Thiết kế cầu trục 10 tấn - bách khoa đà nẵng

Thiết kế cầu trục 10 tấn - bách khoa đà nẵng

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU

A PHẦN I : PHẦN LÝ THUYẾT

Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG

LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU TRỤC

1 Giới thiệu chung về máy nâng chuyển……… 5

1.1 Phân loại máy nâng chuyển……… 5

1.2 Điều kiện an toàn của máy……… 6

2 Lý thuyết tính toán cầu trục ……… 8

2.1 Một số đặc điểm về cầu trục……… 8

2.2 Phân loại cầu trục……… 8

2.3 Tải trọng ……… 15

2.3.1 Tải trọng chung ……… 15

2.3.2 Tải trọng do trọng lượng bản than……… 15

2.3.3 Tải trọng của gió……… 15

2.3.4 Tải trọng phát sinh khi vận chuyển ……… 15

2.3.5 Tải trọng khi dựng lắp ……… 15

2.3.6 Tải trọng động ……… 15

2.4 Đặc điểm tính toán cầu trục……… 15

2.4.1 Trình tự tính toán của cầu trục ……… 15

2.4.2 Xác định kt giữa các bánh xe dc cầu trục………… 15

2.4.3 Đặc điểm tính toán dầm chính của cầu trục……… 16

2.4.4 Tính trục truyển của cơ cấu di chuyển……… 17

B PHẦN II : THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN Chương II: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 1 Chọn sơ đồ kết cấu ……… 18

1.1 Lựa chọn kết cấu dầm……… 18

a Phương án 1……… 18

b Phương án 2……… 18

c Phương án 3……… 19

1.2 Chọn phương án truyền động cho cơ cấu nâng……… 20

a Phương án 1……… 20

b Phương án 2……… 21

c Phương án 3……… 22

1.3 Chọn phương án truyền động và di chuyển cơ cấu xe con 23

a Phương án 1……… 23

b Phương án 2……… 23

c Phương án 3……… 24

1.4 Chọn phương án truyền động và di chuyển cầu lăn……….24

a Phương án 1……… 24

b Phương án 2……… 25

c Phương án 3……… 26

2 Chọn phương án thiết kế ……… 26

3 Thiết lập sơ đồ động ……… 28

Chương III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG 1 Phân tích chung……….30

2 Tính toán cơ cấu nâng……… 31

2.1 Chọn lọai dây cáp ……… 31

2.2 Palăng giảm lực ……… 32

2.3 Tính kích thướt dây cáp ……… 33

2.4 Tính các kích thướt cơ bản của tang……… 34

2.5 Chọn động cơ điện……… 36

2.6 Tỷ số truyền……… 36

2.7 Kiểm tâ động cơ điện về nhiệt……… 36

2.8 Tính chọn phanh……… 40

2.9 Bộ truyền……… 43

3 Các bộ phận khác củ cơ cấu nâng ……….64

3.1 Khớp nối trục……….64

3.2 Móc và ổ móc treo……….66

3.3 Bộ phận tang……… 66

Chương IV: TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON 1 Sơ đồ dẫn động ……….74

Chọn bánh xe ……… 74

3 Tải trọng lên bánh xe……… 74

4 Động cơ điện……… 76

5 Tỷ số truyền chung ……… 77

6 Kiểm tra động cơ điện và momen mở máy ……… 77

7 Phanh……… 78

8 Bộ truyền ……… 78

9 Các bộ phần khác của cơ cấu di chuyển xe con……… 79

10.Ổ đỡ trục bánh xe……… 83

Chương V: TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU LĂN 1 Sơ đồ dẫn động ……… 86

2 Bánh xe ray……… 86

3 Chọn động cơ điện……… 88

4 Tỷ số truyền……… 89

5 Kiểm tra động cơ điện……… 89

6 Phanh……… 90

7 Bộ truyền……… 91

Chương VI: TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CẦU TRỤC 1 Tính tải trọng ……… 92

2 Xác định kích thước tiết diện và tính toán dầm chính… 93

2.1 Kích thước tiết diện dầm chính……… 93

2.2 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính……… 96

2.3 Tính tiết diện gối tựa của dầm chính……… 100

3 Tính độ bền của ray dưới xe lăn……… 101

4 Tính mối ghép hàn……… 101

5 Tính toán dầm cuối……… 103

6 Tính dầm đặt ray……… 106

C PHẦN III: HƯỚNG DẪN AN TOÀN ,VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG 1 An toàn và sử dụng máy……….109

