thiết kế môn học máy trục

LỜI MỞ ĐẦU - Máy trục là một trong những loại máy nâng chuyển hàng hóa theo một chu kỳ nhất định.. + Sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực sản xuất, giao thông, xây dựng, du lịch, khai kho

LỜI MỞ ĐẦU

- Máy trục là một trong những loại máy nâng chuyển hàng hóa theo một chu

kỳ nhất định Đây là nhóm máy chủ yếu trong các loại máy nâng, máy vận chuyểnhàng hóa, chiếm một tỉ trọng khá lớn và được ứng dụng ở nhiều ngành sản xuấthàng hóa Loại máy này thường để nâng chuyển hàng hóa theo phương thẳngđứng

- Vai trò của máy trục :

+ Tăng năng suất lao động

+ Giảm lao động thủ công

+ Góp phần hạ giá thành vận chuyển hàng hóa, đặc biệt ở các bến cảng giúp cho việc quay nhanh các chu kì vận chuyển hàng hóa ở các đội tàu + Sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực sản xuất, giao thông, xây dựng, du lịch, khai khoáng, các xí nghiệp…

- Máy và các thiết bị nâng đơn giản chỉ có một chuyển động nâng hạ như: tời, kích, bàn nâng, sàn thao tác…

- Loại có hai chuyển động trở nên gọi là cần trục Ngoài ra còn có máy nâng chuyên dùng khác như: thang máy, giằng tải.Theo cấu tạo và nguyên tắc hoạt động chia cần trục làm các loại sau :

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦN TRỤC CHÂN ĐẾ

Cần trục chân đế là loại cần trục có cần quay toàn vòng di chuyển trên đường ray Loại cần trục này được sử dụng phổ biến ở các cảng sông , cảng biển và trong các nhà máy

Cần trục chân đế thường được sử dụng để xếp dỡ các loại hàng như: hàng rời, hàng bao kiện, hàng cơ khí hàng quặng…Cần trục chân đế sử dụng các công cụ mang hàng như : gầu ngoạm, móc đơn, móc kép và các loại công cụ khác để xếp

dỡ hàng hóa

Cần trục chân đế là loại cần trục có phần quay được đặt trên chân đỡ cao gồm 4chân, di chuyển trên đường ray nhờ các cụm bánh xe chuyển động Loại cần trục này có sức nâng nhỏ và trung bình, thường là từ 3 đến 40 tấn, đặc biệt một số loại

CẤU TẠO CHUNG CỦA CẦN TRỤC CHÂN ĐẾ TUKAN

5 4

3 2

+ Chiều sâu hạ hàng : 12 m ( tấm móc cầu và gầu ngoạm ) + Trọng lượng cần trục : 375 T

+ Vận tốc nâng hạ : v = 45 m p ( gầu ngoạm )

v = 25 m p ( hàng bách hóa )

+ Vận tốc thay đổi tầm với : v = 40 m p

+ Vận tốc quay : v = 1 v p

 Các bộ phận chính của cần trục Tukan

1 Cơ cấu nâng hạ

2 Cơ cấu quay với vòng quay dạng ổ đũa

3 Cơ cấu thay đổi tầm với

4 Cơ cấu di chuyển

5 Bố trí tang cáp

6 Chân đế, cầu thang và sàn nghỉ

7 Tháp cầu với cầu thang sàn nghỉ

8 Gót cần

9 Thanh giằng

10 Cần

11 Khung chữ A với cầu thang sàn nghỉ

12 Buồng máy và buồng điện

13 Buồng lái

14 Hệ thống puli cáp với khớp nối

15 Tang cáp động cơ

16 Đối trọng

 Cấu tạo chung của cần trục chân đế Tukan

+ Cơ cấu nâng

+ Cơ cấu thay đổi tầm với

+ Cơ cấu quay

+ Cơ cấu nâng hạ cần

Cần trục Tukan dẫn động bằng điện và di chuyển trên ray bằng cơ cấu di chuyển.

