Thiết kế cần trục chân đế mâm quay KPM 32,5 Tấn - Chương 5

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cần trục chân đế mâm quay KPM 32,5 Tấn

6 5

4 2

1

3

M

CHƯƠNG

CHƯƠNG V

TÍNH TOÁN CƠ CẤU THAY ĐỔI TẦM VỚI TÍNH TOÁN CƠ CẤU THAY ĐỔI TẦM VỚI

5555 1 GIỚI THIỆU: 1 GIỚI THIỆU: 1 GIỚI THIỆU:

5 1 1 giới thiệu về cơ cấu thay đổi tầm với:5 1 1 giới thiệu về cơ cấu thay đổi tầm với:

Có nhiều dạng thay đổi tầm với của cần trục như: Palăng cáp, thanh răng bánh răng, trục vít bánh vít, xilanh thuỷ lực …tuy nhiên đối với cần trục chân đế thì ta thường sử dụng cơ cấu thay đổi tầm với bằng thanh răng – bánh răng Ưu điểm của cơ cấu này là: kết cấu gọn nhẹ, độ tin cậy khi làm việc lớn, có khả năng chống lật cần về phía sau, giá thành hạ Cần trục chân đế với hệ thống cân bằng khi thay đổi tầm với phải đảm bảo trọng tâm của hệ cần không phát sinh hiện tượng nâng lên hạ xuống trong suốt quá trình thay đổi tầm với, đồng thời đảm bảo quỹ đạo chuyển động của hàng gần như một đường nằm ngang Để đảm bảo vấn đề này người ta sử dụng hệ tay đòn kiểu khâu khớp bản lề Phương pháp này giúp cho hệ cần khi làm việc có độ an toàn cao

5 5 5.1.1.1 2.2.2 Sơ đồ hình học của cơ cấu thay đổi tầm vớiSơ đồ hình học của cơ cấu thay đổi tầm vớiSơ đồ hình học của cơ cấu thay đổi tầm với: : : :

1 - Cần

2 - vòi

3 - Cáp giằng 4 - Cáp nâng

5 - Tay đòn đối trọng 6 - Thanh răng bánh răng

5.1.3 S5.1.3 S5.1.3 Sơ đồ động cơ cấuơ đồ động cơ cấuơ đồ động cơ cấu::::

1- Động cơ

2- Khớp nối

3,4 - phanh

5- Hộp giảm tốc

6- Thanh răng

7- Bánh răng ăn khớp

* Hoạt động:

Khi đóng điện cho động cơ điện mômen được truyền qua khớp nối 2, tới hộp giảm tốc 5 và ra bánh răng ăn khớp 7 xẽ truyền chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng 6 sẽ trượt trên các thanh đỡ Một đầu của thanh răng liên kết bản lề với cần do vậy mà cần được nâng lên hay hạ xuống Để đảm bảo an toàn ta sử dụng hai phanh thường đóng

5

5.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỆ CẦN:2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỆ CẦN:2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỆ CẦN:

Với:

b: Chiều dài giằng

a: Chiều dài đuôi vòi

5555 2.2.2.1 Xác định chiều dài cầ1 Xác định chiều dài cầ1 Xác định chiều dài cần và chiều dài đầu vòin và chiều dài đầu vòin và chiều dài đầu vòi

Để xác định chiều dài cần và chiều dài đầu vòi, ta vẽ cần ở 2 vị trí ứng với góc

( cáp nâng song song với trục cần, vòi thẳng)

Kích thước hệ cần khi thiết kế phải thoả mãn điều kiện:

3

1 4

R

R =

γ1 = 5 ÷100 -> Chọn γ1 = 100

γ2 = 5 ÷100 -> Chọn γ2 = 100

H = Lc.sinαmin – Lx.sinγ3

H = Lc.cos γ1 - Lxcos γ2

Rmin = LC sin γ1 + Lxsin γ2 + C

Lc.sinαmin – Lx.sinγ3 = Lc.cos γ1 - Lxcos γ2

Lc(sinαmin - cos γ1) = Lx(sinγ3 - cos γ2)

Vậy ta có:

10 cos 15 sin cos

sin

cos sin

0 0

0 0

1 min

γγ

5.25.25.2.2 2 2 Xác định chiều dài giằngXác định chiều dài giằngXác định chiều dài giằng

- Chiều dài giằng theo công thức kinh nghiệm

a = 3,17 m

3 1

2 (0,2 0,3)C C

tròn có tâm là chốt đuôi giàng có bán kính chính là đoạn từ chốt đuôi giằng đến đuôi vòi

Từ phép dựng hình ta xác định dược chiều dài giằng: b =21,47 m

Họa Đồ Vị TríHọa Đồ Vị TríHọa Đồ Vị Trí

5 3 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ MÔ MEN MẤT CÂN BẰNG CẦN:3 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ MÔ MEN MẤT CÂN BẰNG CẦN:3 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ MÔ MEN MẤT CÂN BẰNG CẦN:

5 35 35 3 1 1 1 Xây dựXây dựXây dựng đồ thị thay đổi mô men cầnng đồ thị thay đổi mô men cầnng đồ thị thay đổi mô men cần, vòi, vòi, vòi theo tầm theo tầm theo tầm với với với: : : :

Khi cần trục làm việc thì cần của cần trục nằm ở vị trí khác nhau, do vậy khoảng cách từ trọng tâm cần tới chốt cần cũng thay đổi và sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi mômen của cần đối với chốt đuôi cần

Để xây dựng đồ thị thay đổi mômen cần theo tầm với ta xét ở một số vị trí khác

các tầm với khác nhau

Cần trục thiết kế, trọng lượng thiết bị cần và đối trọng được bố trí như hình vẽ Để

được bố trí thông qua hệ tay đòn đối trọng

Gọi:

Giả thiết:

x x

x G G

G0 = G0’+ G0”

Việc phân tích này dựa vào phương pháp phân tích lực song song theo tỉ lệ cánh tay đòn ( sự cân bằng mômen)

Trên hình vẽ thì lực N cách chốt đuôi cần một đoạn f (f là giá trị giao động quanh gốc A) Trong quá trình thay đổi tầm với như vậy, trọng lượng thiết bị cần gây ra 1 mômen đối với điểm A:

MC (A) = Gc Lc + (Gx’ + G0’)Lx ± Nf

Tuy nhiên khi lực N đi qua điểm A thì f = 0 -> mômen do lực N gây ra sẽ bằng 0

Xác định mômen tại các vị trí tính toán ta có:

2 1

1 '

X X

X G

) ' 1 ( 1

"

2 1

X

X Gx G X X

3 0

"

0

.

X X

X G G

X(m) (m) (m) 7,240 6,2154 5,626 4,685 4,873 3,7 1,80 0,90 f(m)

LLLL C (m) (m) 4,53 4,11 3,67 3,2 2,7 2,9 1,73 1,11 LLLL X (m) (m) 18,1 16,46 14,68 12,8 10,82 8,76 6,63 4,45 G” X ((((KG KG KG)))) 634,66 679,17 706,42 740,74 796,53 733,59 682,93 630,45

G X ’(KG ’( KG KG)))) 3365,3 3320,83 3293,58 3259,26 3214,5 3266,44 3317,07 3369,55

G0000” ( ” (KG KG KG)))) 348,7 339,56 338,57 350,98 355,75 348,8 360,7 367,8

G 0000 ’(KG ’( KG KG)))) 115,13 116,044 116,143 114,902 115,75 115,12 113,93 113,22 K”

K”((((KG KG KG)))) 1693,4 1418,9 1270,6 1159,7 1098,4 1039,8 1020,0 949,7 R

R(KG) 599,79 645,214 672,57 705,64 658,21 698,71 616,86 593,67 N(

N(KG KG KG)))) 2293,3 2063,66 1943,25 1865,35 1759,6 1738,55 1666,91 1813,43 Mc

McKG KG KGm m m 201753 171161 152248 142509 145702 122142 117378 105926

xác định theo công thức:

) 1 (

b

alG

d =

Từ điều kiện cân bằng mômen đối trọng và mô men cần tại vị trí trung bình:

a l

b M G

d

c d

Cũng tương tư như khi xác định mô men do hình vẽ cần ta có thể xác định mô men

Vị trí

Vị trí IIII II II III III IV IV V V VI VI VII VII VII VIIIIII LLLL dddd 6,35 6,315 6,725 6,875 6,173 6,725 6,25 5,25 aaaa 6,75 6,125 5,75 4,875 4,543 4,15 3,215 2,75 bbbb 2,125 2,25 2,5 2,375 2,25 2,125 1,175 1,125

M dddd 203702,7 177558,9 153557,77 142509 130856,3 120801,8 115958,1 104389,9

d T

5.3.3.5.3.3.5.3.3 Xây dựng biểu đồ không cân bằng cầnXây dựng biểu đồ không cân bằng cầnXây dựng biểu đồ không cân bằng cần::::