2 Hướng dẫn sử dụng và bảo dưỡng……… 110

KẾT LUẬN 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn phát triển hiện nay đồng thời với sự tiến bộ không ngừng của khoa học _kỷ thuật, tự động hóa Cùng với sự phát triển đó thì ngành cơ khí đóngvai trò nòng cốt trong chủ trương phát triển kinh tế _ xã hội của nước ta để phấn đấu đến năm 2020 nước ta chính thức trở thành nước công nghiệp

Ngành công nghiệp phát triển ngày càng mạnh kéo nhu cầu về máy móc hiệnđại hơn Ngoài ra, đối với công cuộc hiện đại hoá thì vấn đề về vận chuyển rấtquang trong trong quá trình sản xuất Trong tất cả các ngành công nghiệp đặc biệt

là trong ngành xây dựng và cơ khí việc nâng chuyển vật liệu, máy móc và hànghóa là đặc biệt quang trọng Vì thế nhu cầu về các máy nâng chuyển ngày càngnhiểu ,trong đó có cầu trục.Cầu trục là một loại máy nâng chuyển không thể thiếutrong các ngành sản xuất công nghiệp nặng và xây dựng

Trong 5 năm học tại trường đại học bách khoa_đại học Đà Nẵng, được sự nhất trí

của Khoa em được thầy Nguyễn Thanh Việt giao đề tài tốt nghiệp là : “Thiết kếcầu trục 10T “với các nội dung chính sau :

_Giới thiệu chung về máy nâng chuyển

_ Lý thuyết thiết kế tính toán cầu trục

_ Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng ngày tháng năm 2011

PHẦN I: PHẦN LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG

CHUYỂN _LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU TRỤC

1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN

Máy nâng chuyển là loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượngcông tác nhờ thiết bị mang vật trực tiêp như móc treo, hoặc thiết bị gian tiếp nhưgầu ngoạm, nam châm điện, băng tải Sự ra đời của nó gắn liền với yêu cầu kinh tế

kỹ thuật của ngành công nghiệp nhằm giảm tối đa sức người trong lao động Đặc điểm làm việc của các cơ cấu nâng là ngắn hạng ,lặp đi lặp lại và có thời gian dừng Chuyển động chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳng đứng ,ngoài

ra còn một số chuyển động khác để dịch chuyển vật theo mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy ,di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang Bằng sự phối hợp giữu các chuyển động máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó

Như vậy máy nâng chuyển đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình sảnxuất: giảm nhẹ sức lao động cho công nhân và nâng cao năng suất lao động

1.1.Phân loại máy nâng chuyển:

Để đáp ứng yêu cầu và đòi hỏi của các ngành công nghiệp khác nhau ,kỹ thuật

nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều loại máy nâng vận chuyển mới ,và luôn cảitiến và hợp lý hóa phương pháp phục vụ ,và nâng cao hơn độ tin cậy làm việc, tựđộng hóa các khâu điều khiển Tiện nghi và thỏa mãn yêu cầu của người sửdụng Tùy theo kết cấu và công dụng ,máy nâng chuyển được chia như sau:

1.1.1 Căn cứ vào chuyển động chính: Chia làm hai loại

-Máy nâng

-Máy vận chuyển liên tục

1.1.2 Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc:

Hình 1.1 :Một số loại máy nâng chuyển

Trong thực tế tần suất xảy ra tay nạn trong sử dụng máy nâng là lớn hơn rấtnhiều so với các loại máy khác Do vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy nâng là vấn đề quan trọng được đặt lên hàng đầu.

Với cầu trục lăn do có nhiều bộ phận máy lắp với nhau và được đặt trên cao

do vậy cần phải thường xuyên kiểm tra để kịp thời phát hiện những hư hỏng như lỏng các mối ghép ,rạn nứt tại các mối hàn do thời gian sử dụng lâu …

Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe ,trục quay phải có vỏ bọc an toàn nhằm ngăn những mảnh vỡ văng ra nếu có sự cố khi chi tiết máy hoạt động

Toàn bộ hệ thống điện trong máy phải được nối đất

Với các động cơ đều có phanh hãm tuy nhiên phải kiểm tra phanh thường xuyên không để xảy ra hiện tượng kẹt phanh gây nguy hiểm khi sử dụng

Tất cả những người điều khiển máy làm việc hay phục vụ máy trong phạm

vi làm việc của máy đều phải học tập các quy định về an toàn lao động có làm bài kiểm tra và phải đạt kết quả

Trong khi máy làm việc công nhân không được đứng trên vật nâng hoặc bộ phận mang để di chuyển cùng với vật cùng như không được dùng dưới vật nâng đang di chuyển

Đối với máy không không hoạt động thường xuyên (nhiều ngày không sử dụng )khi đưa vào sử dụng phải kiểm tra toàn bộ kết cấu máy Để kiểm tra tiến hành thử máy với hai bước là thử tĩnh và thử động

Bước thữ tĩnh :treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,25 lần trọng lượng nângdanh nghĩa của cầu trục thiết kế và để trong thời gian từ 10 đến 20 phút

Theo dõi biến dạng của toàn bộ các cơ cấu máy Nếu không có sự cố gì xảy

ra thì tiếp tục tiến hành thử động

Bước thử động :Treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,1 trọng lượng nâng danh nghĩa sau đó tiến hành mở máy nâng, di chuyển, hạ vật ,mở máy đột ngột , phanh đột ngột Nếu không có sự cố xảy ra thì đưa máy vào hoạt động

Trong công tác an toàn sử dụng cầu trục người quản lý có thể cho lắp thêm các thiết bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nhân khi làm việc

Một số thiết bị an toàn có thể sử dụng đó là : Sử dụng các công tắc đặt trên những vị trí cuối hành trình của xe lăn hay cơ cấu di chuyển cổng trục Các công tắc này được nối với các thiết bị đèn hoặc âm thanh báo hiệu nhằm báo cho người

sử dụng biết để dừng máy Đồng thời củng có thể nối trực tiếp với hệ thống điều khiển để tự động ngắt thiết bị khi có sự cố xảy ra

Như vậy để hạn chế tối đa tai nạn xảy ra đòi hỏi người công nhân sử dụng máy phải có ý thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên.

2.1 Một số đặc điểm về cầu trục

Cầu trục là loại máy trục kiểu cầu Loại này di chuyển trên đường ray đặt

trên cao dọc theo nhà xưởng ,xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểucầu , cầu trục có thể nâng hạ di chuyển vật theo yêu cầu tại bất cứ địa điểm nàotrong không gian của nhà xưởng Cầu trục được sử trong tất cả các lĩnh vực củanền kinh tế quốc dân ,với các thiết bị nâng vật rất đa dạng như móc treo ,thiết bịcặp , nam châm điện …v v Đặc biệt cầu trục sử dụng phổ biến trong ngành côngnghiệp chế tao máy ,luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dụng

Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500 t; khẩu độ dầm cầu đến32m; chiều cao nâng đến 16m; tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph; tốc độ di chuyển

xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph Cầu trục có tảitrọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật: một cơ cấu nângchính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ.Tải trọng nâng của loại cầu trục nàythường được ký hiệu bằng một phân số với tải trọng nâng chính và phụ, ví dụ:15/3 t; 20/5 t; 150/20/5 t; v.v

2.2.Phân loại cầu trục:

trọc nâng không lớn,và khi cần có thể dung với gầu ngoạm nam châm điện hoặcthiết bị xếp dỡ một loại hàng hóa nhất định.

_Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên đểnâng một loại hàng hóa nhất định Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ trongcông nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độ làmviệc rất nặng

b.Theo kết cấu dầm cầu:

_Theo kết cấu dầm có loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm

_Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu thường có một dầm chạy chữ I hay

tổ hợp với các dàn thép tăng cường cứng cho dầm cầu xe con cho palang dichuyển trên cánh dưới dầm chữ I , hoặc mang cơ cấu nâng di chuyển phía trendầm chữ I ,toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường raychuyên dụng ở trên cao Tất các cầu trục một dầm đều dùng palang đã được chếtạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng Nếu nó được trang bị palangkeo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng tay ,nếu được trang bị palangđiện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng điện

Hình 1.2 :Cầu trục một dầm

1 Bộ phận cấp điện lưới 3 pha 6 Palang điện

2 Trục truyền động 7 Dầm chính

3 Cơ cấu di chuyển cầu 8 Khung giàn thép

4 Bánh xe di chuyển cầu 9 Móc câu

5 Dầm cuối 10 Cabin điều khiển _Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất ,chúng được sử dụng trong công nghiệp sữa chữa ,lắp đặt thiết bị với khối lượng

công việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường khoảng từ 0,5-5 tấn, tốc độ làmviệc chậm.

_Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palang điện nên sứcnâng có thể lên 10 tấn ,khẩu độ đến 30 m , gồm có bộ phận cấp điện lưới 3 pha

Hình 1.3 :Cầu trục hai dầm

_Cầu trục hai dầm : kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm có :dầm hoặc dàn

cầu trục 6 ,bộ máy dẫn động, bộ máy di chuyển hoạy động sẽ làm cho các bánh xequay và cầu trục chuyển động theo đường ray chuyên dùng đặt trên cao dọc theonhà xưởng , hướng chuyển động của cầu trục ,chiều quay của động cơ điện

_Xe con mang hàng di chuyển dọc trên đường ray lắp trên hai dầm chủ ,trên xecon đặt các bộ phận máy của tời chính 10 ,tời phụ 9 và máy di chuyển xe con 2,các dây cáp đien 8 có thể co dãn phụ hợp với trí của xe con ,và cấp điện cho cầutrục nhờ hệ thanh dẫn điện 12 đặt dọc theo tường nhà xưởng ,các quẹt điện ba phatùy sát trên các thanh này,lồng thép 13 làm công tác kiểm tra theo dưới dầm cầutrục Các bộ phận của cầu trục thực hiện ba chức năng :nâng hạ hàng di chuyển xecon và di chuyển cầu trục Sức nâng của cầu trục hai dầm trong khoảng từ 5 – 30tấn , khi có yêu cầu riêng có thể lên đên 500 tấn Ở cầu trục có sức nâng trên 10tấn ,thường được trang bị hai tời nâng cùng vơi hai móc câu chính và phụ ,tời phụthường có sức nâng bằng một phần tu (0,25) sức nâng của tời chính ,nhưng tốc độnâng thì lớn hơn

_Dầm chính của cầu trục hai dâmg được chế tao dạng hộp hoặc giàn không gian ,Dâm giàn không gian tuy nhẹ hơn dầm hộp nhưng khó chế tạo và dùng cho cầulàm dưới dạng hộp và được lien kết với các dầm chính bằng mối hàn hoặc bu lông

c.Theo cách tựa của dầm chính :

_Theo cách tựa của dàm chính thì có loại cầu trục tựa và cầu trục treo

Hình 1.4 :Cầu trục tựa

_Cầu trục cầu là loại cầu trục có hai đầu của dầm chính rựa lên dầm cuối ,chúngđược lien kết với nhau bởi đinh tán hoặc hàn , loại cầu trục này có kêta cấu đơngiản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên cũng được dùng phổ biến Trênhình 1.3 là hình chung của cầu trục tụa loại 1 dầm phần kết cấu gồm dầm cầu 1 cóhai đầu tựa lên các dầm cuối 5 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 làkhung thép 4 để đảm bảo độ cứng vững theo phương ngang của dầm cầu Palăngđiện 3 có thể chạy dọc theo cánh thep phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyểnpalăng Cabin điều khiển được treo vào kết cấu chịu lực của cầu trục

Hinh 1.5: Cầu trục treo

a) loại hai dây treo b) loại ba dây treo

_Cầu trục treo là loại cầu trục mà toang bộ phần kết cấu có thể chạy dọc theo nhàxưởng nhờ hai ray treo hoặc nhiều ray treo Do lien kết treo của các ray phức tạpnên loại cầu trục này chỉ đươc dùng trong các trường hợp đặc biệt cần thiết so vớicầu trục tựa cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, do đó có thểphục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng thậm chí có thể chuyển hàng giữa hai nhà

xưởng song song đồng thời kết cấu của cầu trục treo nhẹ hơn cầu trục tựa Tuynhiên cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn cầu trục tưa

d.Theo cách bố trí cơ cấu cơ cấu di chuyển cầu trục:

-Cầu trục dẫn động chung

-Cầu trục dẫn động riêng

_Cơ cấu di chuyển của cầu trục có thể thực hiện theo 2 phương án dẫn độngchung và dẫn động riêng Trong phương an dẫn động chung ,động cơ động đượcđặt ở giữa dầm cầu và truyền chuyển động đén các bánh xe chủ động ở hai bên raynhờ các trục truyền Các trục truyền có thể là trục quay nhanh quay chậm ,quaytrung bình

e Theo nguồn dẫn động :

_Cầu trục dẫn động bằng tay và cầu trục dẫn động bằng máy

_Cầu trục dẫn động bằng tay : Được dùng chủ yếu trong lắp ráp sữa chữa nhỏ vàcác công việc nân chuyển không cần tốc độ cao Cơ cấu nâng của loại cầu trụcnầy thường là palăng xĩh kéo tay Cơ cấu di chuyển palang xích và cầu trục cũngđược dẫn động bằng cách kéo xích từ dưới lên Tuy là thiết bị thô sơ song giáthành rẻ và dễ sử dụng nên cầu trục dẫn động bằng tay vẫn được sử dụng hiệu quảtrong các phân xưởng nhỏ