 Cần trục Tukan có một số đặc điểm :

- Trọng tâm bố trí lệch tâm về phía cầu tàu do đó làm tăng khả năng vươn

xa của cần trục, hệ thống điều khiển tự động hoàn toàn

- Cơ cấu nâng của cần trục có bố trí hai tời nâng hạ do đó cần trục có thể làm việc với các thiết bị mang hàng là móc câu, gầu ngoạm hay khung cẩu

container

- Cơ cấu di chuyển sử dụng kiểu truyền động riêng với 4 cụm bánh xe Trong hệ truyền động của cơ cấu không sử dụng phanh Việc dừng cần trục sử dụng kiểu hãm động năng điện

- Cơ cấu thay đổi tầm với sử dụng kiểu thanh răng bánh răng ăn khớp để thay đổi tầm với của cần

- Cơ cấu quay sử dụng 2 bộ truyên động như nhau đặt vuông góc với nhau,

bộ truyền động hở sử dụng cặp bánh răng hành tinh ăn khớp với vành răng cố định.Thiết bị đỡ quay sử dụng ổ bi đỡ trụ có kết cấu đơn giản và gọn nhẹ với 1 vành răng

CƠ CẤU NÂNG

1 Công dụng và đặc điểm

1.1 Công dụng

Cơ cấu nâng để nâng hạ hàng theo phương thẳng đứng Cơ cấu nâng có thể

là một bộ phận máy hoặc là một máy độc lập

+ Phanh đĩa có chức năng như một phanh thường đóng, hoặc phanh hãm khẩn cấp nhờ một lò xo phanh có thể điều chỉnh được và nâng lên bằng một thiết bị nâng phanh thủy lực

+ Công tắc hạn vị để giới hạn độ cao nâng và độ sâu nâng của cần cẩu.

+ Tang cáp được đỡ bởi hai khối đệm và toàn bộ khối truyền động bao gồm: hộp số, động cơ, phanh

+ Phần đuôi hộp số đè lên cụm lò xo giảm chấn tiếp giáp sàn công tác nhằm tạo điểm tựa an toàn cho khối truyền động

+ Tại các puli cáp có các trục từ trên lò xo nhằm đảm bảo cuộn cáp an toàn trong trường hợp cáp trùng

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG CẦN TRỤC CHÂN ĐẾ TUKAN: Q = 40 T, R = 32 m

1 Lựa chọn hệ thống, sơ đồ truyền động của cơ cấu, thiết bị mang hàng và

sơ đồ mắc cáp.

1.1 Lựa chọn hệ thống truyền động

Cần trục chân đế nhằm phục vụ cho các quá trình xếp dỡ chủ yếu ở các cảngbiển, nó làm nhiệm vụ xếp dỡ hàng phục vụ tuyến tiền phương và hậu phươngtrong nội bộ các cảng

Cần trục phải được chế tạo với kiểu hệ thống giằng cần kiểu thanh giằng cứngvới các khớp nối có khoảng cách với kết cấu tàu và đảm bảo cho khai thác hai lànđường sắt thông qua trong khoảng không gian giữa hai chân cổng và thiết bị chịutải phải được chế tạo chắc chắn, chịu được lực làm việc nặng (có tính đến tải trọnggió), lực tăng tốc và chịu được điều kiện gió bão

Theo tất cả các điều kiện làm việc, các thao tác chuyển động của cần cẩu phảithực hiện một cách trơn tru, không giật cục hay rung lắc

Để nghiên cứu và đáp ứng quá trình trên ta chọn phương án thiết kế theo mẫucần trục chân đế Tukan là thích hợp

1.2 Thông số tính toán và sơ đồ truyền động của cơ cấu :

 Thông số tính toán

+ Sức nâng định mức : Qmax = 40 T = 392400 ( N )

+ Vận tốc nâng hạ : Vn = 45 m p

+ Chiều cao nâng hàng : H = 25 ( m )

+ Chiều sâu hạ hàng : h = -12 ( m )

 Sơ đồ truyền động của cơ cấu

+ Cơ cấu nâng cần trục chân đến thuộc loại cơ cấu dẫn động bằng điện, nóphải đàm bảo độ an toàn, độ tin cậy, độ ổn định cao khi làm việc, được chế tạo vớichất lượng tốt

Các yêu cầu này được phản ánh qua kết cấu cụ thể của các bộ phận trong cơ cấuđược chọn như sau :

Các ổ trục dùng ổ lăn được che kín, bôi trơn đầy đủ

Hoạt động của cơ cấu: Khi dũng điện chạy vào động cơ nam chõm điện mởphanh cho cơ cấu hoạt động Động cơ hoạt động làm quay tang nõng hàng, động cơđiện hoạt động nhờ lưới điện cụng nghiệp, khi hạ hàng chỉ cần đảo pha

1.3 Hỡnh vẽ sơ đồ mắc cỏp

Theo sơ đồ này cơ cấu gồm có động cơ điện 1 đợc nối với hộp giảm tốc 3bằng khớp vòng đàn hồi và phanh 2.tang cuốn cáp 4 đợc nối với trục ra của hộpgiảm tốc.Dây cáp đợc quấn qua tang 4 và đợc vòng qua các khối puly 5 và 6.Cần trục có độ cao lớn ,khối lợng phần quay lớn do đó việc bố trí các cơ cấu

đòi hỏi tính hợp lí rất cao để ổn định tốt khi quay Với chiều cao nânghàng lớn làm lợng cáp quấn vào tang rất lớn, đây là cần trục sử dụng hệ cầncân bằng dùng palăng cáp nên việc đảm bảo cho hàng di chuyển theo phơngnằm ngang đòi hỏi hệ thống cáp quấn vào và nhả ra khỏi tang phải nhịpnhàng, vậy ở đây ta sẽ dùng tang xẻ rãnh kể cả tang của cơ cấu thay đỏi tầmvới

- Nhiệt độ môi trường xung quanh : 35o

- Cường độ làm việc của cơ cấu : CĐ% = Σt t 100%

t - thời gian làm việc của cơ cấu nâng trong một chu kì

Σt - thời gian làm việc của chu kì

Chu kì làm việc của cơ cấu bao gồm: di chuyển đến mã hàng, hàng móc xuống

mã hàng, nâng hàng di chuyển đến vị trí dỡ hàng, hạ hàng tháo móc sau đó nâng móc lên vị trí chờ

Vậy thời gian làm việc của cơ cấu nâng trong một chu kì là thời gian hạ móc xuống nâng hàng, hạ hàng nâng móc lên vị trí chờ

CĐ% = 25 % Tra bảng 1.2 được chế độ làm việc của máy là ở chế độ làm việctrung bình

Trong đó : + Sđ : lực đứt cáp theo bảng tiêu chuẩn ( N )

+ Smax : lực căng tính toán lớn nhất của dây cáp ( N )

+ n : hệ số an toàn lấy theo bảng 2.2, phụ thuộc vào các loại máy và chế độ làm việc

a = 2 : bội suất palang

λ : hiệu suất từng puli

- Trong cơ cấu nâng gồm một số puli dẫn hướng đặt cố định, kết cấu của puil phải đảm bảo cho cáp khi làm việc không bị tuột ra khỏi rãnh của nó,không bị uốn nhiều và mài mòn nhanh.

- Cấu tạo : Tròn có rãnh được lắp trên trục với vòng bi được đúc bằng gang

- Puli được tiêu chuẩn hóa kích thước nên chọn nhờ vào đường kính cáp

Trong đó : Q - tải trọng quy ước ( KN )

L - tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

M = 3 : bậc của đường cong với ổ bi

Lh - tuổi thọ của vòng bi tính bằng giờ

Kt - hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ Kt = 1

Xác định các thông số kích thước tang, tính trục ổ trục, thiết kế kẹp cáp, rải cáp

4.1 Xác định các thông số và kích thước tang

+ Sử dụng tang kép có xẻ rãnh, loại này có khả năng chịu nén tốt hơn tang trơn, độ màu mòn cáp cũng nhỏ

+ Xác định chiều dài tang : chiều dài tính toán của tang phải thỏa mãn : khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất trên tang vẫn còn lại 1,5 vòng, không kể những vòng nằm trong cặp.

+ Sơ đồ xác định chiều dài tang

Hình vẽ :

Chiều dài tang được xác định theo : Lf = 2 Lo + 2 L1 + L3

Trong đó : L1 – chiều dài tang để kẹp đầu cáp ;

t – bước cáp trên tang ; t = 42

[δ]n = 100 ( mm N2) – ứng suất nén cho phép của vật liệu gang

δ ≥ 42.10063138 = 15 ( mm )

4.2 Tính toán trục tang

- Dựa vào tải trọng tác dụng lên thành tang của cáp nâng, trường hợp tính toán là trường hợp với tải định mức và hàng ở vị trí thấp nhất Căn cứ vào lực căng trên các nhánh cáp cuối vào tang xác định được lực tác dụng vào trục tang

- Trục tang thiết kế có công son một đầu liên kết với gối đỡ một đầu liên kết với tang qua máy Coi tang là dầm đơn giản

+ Chọn ổ theo khả năng tải động : Cđ = Q m√L

Trong đó Q – tải trọng quy ước ( KN )

L – tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

m – bậc của đường cong mỏi ; m = 3

Lh - tuổi thọ của ổ bi tính bằng giờ

Trong đó : St – lực căng làm việc lớn nhất trong cáp ; St =63138 ( N )

μ – Hệ số ma sát giữa dây cáp vào tang ; μ = 0,12

α – Góc ôm tang bằng những vòng cáp dự trữ ; α = 4П Vậy S = S t

+ Lực kéo tác dụng trên một bulông : N = Z(μ+μ S

5.Tính chọn động cơ, hộp giảm tốc

5.1 Tính chọn động cơ

- Ta tính chọn động cơ trong hai trường hợp :

+ Hai tang làm việc đồng thời với toàn bộ tải

+ Hai tang làm việc trên hai động cơ tạo hai hệ thống nâng

- Tính công suất tĩnh của động cơ – cơ cấu nâng hàng

Theo CT2.78 TTMT : N = Q V n

1000 η

Trong đó : Q – sức nâng định mức ; Q = 392400/2 = 196200 ( N )

Vn – vận tóc nâng ; Vn = 0,75 ( m s )

η – hiệu suất của cơ cấu nâng , Tra bảng 1.9 TTMT được η = 0,85

- Vì dùng động cơ do đó công suất thực tế của động cơ : Ntt = 0,5 N

với N = 196200.0,751000.0,85 = 173,11 ( KW )

Trong đó : nđc = 1745 v/p – số vòng quay danh nghĩa của động cơ

nt – số vòng quay của tang ; nt = V n a

+ Công suất P = 100 ( KW )

+ Vận tốc nâng thực của cơ cấu : Vt = n.П P t

5.3 Kiểm tra động cơ

- Động cơ điện của cơ cấu nâng đã chọn được kiểm tra theo điều kiện quá tải, thời gian khởi động và điều khiển phát nhiệt tính theo vận tốc nâng thực tế của cơ cấu

5.3.1 Kiểm tra theo thời gian khởi động- khi tải lớn nhất tác dụng

tKđ = (GD) 375 M2.n

đ

Trong đó : GD = 10,25 ( KG/m2 )

n = 1745 v/p – số vòng quay của trục động cơ

Md – momen dư của động cơ ; Mđ = Mkđtb – Mt

Mkđtb – momen khởi động trung bình của động cơ

+ Đối với động cơ lồng sóc : Mkđtb = 0,852 φ kđ +φ max

Mđm – momen định mức của động cơ

Mđm = N đm

n đm 9550 = 110.95501745 = 602 ( Nm )

φkđ – hệ số momen mở máy của động cơ

Tra theo số liệu động cơ ta được φkđ = 1,1

φmax – hệ số momen lớn nhất của động cơ φmax = 1,25

0,852 – hệ số tính đến khả năng làm việc khi điệp áp đạt 85% định mức Khi đó : Mkđtb = 0,852 1,1+1,252 602 = 551 ( Nm )

Mt – momen cản tĩnh của cơ cấu trên trục đó ; khi nâng Mt lớn

⇒ Mđ = 511 – 501 = 10 ( Nm )

tKđ = 10,25.1745375.10 = 4,76 ( s ) > 0 ( s )

Vậy thỏa mãn điều kiện thời gian mở máy

Ta chọn đồ thị gia tải trung bình được xác định theo cơ sở kinh doanh cần trục

5.3.2 Kiểm tra điều kiện phát nhiệt

- Theo sơ đồ gia tải cơ cấu nâng khi Q = Qm thì St1 = 63138 ( N )

Thời gian khởi động của động cơ khi nâng hàng, thì tính theo công thức 1.41/18TTMNC : TKđ = 375(M β Σ(GD)¿¿Kđtb+ M2.n

η = 0,85 – hiệu suất bộ truyền

β = 1,1 – hệ số kể đến ảnh hưởng quán tính của chi tiết máy quay sau trục động cơ

tKđ =375.(511−298,45)1,1.10 ,25.1745 + 1745.0,975.196200 0,73(511−298,45) 0,852 = 0,57 ( s )

- Chiều cao nâng trung bình : Htb = ( 0,5 ÷ 0,8 ) H = 0,8.26 = 20,8 ( s )

- Thời gian chế độ ổn định của hàng : tôđ = M tb

Mt : momen cản tĩnh với tải trọng lớn nhất định trong thời gian chế độ ổn địnhvới tải đó

tchuki – thời gian chu kì ; tchukì = tnânghạ + t1 + t2 + t3

t1 – thời gian móc hạ hàng , điều chỉnh hàng ; t1 = 80 ( s )

t2 – thời gian điều chỉnh và thao tác ; t2 = 80 ( s )

t3 – thời gian di chuyển ; t3 = 40 ( s )

=> tchukì = 164 + 80 + 80 + 40 = 364 ( s )

Vậy CDth = 164364 100% = 45,05 %

CDch – cười độ tính toán theo katalo, chọn CDch = 60 %

Ntđ = 26,53.√45,05

60 = 22,99 ( KW ) Vậy động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nhiệt

- Monen phanh tính theo công thước : Mf ≥ K Q d.η 2.a i

Trong đó : K – hệ số an toàn phanh ; K = 1,75

η – hiệu suất bộ truyền ; η = 0,85

a – bội suất palang ; a = 2

i – tỉ số truyền ; i = 56

=> Mf ≥ 1,75.196200.0,9 0,852.2.56 = 1172,6 ( Nm )

- Dựa vào momen phanh, ta chọn loại phanh đĩa có sử dụng động cơ điện thủy lực,

có bố trí sơ đồ truyền động

Loại : TKT- 450 ; MPmax = 2650 ( Nm ) ; Mp = 200 ( Nm )

7 Tính chọn khớp nối

- Chọn khớp nối từ động cơ đến hộp giảm tốc là loại khớp vòng đàn hồi, tức là có khả năng cho phép lệch trục một khoảng cho phép, có thể lắp và làm việc khi hai trục không đồng tâm tuyện đối Ngoài ta nó còn cho phép giảm chấn khi khởi độnghoặc hãm phanh đột ngột.

- Momen danh nghĩa trên trục động cơ: Mdn = 9550 N đc

n đc = 9500 1745100 = 547,3 Nm

- Momen lớn nhất truyền qua khớp : Mmax = Mdn K1 K2

Trong đó : + K1 : hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu, Theo bảng 1.26/sách TTMT ;K1 = 1.3

+ K2 : hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu ; K2 = 1,2

Nmax = 547,3 1,3 1,2 = 853,8 ( Nm )