5.3.4.5.3.4.5.3.4 Xác định mô men mất cân bằng do trọng lượng ha Xác định mô men mất cân bằng do trọng lượng ha Xác định mô men mất cân bằng do trọng lượng hàng:øng:øng:

Ta xác định mô men mất cân bằng do trọng lượng hàng bằng phương pháp lực dư

b(m) 6,89 6,96 7,01 7,20 6,49 6,67 6,43 6,58 c(m)

c(m) 7,81 7,41 6,79 5,98 5,02 3,93 2,73 1,38 d(m)

d(m) 2,75 2,56 2,31 2,01 1,73 1,59 1,39 1,25 Q(KG)

Q(KG) 32000 32000 32000 32000 32000 32000 32000 32000

M Q (KGm) (KGm) 22956,8 40717 2765,15 -8450,7 -9572,1 -12179 -10459 -4628,2

5555 4444 TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG:TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG:TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG:

Gọi U là tổng lực tác dụng lên thanh răng

Với:

U: Được tính tại nhiều vị trí

5.4

5.4.1 1 1 Tính lực trong thanh răng do mô men Tính lực trong thanh răng do mô men Tính lực trong thanh răng do mô men mất cân bằng hàng mất cân bằng hàng mất cân bằng hàng UU1111::::

Vị trí

Vị trí IIII II II III III IV IV V V VI VI VII VII VIII VIII

M Q KGm KGm 202956,8 407170 27675,2 -84508,7 -95752,1 -121479 -104599 -46218,2 rrrr nnnn (m (m)))) 4,39 4,85 5,01 5,17 5,29 5,43 5,58 5,64

U1111(KG) (KG) 46231,6 83952,58 5523,98 -16346 -18100,6 -22371,9 -18745,3 -8194,72

5555.4.4.4 2.2.2 Tính lực trong thanh răng do Tính lực trong thanh răng do Tính lực trong thanh răng do UU2222 ::::

U2222KG -4641,6 -3087,5 -2785,7 0 2806,37 2629,4 2674,2 2731,02

5.4.3

5.4.3 Tính lực trên thanh răng do ảnh hưởng của tải trọng gióTính lực trên thanh răng do ảnh hưởng của tải trọng gióTính lực trên thanh răng do ảnh hưởng của tải trọng gió U U3333

( cv h)

n

U U r

r M

Sơ đồ tải trọng gió

Sơ đồ tải trọng gió

c: Hệ số khí động học của kết cấu; c = 1,4 ( Bảng.17);[5]

n: Hệ số dự trữ áp lực gió; n =1,5

β: Hệ số ảnh hưởng động của tải trọng gió gây lên do áp lực xung β = 1,5

Diện tích chắn gió của cần:

M o

a

T = Q.tg a T

sin ββββ 0,309 0,438 0,601 0,720 0,882 0,882 0,906 0,965 hhhhvvvv(m) (m) 18 19,125 20,25 22,325 22,5 23,5 24,35 25 hhhh cccc (m) (m) 8,5 9,125 10,35 11,85 12,5 12,25 12,75 13,125

U cv KG KGm m m 15904,1 20827,7 25961,7 31652,2 35384,2 38080,1 40709,7 43039,1

U hhhh KGm KG m m 13763,9 14656,95 14883,75 1551,53 1533,48 16896,6 1747,87 18200,7 hhhh hhhh (m) (m) 9,71 10,34 10,5 10,83 11,17 11,92 12,45 12,84 rrrr nnnn (m) (m) 4,39 4,85 5,01 5,17 5,29 5,43 5,58 5,64

Lực ngang T sẽ gây lên lực P trên thanh giằng liên kết với chốt đuôi vòi

Lấy mô men tại chốt đầu cần O ta có:

T

M o

.

0

Lực trên thanh răng do lực ngang:

U 5

P 1

Q O

P2 .Trong đó:

M: Mô men do ảnh hưởng của lực li tâm

g

GGr

1 , 1

.

30

.

s rad

g: Gia tốc trọng trường

L: Bán kính quay của lực P1

81 , 9

15 , 0 4000

81 , 9

15 , 0 32000

Với:

Q = 32000KG: Trọng lượng hàng

R: Bán kính quay của hàng

H 1111 (m) (m) 8,5 9,13 10,35 11,85 12,25 12,75 13,15 13,65

H 2222 (m) (m) 9,71 10,34 10,5 10,83 11,17 11,92 12,45 12,84 rrrr nnnn (m) (m) 4,39 4,85 5,01 5,17 5,29 5,43 5,58 5,64 MKGm

MKGm 17434,6 18505,3 20993,8 23514 23041,4 22111,9 19235 18303,9

U 5555 (KG) (KG) 3971,4 3815,5 4190,4 4548,2 4355,7 4072,2 3447,1 3245,4

5.4.6

5.4.6 Tính lực Tính lực Tính lực quán tính quán tính quán tính li tâm khi cần trụcli tâm khi cần trụcli tâm khi cần trục thay đổi tầm với thay đổi tầm với thay đổi tầm với: U: U6666

Do cần trục thiết kế thay đổi tầm với với vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua

5.4.7

5.4.7 Tính lực trên thanh răng do lực ma sát Tính lực trên thanh răng do lực ma sát Tính lực trên thanh răng do lực ma sát U U7777::::

Lực ma sát trong các khớp của thiết bị cần và tổn thất trong các puly khi thay đổi

nhỏ có thể bỏ qua

5.5 TÍNH TỔNG LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG

5.5 TÍNH TỔNG LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG: : : :

F A I

B C

Giá trị trung bình của các lực này:

) ( 775 , 26934 2

) ( 235 , 17816 2

) ( 375 , 8224 2

) ( 509 , 8904 2

) ( 7 , 46082 2

) ( 5 , 74271 2

8 7 7

7 6 6

6 5 5

5 4 4

4 3 3

3 2 2

2 1 1

KG U

U U

KG U

U U

KG U

U U

KG U

U U

KG U

U U

KG U

U U

KG U

U U

tb tb tb tb tb tb tb

−

= +

=

−

= +

=

−

= +

=

−

= +

=

= +

=

= +

=

= +

=

5.6 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ VẬN TỐC

5.6 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ VẬN TỐC THAY ĐỔI TẦM VỚITHAY ĐỔI TẦM VỚITHAY ĐỔI TẦM VỚI::::

Từ họa đồ vị trí ta có thể xác định được hành trình của thanh răng

Có VI = VF + VIF ( VIF là vận tốc của điểm I quay quanh F Biết phương VI là phương

Xác định vận tốc điểm B do cùng thanh cứng

6 , 25

=

định từ quãng đường thay đổi tầm với S giữa 2 điểm đang khảo sát tương ứng với góc

tbi

i V

iSi

2

1 + +

5555.7 7 7 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:

bình trong thanh răng được xác định theo công thức:

) ( 88 , 45252

.

.

.

.1 22 2 23 3 24 4 25 5 26 6 27 72

1

KG U

t

t U t U t U t U t U t U t U U

CK

tb tb

tb tb

tb tb

tb CK

+ +

+ +

=

Công suất bình phương trung bình của động cơ được xác định theo công thức:

) ( 6 , 53 894

, 0 102

108 , 0 88 , 45252

102

.

KW V

=

=

=

Với: s = 3,23m là hành trình của thanh răng, xác định được từ họa đồ vị trí của cần; và

η: Hiệu suất truyền động từ động cơ đến thanh răng:

Dựa vào công suất ta chọn động cơ điện theo catalog:

MTH 160LB8T1: N =55 KW

n =710 vòng/ phút

5.8 CHỌN HỘP GIẢM TỐC 8 CHỌN HỘP GIẢM TỐC 8 CHỌN HỘP GIẢM TỐC –––– KHỚP NỐI KHỚP NỐI KHỚP NỐI PHANHPHANHPHANH

5.5.5.8888.1.1.1:::: Chọn hộp giảm tốc.Chọn hộp giảm tốc.Chọn hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc được chọn dựa vào tỉ số truyền i và công suất truyền qua hộp giảm tốc

Sơ bộ ta chọn đường kính bánh răng là: 0,4m

Số vòng quay trục ra của hộp giả tốc là:

15 , 5 2 , 0 14 , 3

108 , 0 30

30

V: Vận tốc trong thanh răng; V =0,108 v/ph

R: Là bán kính bánh răng R = 0,2m

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc:

6 , 137 15 , 5

5555 8888.2 .2 .2 Chọn phanh Chọn phanh Chọn phanh::::

Phanh của cơ cấu chọn phải đảm bảo sao cho giữ cần ở vị trí bất kì trong quá trình thay đổi tầm với

Mô men phanh tính theo công thức sau:

i

DUK

P 2

max η

=

Trong đó:

K: là hệ số an toàn của phanh, K =1,75

D: Là đường kính bánh răng; D =400mm

) ( 19 , 90 138

2

2 , 0 3 , 79551 894 , 0 75 ,

19 , 90

5555 9.9.9 KIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆNKIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆNKIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆN: : : :

Động cơ điện khi chọn cần phải kiểm tra theo thời gian khởi động khi có tải lớn nhất và thời gian khởi động khi có tải nhỏ nhất

5

5.9999.1.1.1 K K Kiểm tra theo thời gian khởi độngiểm tra theo thời gian khởi độngiểm tra theo thời gian khởi động::::

Thời gian khởi động được tính theo công thức:

( tbk c) ( (tbK ) C)

n

GDM

Mna

Et

2 , 0 3 , 79551

2

. 0max

m KG i

D U

LGg

2

.

.

.

3

1 2

2 1

2 1 1 2 2

2 2





+ +

) 1 ( 6

6

CE E

E OT

) / ( 021 , 0 6

, 25

1005 , 0 2 , 13

s rad BE

Q: Trọng lượng hàng; Q= 32000 (KG)

-> Thay vào (2) Ta được

) / ( 018 , 0 6

108 , 0

s rad

c = =

ω

H M n

max

2 85 , 0

8 , 9

2 780 , 0

* 2

160000

* 2

02739 , 0 2 540 , 7 100990

2 021 , 0 2 36 , 26 2000

2 0251 , 0 2 , 26 40000 3

1 2 0251 , 0 2 , 26 40000 8

, 9

* 2

5 , 2 2 85 , 0

) ( 04 , 199 14 , 3 710

55 30 30 2

Nm M

m N

N M

K

tb

dc

dc H

= +

Thay vào (1)

720 5 , 17 2 , 1 81

, 220 61 , 392 894 , 0 720

1

207 , 6437 60

5.5.5.9999.2.2.2 Kiểm tra theo thời gian khởi động Kiểm tra theo thời gian khởi động Kiểm tra theo thời gian khởi động

kiện thay đổi tầm với không có hàng và gió, đồng thời cần trục không quay)

) ( 35 , 4 894 , 0 138 2

2 , 0 2 , 5364

2

) ( 2 , 5364 0 min 2 min

KGm i

D U

M

KG U

U

C c

V c

67 , 1470

02739 , 0 540 , 7 100990

021 , 0 36 , 26 2000 0251

, 0 9 , 26 140000 3

1 0251 , 0 9 , 26 140000 8

, 29

1

2 2

2 2 2

2 2

+ +

47 , 2 6064 , 392 ( 894 , 0 1720

67 , 1470 60

375

2 , 1

k tb kd

t

MM

n

GDMc

Mna

Et

5.9999 3333 Kiểm tra thời gian phanh Kiểm tra thời gian phanh Kiểm tra thời gian phanh::::

trên thanh răng gây nên mô men này được tính khi cần trục quay có gió lớn nhất ở trạng thái làm việc và góc của cáp treo hàng nghiêng so với phương thẳng đứng

Thời gian phanh được tính:

( ) 375 (600 312 , 96) 2,516( )

720 5 , 17 2 , 1 96

, 312 600 720 14 , 3

894 , 0 207 , 6437 60

375

).

( 2 , 1

60

1

2

1

st

MM

n

GDM

Mn

Et

F

F F

5 9999 4444 Kiểm tra theo thời Kiểm tra theo thời Kiểm tra theo thời gian gian gian phanhphanhphanh::::

Trong thời gian phanh khi không có hàng, không có gió, cần trục không quay mô

375

2 , 1

60

) ( 09 , 3 138

2

894 , 0 38 , 0 2 , 5364 75 , 1

2

.

2 2 2

2 2

min 2

s t

M M

n GD M

M n

E t

KGm i

D U K M

F

F F

F

c F

Vậy: t P ≤[ ] [ ]t F ; t F =1,5(s)

5.10 CHỌN KHỚP NỐI

5.10 CHỌN KHỚP NỐI: : : :

Khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc

Khớp nối được chọn giựa vào mô men tính toán truyền qua khớp:

MM = MH k1 k2

Theo (Bảng1-26),[5] ta có:

) ( 38 , 334 2 , 1 4 , 1 04 , 199

) ( 04 , 199 710

14 , 3

1000 30 55

1000 30 30

Nm M

Nm n

N M

n M M

N

M

dc H

H H

Dựa vào mô men tính toán của khớp ta chọn khớp nối vòng đàn hồi: TDCT