_Cầu trục dẫn động bằng động cỏ : Thường được sử dụng trong các phân xưởngsữa chữa lắp ráp lớn và công việc yêu cầu khối lượng và tốc độ làm việc cao Cơcấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện Cơ cấu di chuyển palang điện ,xecon và cầu cũng được dẫn động bằng động cơ điện Loại cầu trục này được sửdụng phổ biến nhất do coa nhiều ưu điểm nổi bậc là khả năng tự động hóa ,thuậntiện cho người sử dụng và có thể sử dụng trong việc vận chuyển các loại hàng cókhối lượng lớn

Hinh 1.7 :Cầu trục dẫn đọng bằng tay ( a:loại một dầm , b:loại hai dầm )

f Theo vị trí điều khiển :

_Theo vị trí điều khiển có các loại điền khiển từ cabin gắn trên dầm cầu ,và cầutrục điều khiển từ dưới nền nhờ nút bấm Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nútbấm thường dùng cho các loại cầu trục 1 dầm có tải trọng nâng nhỏ

2.3.Tải trọng:

-Là trọng lượng lớn nhất mà máy có thể nâng được.

Q = Qm +Qh

Qm :Trọng lượng thiết bị mang

Qh:trọng lượng danh nghĩa của vật nâng ma máy có thể nâng được

2.3.2 Tải trọng do trọng lượng bản thân.

-Trong khi tính toán, thiết kế máy mới thường bỏ qua trọng lượng các chitiết (trừ một số chi tiết có trọng lượng lớn)

2.3.3 Tải trọng của gió.

-Đối với máy làm việc trong nhà thì áp lực gió không đáng kể có thể bỏ qua

2.3.4.Tải trọng phát sinh khi vận chuyển.

-Bao gồm các tải trọng do trọng lượng bản thân và các tải trọng động phátsinh khi vận chuyển:

+Tải trọng theo phương đứng khi vận chuyển trên ray lấy bằng 60% ÷ 80%tải trọng do trọng lượng bản thân

+Tải trọng động theo phương ngang lấy bằng 80% ÷ 90% tải trọng dotrọng lượng của bản thân

2.3.5 Tải trọng khi dựng lắp.

-Khi này tải trọng do trọng lượng bản thân lấy tăng 15% ÷ 20% Và phải

kể đến tải trọng gió cũng như các lực phát sinh trong quá trình lắp

2.3.6 Tải trọng động :

-Để khảo sát động lực học máy cần xây dựng mô hình bài toán về động lựchọc của máy Các cơ cấu máy nên tìm cách qui về sơ đồ đơn giản nhất

2.4 Đặc điểm tính toán của cầu trục:

2.4.1 Trình tự tính toán của cầu trục.

-Thiết kế các hệ thống điều khiển

-Thiết kế thiết bị an toàn

2.4.2 Xác định khoảng cách giữa các bánh xe di chuyển cầu trục trên dầm cuối.

- Khi bị xô lệch thì bị sinh ra lực cản phụ W nên sinh ra môn men xô lệch

Để đảm bảo cho bánh xe vẫn quay thì:

Hình 1.8:sơ đồ lực tác dụng giữa bánh xe và ray

2.4.3 Đặc điểm tính toán của dầm chính cầu trục

-Độ võng lớn nhất của dưới tác dụng của trọng lượng xe và tải trọng danh

nghĩa, cùng thiết bị mang vật đặt ở giữa dầm không được vượt quá :

- Đối với có dầm hộp phải kiểm tra thời gian dao đọng tắt dần ủa kết cấuthép

2.4.4 Tính trục truyền của cơ cấu di chuyển.

-Tính trục phải thực hiện đầy đủ các phép tính trục thông thường tính sơ bộ,

tính độ bền mỏi, có thể kiểm tra độ cứng xoắn và dao động Cơ

PHẦN II:THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁNCHƯƠNG 2:PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

_ Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới cầu trục

10T ,trước tiên ta phai chọn sơ đồ kết cấu cho phù hợp với mục đích và đặcđiểm sản xuất của phân xưởng saou đó tiến hành chọn phương an thiết kế chophù hợp ,chính xác và đạt hiệu quả cao

1 Chọn sơ đồ kết cấu

1.1 Lựa chọn kết cấu dầm

a.Phương án 1: Hai dầm kết cấu dạng hộp

-Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn di chuyển

-Kết cấu dầm dạng hộp nên việc tính toán đơn giản,thời gian chế tạo và lăp ghép

nhanh,việc bảo dưỡng cũng đơn giản Do đó giá thành giảm

b.Phương án 2 :Kết cấu hai dầm kiểu giàn

-Dầm là một khung giàn gồm các thanh liên kết với nhau bằng hàn và bắtbulông

Hình 2.1: kết cấu hai dầm dang hộp

Với kết cấu kiểu này thì khối lượng dầm nhỏ, nhưnng phức tạp, khó chế tạo vìnhiều chi tiết , quá trình chế tạo và lắp ráp mất thời gian , việc kiểm tra bảo dưỡngkhó khăn Do đó giá thành chế tạo cầu trục cao

c.Phưong án 3: Kết cấu loại một dầm

Hình 2.2 : Kết cấu hai dầm kiểu giàn

Hình 2.3: Kết cấu một dầm

Kết luận :Từ yêu cầu về số liệu ban đầu về cầu trục , như vậy ta chọn kết cấu

dầm dạng: hai dầm dạng hộp, thì đủ khả năng chịu tải và kết cấu đơn giản

1.2 Chọn phương án truyền động cơ cấu nâng

b Phương án 2:

c.Phương án 3:

Kết luận: với các ưu điểm trên nên ta chọn phương án 3 là phù hợp

1.3.Phương án truyền động và di chuyển xe con:

a.Phương án 1:

b.Phương án 2:

5

- Phương án này kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, truyền động chắc chắn có sự đồng

bộ giữa hai bánh xe cao, nhưng khoảng cách giữa hai bánh xe bị hạn chế

Kết luận: như phân tích trên ta chọn phương án 1, do nhỏ gọn dễ chế tạo, ít

tốn kém, chiến ít không gian

1.4- Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu:

a Phương án 1:

ở gần bánh xe nên quá trình truyền mômen từ động cơ đến hộp giảm tốc nhỏ nên

có thể giảm đường kính trục

b Phương án 2: dùng hai động cơ

c Phương án 3: dùng một động cơ một hộp giảm tốc

5

3

4 4

4 Nối trục

5 Bánh xe-Phương án này dùng hộp giảm tốc gần với động cơ nên khoảng cách từ hộpgiảm tốc đến bánh xe lớn nên phải dùng trục lớn

Kết luận: Như đã phân tích trên thì ta chọn phương án 1 phù hợp với các số

liệu theo yêu cầu

2 Chọn phương án thiết kế

_Để thiết kế bất cứ một vấn đề gì việc đầu tiên chúng ta phải xác định chún

ta đi thiết kế cái gì ,nó phục vụ mục địch gì và cái ta thiết kế ra có nhũng ưuviệt hơn những cái hiện đang có hay không Một vấn đề quan trọng là ta thiết

kế bằng phương pháp nào, vấn đề này cần phải được xác định ngay từ đầutrước khi đi thiết kế bất kỳ một vấn đề gì Vì thế nếu không xác định đượcthiết kế theo phương pháp nào thì có thể thiết kế đó không có tính khả thi ,vàđôi khi là không thể thực hiện được

_Hiện nay để đi thiết kế một vấn đề gì thì chúng ta có bốn phương pháp cơ

bản ,đó là :

_Thiết kế theo mẫu

_Thiết kế theo Quy phạm

_Thiết kế theo số liệu thống kê

_Thiết kế theo tính toán

_Đặc điểm của các phương án thiết kế :

_Thiết kế theo mẫu :Ưu điểm của phương phapf này là cho phép ta

thiết kế một cách nhanh chóng, chúng ta chỉ cần dựa vào mẫu cầu trục có sẵnhoặc thiết kế mẫu để đi thiết kế cái gầ giống với cái ta cần thiết kế Tuy nhiên

nó cũng có những nhược điểm của nó là chúng khó có thể tim được mẫu cầuthiết kế cái hoàn mới thì không thể dung phương pháp này được

_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 đươc đặt radựa vào kinh nghiệp và cách tính dư bền tuy nhiên phương pháp này khôngthể áp dụng cho các trường hợp đặc biệt được và các thiết ra cho chúng ta dưbền

_Thiết kế theo số liệu thống kê :Chúng ta thống kê các sản phẩm phân

tích lựa chọn xem chi tiết nào hoạt động hiệu quả và gần giống với thiết kêmình nhất Từ đó cho ta thiết kế dựa vào kết quả vừa được thong kê được

_Thiết kế theo tính toán : Đây là một trong bốn phương pháp cho ta

kết qua chính xác nhất và có tính kinh tế cao Tuy nhiên nó cũng có nhược

điểm là khó khăn trong các phương pháp thiết kế và đi thiết lâp các công thứctính toán.

Kết luận : Mỗi phương pháp thiết kế đều có ưu nhược điểm khác nhau vì

thế trong quá trình thiết kế ta cần chọn một phương án nào cho thích hợp nhấttheo yêu cầu và mục đích của vấn đề cần giải quyết để đạt được hiệu quả caonhất Vậy với yêu cầu và mục đích cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục tôi

chọn phương án Thiết kế theo tính toán vì đây là phương pháp cho ta kết quả

chính xác nhất

Cụ thể trong tính toán : ‘ Thiết kế cầu trục 10T ‘ ta phải tính toán các

cơ cấu chính sau :

_Tính cơ cấu nâng

_Tính cơ cấu di chuyển : cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển

palăng điện

_Tính kết cấu thép : tính chọn dầm chính và dầm cuối

_Tính chọn các thiết kế phụ : hệ thong điều khiển các thiết bị an

toàn cơ –điên v.v

3 Thành Lập Sơ Đồ Động :

4

10 9 8

7

6

5 4

5 Động cơ cơ cấu di chuyển cầu 6 Tang

7 Động cơ cơ cấu nâng 8 Hộp điều khiển

9 Móc treo 10.Ray

“Thiết kế cầu trục dầm đôi với tải trọng 10T có kết cấu như hình 2.4”

Phương án dẫn động :Mỗi cơ cấu ( cơ cấu dẫn động , cơ cấu di chuyển xelăn, 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 dưới nền nhà

1 Phân tích chung :

1.1.Yêu cầu khi tính toán và thiết kế cơ cấu nâng:

Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng Ngoại lực làtrọng lưc và lực quán tính tác dụng lên vật nâng.Có hai loại cơ cấu nâng :Cơ cấunâng dẫn động bằng tay, và cơ cấu nâng dẫn động bằng điện Do cơ cấu dẫn độngbằng tay không phù hợp yêu cầu thiết kế nên ở đây không đi vào phân tích

Còn cơ cấu nâng dẫn động bằng điện, do tính chất quan trọng và yêu cầu caonên cơ cấu phải đảm độ an toàn, độ tin cậy,độ ổn định cao khi làm việc Do đó,cơcấu nâng phải được chế tạo nghiêm chỉnh với chất lượng tốt của tất cả các khâu,khác với cơ cấu bằng tay, ở đây dùng tang kép quấn một lớp cáp, có cắt rãnh đảmbảo độ bền lâu cho cáp.Bộ truyền phải được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín,ngâm dầu, bôi trơn tốt, các ổ trục thường dùng ổ lăn.Thiết bị phanh hãm thườngdùng là phanh má thường đóng

Các số liệu ban đầu:

Chế độ làm việc của các cơ cấu là chế độ trung bình

1.3 Sơ đồ động học cơ cấu nâng:

Hình 3.1 cơ cấu nâng

Dùng sơ đồ này với kiểu nối tang của trục ra hộp giảm tốc bằng nối trục, ta

sẻ được kích thước chiều dài nhỏ gọn, đồng thời đảm bảo việc chế tạo từng cụmriêng, tháo lắp dễ dàng

2 Tính toán cơ cấu nâng:

2.1 Chọn loại dây cáp:

Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dâycho cơ cấu là loại dây có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xíchtấm và loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay

Ta không chọn dây xích vì xích nặng hơn khoảng 10 lần so với cáp, xích

có thể đứt đột ngột do chất lượng mối hàn kém (nếu là xích hàn)

Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛK -P theo ГOCT 2588-55

có tiếp xúc đường giữa với các sợi thép các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật

Q S

λλ

λ

)

1(

)1(

a = 2 : Bội suất của palăng

m = 2 : Số nhánh cáp cuốn lên tang

t = 0 : Vì số dây cáp trực tiếp cuốn lên tang không qua ròng rọc chuyển

Hiệu suất của palăng xác định theo công thức 2-21[I]

25800.2.2

102100max

=

S a m

Qo S

So p

η

Trong đó : So =

a m

Sđ : Lực kéo đứt dây theo bảng tiêu chuẩn ,N

Smax : Lực căng lớn nhất trong dây , N

Xuất phát từ điều kiên theo công thức (2-10) với loại dây đã chọn trên, với

Vậy dây cáp được chọn đạt yêu cầu

2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc

Ròng rọc cân bằng không phải là rọc làm việc nên có thể chọn đường kínhnhỏ hơn 20%, so ròng rọc làm việc

Dc = 0,8 Dr = 0,8.400 = 320(mm)

B) Chiều dài tang :

Chiều dài tang phải được tính toán sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhấttrên vẫn còn ít nhất 1,5 vòng cáp dự trữ, không kể những vòng cáp nằm trong kẹp(quy định về an toàn )

Chiều dài toàn bộ của tang xác định theo công thức 2-14-[I] đối với trườnghợp Palăng kép

L’= L0’+2L1+2L2+L3

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng

L Z

c t

++

=π

trong đó : Z’0 = 2 số vòng dữ trữ không dùng đến :

12

2 11( t c) 3,14(0, 4 0,01.6,5)

thường nên ta nên phải cắt thêm 3 vòng rãnh nữa trên tang, Do đó :

L1 = 3.t = 3.20 = 60 (mm)

Vì tang được cắt rãnh, cáp cuốn một lớp, nên không phải làm thành bên,tuy nhiên ở hai đầu tang trước khi vào phần cắt rãnh ta để trữ lại một khoảng

L3 = L4-2.hmin.tgα Theo trang 21[I]

hmin :khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang với trục các ròng rọc treo móc

Dựa vào kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:

Vậy chiều dài toàn bộ của tang sẽ bằng :

n

max

σ

ϕ

σ =

Smax: Lực căng cáp lớn nhất ở nhánh cáp cuốn lên tang

σ: Chiều dầy thành tang ; t bước rãnh

k = 1: Hệ số phụ thuộc số lớp cáp cuốn lên tang Theo trang 22- [I]

φ = 0,8: Hệ số tính đến sự sắp xếp không đều của dây cáp trên tang

t

S k

n

max

σ

ϕ

σ = = 68,8

20.15

25800.8,0.1

Tang được đúc bằng gang xám (CH15-32) có giới hạn bền nén là

toàn k=5

2

/1135

565

mm N k

Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải đựơc xác định:

Theo công thức 2-78 [I]

ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng Tra mục 2- chương I – [I]

ηt = 0,96 hiệu suất tang, tra bảng1-9- [I]

η0 = 0,94 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối, xuất phát từ bảng

số liệu bảng 1-9 –[I],với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ

Vậy : . 100000.14,5 27,8

60.1000 60.1000.0,87

n

Q v N

η

Tương ứng với chế độ trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện MT 51 -8 cócác đặc tính sau đây

Công suất danh nghĩa : Ndc = 22( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 723 (vòng/phút)

Hệ số quá tải: max =3,0

dn

M M

Mô men vô lăng: (Gi.Di2)rôto = 44 Nm2

=

=

D

a v

Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải cho trên hình 3.4

Q1 = Q; Q2 = 0,5Q; Q3 = 0,3Q Và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng lượngnày là 3:1:1

Động cơ điện đã chọn các công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu

khi làm việc, do đó phải được kiểm tra về nhiệt

Để kiểm tra đựơc nhiệt động cơ, ta lần lượt xác định các thông số tính toántrong các thời kỳ làm việc khác nhau của cơ cấu

,0.5,32.2

2.4165,0.25800

.2

max

0

=

t i

m D S

M n

c) Lực căng dây trên tang khi hạ vật, theo công thức 2-22 [I]

1 0

2

.(1 ) 102100.(1 0,98).0,98(1 ) 2.(1 0,98 )

a t

Q S

m

λ λλ

(375

)

(375

)

(

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G t

n m n

m

i i n

Ta có :β=1,1 ÷ 1,2 , Hệ số ảnh hưởng quán tính các chi tiết trên các trục sautrục I

β∑G i D2i =1,1.96,8=106,48Nm2

2

1,1)

5,28,1(2

382517(375

723.4165,0.102100)

382517.(

375

723.8,52

2 2

(375

)

(375

)

(

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G t

n m n

m

i i h

h m

trường hợp tải trọng khác nhau được ghi theo bảng dưới đây:

5,14

12.60

M

2 2

nhau, s

chuyển động ổn định với tải trọng đó, Nm

tv: thời gian chuyển động với vận tốc ổn định khi làm việc với từng tảitrọng

gian làm việc trong các thời kỳ chuyển động ổn định và không ổn định, s

238,0218,0185,0.3376,0456,0823,0.310.75

,

24

)78140284.3141203380.3(75,24

)238,0218,014,0.3376,0456,0823,0.3(517

2 2 2 2

2 2 2

++

++

++

+++

++

++

++

++