc = 35 (m/ph)

- Chế độ làm việc của cơ cấu: bình thường

b) Xác định tải trọng lên các bánh xe di chuyển:

Tải trọng tác dụng lên các bánh xe bao gồm:

+ Trọng lượng cầu lăn: Gcl = 26000 (N)

+ Trọng lượng xe lăn một ray bao gồm cơ cấu nâng: G0 = 5000 (N)

+ Trọng lượng vật nâng: Q = 75000 (N)

Hình 2.5 Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng lên cầu lăn

- Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe C (và D) khi xe lăn có vật nâng lớn nhất tại một đầu bên trái cầu:

Vậy bánh xe làm việc an toàn

c) Tính công suất tĩnh của động cơ:

Lực cản tĩnh xác định theo công thức 3-41 [1] trang 64

f = 0,015 là hệ số ma sát trong ổ trục con lăn bảng 3-8 [1]

d = 60 (mm) là đường kính trục chọn sơ bộ

Dbx = 250 (mm) là đường kính bánh xe chọn sơ bộ

+ W2: lực cản do tốc độ đường ray xác định theo công thức 3-41 [1]

W2 = 𝛼 (Gcl + Q) = 0,002 (26000 + 75000) = 202 (N) Với 𝛼 = 0,002 là tốc độ đường ray lấy theo bảng 3-9 [1] trang 66

+ W3 = 0 lực cản do gió, vì cầu trục đặt trong nhà xưởng

+ kt = 3,2 là hệ số tính đến ma sát thành bánh xe lấy theo bảng 3-6 [1] trang 64 phụ thuộc vào tỷ số: 𝐿

1700 = 7,1 Thay các giá trị vào công thức tính Wt

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU CẦU TRỤC

3.1 Tính cơ cấu nâng

3.1.1 Chọn loại dây

Dây thường dùng trong máy trục có 2 loại dây chính đó là xích và cáp Xích có

ưu điểm là dễ uốn, có thể làm việc với tang và đĩa xích có đường kính nhỏ nên bộ truyền có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản Tuy nhiên, nó chỉ làm việc với vận tốc gới hạn không quá 1 m/s Nếu vận tốc quá vận tốc gới hạn thì các mắt xích bị mòn nhanh làm

2 tăng khả năng đứt xích Vì vậy xích thường ít dược sử dụng hơn cáp

Dây cáp thép là loại dây được dùng trong ngành máy trục nhiều nhất vì nó có khả năng làm việc với vận tốc cao mà không ồn, uốn được theo mọi phương, chịu được tải trọng khác nhau, trọng lượng bản thân nhỏ và ít đứt đột ngột Cáp có nhiều loại như: cáp bện đơn, cáp bện kép, cáp bện trái, cáp bện phải, bện hỗn hợp Trong đó cáp bện kép là loại được dùng chủ yếu trong máy trục Ta chọn loại cáp ЛK-3 6x25+1 lõi đay theo tiêu chuẩn GOST 7665-80 làm dây cho cơ cấu nâng

Hình 3 1 Mặt cắt dây cáp

3.1.2 Chọn Palăng

Có 2 loại palăng thường dùng đó là: palăng đơn và palăng kép

Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tải trọng lớn ta dùng một palăng Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang

Do cầu lăn thực hiện việc nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng và do đặc điểm thiết

kế nên ta chọn palăng điện có động cơ bố trí đồng trục với tang Bội suất của palăng a

= 2 và là loại palăng đơn

Smax – Lực căng lớn nhất trong dây

n = 5,5 - Hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng 2-2 [1] trang 19 Xuất phát từ điện kiện bền theo công thức (2-10), với loại dây đã chọn ở trên, với giới hạn bền của sợi δb = 1600 N/mm2 Theo tiêu chuẩn GOST 7665-80, chọn đường kính dây cáp dc = 21 mm

3.1.4 Tính kích thước cơ bản của tang và ròng rọc

a) Đường kính tang:

Đường kính nhỏ nhất của tang và ròng rọc phải thích hợp với cáp để tránh cáp bị uốn nhiều gây ra mỏi và đảm bảo độ bền lâu cho cáp

Dt ≥ dc (e -1) = 21 (25 – 1) = 504 (mm) Trong đó: Dt - Đường kính tang đến đáy rãnh cát, mm

dc = 21 mm – Đường kính dây cáp quấn lên tang

e = 25 – Hệ số thực nghiệm, tra theo bảng 2-4 [1] trang 20

Ở đây ta chọn đường kính tang gấp hai lần đường kính ròng rọc:

Dt = 2Dr = 504 mm

b) Chiều dài tang:

Chiều dài tang được tính sao cho khi hạ vât xuống vị trí thấp nhất trên tang vẫn còn lại ít nhất là (1,5 ÷ 3) vòng cáp dự trữ, không kể những vòng nằm trong cặp (Quy định an toàn)

Chiều dài làm việc của tang đơn một lớp cáp:

Lt = Z.t + l Trong đó: t là bước cáp được xác định: t = dc + 2,5 = 23,5 mm

Z là số vòng cáp cuốn lên tang công thức 1.18 [2]

Z = 𝑎 𝐻

𝜋 𝐷0 + 3 Với: H là chiều cao nâng H = 6 (m) = 6000 (mm)

a là bội suất palăng

D0 là đường kính danh nghĩa của tang tính đến tâm lớp cáp thứ nhất D0 = Dt + dc = 504 + 21 = 525 mm

φ = 0,7 - hệ số giảm ứng suất đối với tang bằng thép

K = 1 – hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên tang [1]- trang 22 Tang được đúc bằng thép C45 là loại vật liệu có tính đúc tốt, có giới hạn bền nén

là 𝜎𝑏𝑛 = 500 N/mm2, theo [1] Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với

Động cơ điện với dòng điện xoay chiều được sử dụng phổ biến hơn cả Có hai loại: Động cơ máy trục kiểu dây cuốn (ký hiệu MT) và động cơ máy trục kiểu lòng sóc (ký hiệu MTK) ở các động cơ này đường đặc tính ở phần làm việc rất cứng Do đó, dù tải trọng thay đổi nhiều, vận tốc chuyển động cũng sẽ thay đổi rất ít, có thể xem như vận tốc động cơ điện xoay chiều không phụ thuộc vào tải trọng

Động cơ điện chọn cho cơ cấu nâng phải thoãn mãi 2 yêu cầu sau:

- Khi làm việc trong thời gian dài với chế độ ngắt đoạn lặp đi lặp lại, với cường

độ cho trước, động cơ không được nóng quá mức cho phép, để không làm hỏng vật liệu cách điện trong động cơ

-Công suất động cơ phải đủ đảm bảo mở máy với gia tốc cho trước

Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo công thức sau: