Đồ án cơ khí thiết kế cổng trục lăn trọng tải 25t

Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác với thiết bị mang vật như móc treo, gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu… Máy trục là một loại máy

LỜI MỞ ĐẦU

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các Thầy Cô giáo trường Đại học bách khoa Đà Nẵng đã học bách khoa Đà Nẵng đã nhắc nhở, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em chỉ dạy em tận tình trong 5 năm học qua Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Cơ Khí, ngành chế tạo máy trường Đại trong suốt quá trình học tập và làm đề tài tốt nghiệp

Ngành công nghiệp cổng trục được sử dụng tương đối nhiều giúp con người giảm được sức lao động và nâng cao năng suất, do vậy việc đầu tư náy móc, trang thiết bị sản xuất là điều hết sức cần thiết

Sau thời gian thực tập, làm quen và tìm hiểu máy cổng trục ở công ty Và được sự hướng dẫn giúp đở tận tình của thầy Nguyễn Đắc Lực, cùng các thầy cô trong khoa, trên xưởng đã tạo điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Do khả năng và kinh nghiệm còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong sự đóng ý kiến của các thầy cô và các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

.

Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2014

Sinh viên thực hiện

PHẦN 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NÂNG

CHUYỂN, CỔNG TRỤC LĂN.

1.1 Giới thiệu chung về thiết bị nâng - chuyển.

1.1.1 Giới thiệu chung.

Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác với thiết bị mang vật như móc treo, gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu…

Máy trục là một loại máy nâng và vận chuyển, một trong những phương tiện quan trọng của việc cơ giới hoá các quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp – và xây dựng

Ở các nước tiên tiến, ngành máy nâng chuyển là một ngành công nghiệp phát triển cao, về thiết bị nâng chuyển của các máy trục Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp, luôn mong muốn nâng cao năng suất lao động, do vậy phải phát triển không ngừng cải tiến kỹ thuật máy nâng và vận chuyển

Trong ngành công nghiệp mỏ thì cần có các loại thang tải, xe kíp băng tải … Trong ngành luyện kim có những cần trục nặng phục vụ kho chứa quặng và nhiên liệu…

Máy nâng và vận chuyển phục vụ nhà ở, những nhà công cộng, các cửa hiệu lớn và các ga tàu điện ngầm như thang máy, trong đó có thang điện cao tốc cho các nhà cao tầng, buồng chở người và thang điện liên tục.Trong các siêu thị người ta dùng rất nhiều các cầu thang cuốn …

Trong nhà máy hay phân xưởng cơ khí thì người ta trang bị nhiều máy nâng chuyển di động như cần trục, cầu trục, cổng trục dùng điện hay khí nén, thuỷ lực năng suất cao để di chuyển các chi tiết máy hoặc máy …

Ngành máy nâng và vận chuyển hiện đại đang thực hiện rộng rãi việc cơ giới hoá quá trình vận chuyển trong các ngành công nghiệp và kinh tế quốc dân Sự phát triển của kỹ thuật nâng – vận chuyển phải theo cải tiến các máy móc, tinh xảo hơn, giảm nhẹ trọng lượng, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sử dụng, tăng mức sản xuất, đơn giản hoá và tự động hoá việc điều khiển và chế tạo những máy mới nhiều hiệu quả để thoả mãn yêu cầu ngày một tăng của nền kinh tế quốc dân

Ở nước ta, máy nâng và vận chuyển cũng đã sử dụng rộng rãi trong một số ngành như xếp dỡ hàng hoá ở các bến cảng nhà ga và đường sắt Trong công nghiệp xây dựng nhà ở, trong các nhà máy luyện kim và lâm nghiệp, xây dựng công nghiệp

và quốc phòng Trong tình hình kinh tế phát triển như hiện nay, máy nâng và vận chuyển ngày càng trở thành nhu cầu cấp bách do nhu cầu sản xuất ngày càng cao

1.1.2 Phân loại máy nâng chuyển.

Theo đặc điểm làm việc các loại máy nâng và vận chuyển có thể phân thành hai loại :

Vật nặng được vận chuyển thành một dòng liên tục, theo tuyến nhất định Khi làm việc, quá trình vận chuyển, chất và dỡ tải được tiến hành một cách đồng thời Máy vận chuyển liên tục phục vụ các quá trình chuyển vật liệu vụn, rời trong một phạm vi không lớn Gồm các loại băng gầu, băng tải, máy xúc liên tục, xích tải, vít chuyển…

Máy nâng chủ yếu phục vụ các quá trình nâng vật thể khối Đặc điểm làm việc các cơ cấu của máy nâng là ngắn hạn, 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 có một số chuyển động khác để dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang (nâng hạ cần) Bằng sự phối hợp các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó

Theo phương pháp công tác, khoảng cách vận chuyển và hình dạng kết cấu thép mà thiết bị nâng được chia thành ba nhóm:

- Máy nâng đơn giản: Vật chỉ nâng lên hạ xuống theo một phương thẳng đứng Nhóm này chỉ có một cơ cấu nâng

- Máy trục: Vật nâng vừa được nâng hạ và vận chuyển ngang trong một không gian nhất định Loại này có ít nhất hai cơ cấu cùng phối hợp công tác

- Thang máy, vận thăng: Loại này chủ yếu là nâng hạ theo một chiều , đặt cố định tại một vị trí và có những yêu cầu riêng

Để mang lại hiệu quả cao cho phương án thiết kế, ta cần phải nắm vững các đặc điểm về máy trục

1.2 Các thông số cơ bản của máy nâng.

1.2.1 Tải trọng nâng và tải trọng tính toán.

Các tải trọng dùng trong cơ sở thiết kế máy nâng gồm có:

 Tải trọng nâng danh nghĩa.

Tải trọng nâng của máy nâng là trọng lượng danh nghĩa của vật nâng mà máy có thể nâng hạ được theo tính toán thiết kế

Q = Qv + Qmt

Trong đó: Qv – trọng lượng vật nâng, N;

Qmt – trọng lượng bộ phận mang tải, N

 Tải trọng từ trọng lượng bản thân máy

Trọng lượng bản thân máy bao gồm trọng lượng các cơ cấu, trọng lượng phần kết cấu thép và trọng lượng các chi tiết phụ trợ

 Tải trọng gió.

Máy nâng có chiều cao lớn làm việc ngoài trời như cần trục cảng, cần trục xây dựng, phải tính tải trọng do gió gây nên Tải trọng gió cũng có tác động đến độ bền của các bộ phận và chi tiết máy nâng, độ ổn định của máy khi làm việc Cường

độ tải trọng gió thay đổi theo chiều cao, theo cấp gió, theo thời tiết khí hậu của từng vùng và diện tích chắn gió của các bộ phận máy nâng

Khi tính toán kết cấu thép máy nâng, tải trọng gió được xét trong hai trường hợp:

+ Máy nâng đang vận hành: Xác định áp lực gió lớn nhất mà máy nâng có thể làm việc được

+ Máy nâng không làm việc: Xác định áp lực gió lớn nhất tác dụng lên máy nâng để tính toán thiết kế bộ phận khoá hãm của máy trên đường ray

 Tải trọng động.

Là tải trọng xuất hiện khi máy hoạt động thực Để tính được tải trọng động, cần phải xây dựng mô hình bài toán động lực học máy nâng và giải phương trình chuyển động của cơ hệ đã lập được trên cơ sở quy về sơ đồ một, hai, ba hay nhiều khối lượng

1.2.2 Các thông số hình học.

 Khẩu độ máy nâng: là khoảng cách tâm giữa hai đường ray của bánh xe di

chuyển máy, được ký hiệu là L, m

 Khoảng cách hai cầu: là khoảng cách tâm trục bánh trước và bánh sau của

máy, ký hiệu là a, m

 Tầm vươn: là khoảng cách nằm ngang từ tâm quay của máy đến tâm vật

nâng, ký hiệu là L1, m Tầm vươn chỉ có ở các máy cẩu có tay cần

 Chiều cao nâng: là khoảng cách thẳng đứng từ vị trí thấp nhất đến vị trí cao

nhất của cơ cấu mang vật khi làm việc, ký hiệu là H, m

1.2.3 Các thông số động học.

 Vận tốc nâng: là tốc độ nâng danh nghĩa của máy nâng, ký hiệu Vn

( m/s ) hay ( m/ph ) Vận tốc nâng phụ thuộc tải trọng nâng, tính chất công việc mà máy nâng phục vụ và nhiều yếu tố khác nữa

 Vận tốc di chuyển: là tốc độ di chuyển danh nghĩa của máy nâng hoặc

di chuyển xe con trên máy nâng, ký hiệu Vd ( m/s ) hoặc ( m/ph ) Vận tốc di chuyển

phụ thuộc trọng lượng máy, tải trọng nâng, tính chất công việc và nhiều yếu tố khác.

 Tốc độ quay: Đối với một số máy nâng như cần trục xây dựng, ôtô

cẩu, cần trục nổi… có bộ phận quay theo trục thẳng đứng nhằm di chuyển vật nâng đến các vị trí khác nhau xung quanh mình nó Tốc độ quay nq ( vg/ph ) thường chỉ lấy từ 1 ÷ 3,5 vg/ph để tránh tải trọng quán tính lớn

1.3 Chế độ làm việc của máy trục :

Khi chọn máy nâng, ta cần quan tâm đến tải trọng nâng và thời gian làm việc của máy Nhưng trong thực tế sử dụng không phải lúc nào cũng sử dụng với tải tối

đa và làm việc liên tục, mà tải trọng nâng có thể thay đổi theo từng thời gian làm việc trong ca, trong ngày, trong tháng, trong năm tuỳ theo yêu cầu của công việc

Để bảo đảm tính kỹ thuật, kinh tế người ta lựa chọn, thiết kế máy nâng theo chế độ làm việc Vậy chế độ làm việc danh nghĩa của một cơ cấu hoặc toàn bộ máy nâng là một thông số tổng hợp tính đến điều kiện sử dụng, mức độ chịu tải theo thời gian của một cơ cấu hay toàn bộ máy

Theo TCVN 5862 – 1995 nhóm máy nâng được phân theo hai chỉ tiêu cơ bản

là cấp sử dụng và cấp tải của thiết bị.

Theo TCVN 4244 – 1986 nhóm máy nâng được phân chia dựa theo các chỉ tiêu cơ bản sau:

+ Hệ số sử dụng cơ cấu theo tải trọng:

KQ = Qtb Q

Trong đó: Qtb - trọng lượng trung bình của vật nâng

Q - tải trọng danh nghĩa của cơ cấu

+ Hệ số sử dụng cơ cấu trong ngày

Trong đó: To - thời gian làm việc của động cơ trong một chu kì hoạt động của máy: To = ∑tm + ∑tv

T – toàn bộ thời gian hoạt động của cơ cấu trong một chu kì:

T = ∑tm + ∑tv + ∑tp + ∑td

∑tm: tổng thời gian mở máy

Số giờ làm việc trong ngày 24h

Số ngày làm việc trong năm

365 ngày

∑tv : tổng thời gian chuyển động với tốc độ ổn định.

∑tp : tổng thời gian phanh

∑td : tổng thời gian dừng máy

 Khi tính toán các cơ cấu máy trục người ta phân biệt ba trường hợp tải trọng tính toán đối với trạng thái làm việc và trạng thái không làm việc của máy trục như sau:

Trường hợp A: tải trọng bình thường của trạng thái làm việc bao gồm trọng

lượng danh nghĩa của vật nâng và bộ phận mang tải, tải trọng trung bình của gió ở trạng thái làm việc, tải trọng động trung bình trong quá trình mở và phanh cơ cấu

Trường hợp B: tải trọng lớn nhất của trạng thái làm việc bao gồm trọng lượng

danh nghĩa của vật nâng và bộ phận mang tải, tải trọng lớn nhất của gió ở trạng thái làm việc, tải trọng động lớn nhất xuất hiện khi mở máy và phanh hãm đột ngột và tải trọng do độ dốc, độ nghiêng mặt nền lớn nhất có thể

Các trị số tải trọng lớn nhất của trạng thái làm việc thường hạn chế bởi những điều kiện bên ngoài như sự trượt trơn của bánh xe trên ray, trị số momen phanh lớn nhất, momen giới hạn của khớp nối …

Đối với trường hợp này tất cả các chi tiết trong cơ cấu và kết cấu kim loại được tính theo sức bền tĩnh

Trường hợp C: tải trọng lớn nhất của trạng thái không làm việc của máy đặt

ngoài trời, bao gồm trọng lượng bản thân, tải trọng gió lớn nhất trọng trạng thái không làm việc và tải trọng do độ dốc của đường

Đối trường hợp này cần tiến hành kiểm tra độ bền, độ ổn định toàn bộ máy và các bộ phận công tác, đặc biệt kiểm tra chi tiết bộ phận kẹp ray, các chi tiết của bộ phận phanh hãm và cơ cấu thay đổi tầm với

1.4 Tìm hiểu chung về cổng trục lăn.

Cổng trục là một loại cần trục kiểu cầu, có dầm cầu đặt trên các chân cổng với các bánh xe di chuyển trên ray đặt ở dưới đất

Theo công dụng người ta phân cổng trục ra: cổng trục có công dụng chung, cổng trục xây dựng và cổng trục chuyên dùng

Kết cấu chung của cổng trục gồm có phần kết cấu thép, cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con cơ cấu di chuyển cầu, cơ cấu điều khiển và cơ cấu an toàn

Cổng trục có công dụng chung thường có tải trọng nâng Q = 3,2 ÷ 12,5 T, có khẩu độ L = 6,3 ÷ 40m; chiều cao nâng H = 3 ÷ 16m Loại cổng trục có xe con di chuyển trên cầu dùng để lắp ráp trong xây lắp có khẩu độ đến 80m, tải trong nâng Q

= 50 ÷ 400 T, chiều cao nâng đến 30m Đối với cổng trục dùng trong lắp ráp (như

lắp ráp các thiết bị trong nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện…) phải có nhiều tốc độ nâng khác nhau và trong đó thường có tốc độ chậm Vn = 0,05 ÷ 0,1 m/ph, tốc độ di chuyển chỉ 0,1 m/ph.

Cổng trục có công dụng chung dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng khối, vật liệu rời trong các kho bãi, bến cảng hoặc nhà ga đường sắt Cổng trục chuyên dùng thường được sử dụng để phục vụ lắp ráp trong nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện… Theo kết cấu của dầm chính thì có cổng trục không có công xôn và công trục

có công xôn Dầm cầu có thể được chế tạo dưới dạng dầm hộp hàn, dầm ống, dầm dàn không gian và có thể là một dầm hoặc hai dầm Ray di chuyển xe con trên dầm cầu có thể đặt ở phía trên hoặc treo phía dưới dầm

Sau đây là một số hình ảnh về cổng trục lăn ở các phân xưởng

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG.

2.1 Giới thiệu chung về cơ cấu nâng.

Phương pháp cơ bản để xây dựng một kết cấu truyền động của máy nâng là phải xác định được mục đích chính và những ảnh hưởng chính của cơ cấu đó Trước tiên cần quyết định về loại truyền động cho cơ cấu nâng, năng lượng sử dụng là gì, tiếp theo là lựa chọn phương pháp công tác, loại truyền động, phương pháp điều khiển và mục tiêu kinh tế đạt được

Trong một cơ cấu bao giờ cũng có ba phần chính:

 Bộ phận công tác: là chi tiết hay bộ phận máy nhận năng lượng hoặc cơ năng của các bộ phận trước đó để thực hiện mục đích chính, nhiệm vụ chính của cơ cấu,

ví dụ như hệ thống ròng rọc cáp và móc treo trong cơ cấu nâng hạ vật

 Bộ phận truyền động: là phần trung gian nhận, biến đổi, phân phối và truyền năng lượng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác

 Bộ phận dẫn động: là phần phát ra lực ban đầu, sản sinh ra năng lượng đủ để cung cấp cho bộ phận công tác thực hiện được chức năng công việc Bộ phận dẫn động gồm các loại động cơ điện, thuỷ lực, đốt trong, khí nén…

Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng Theo yêu cầu công nghệ cơ cấu nâng có thể là một máy nâng độc lập như tời, palăng cố định hay là một

bộ phận của máy nâng như ở cầu trục, cổng trục, cần trục…

Cơ cấu nâng của cổng trục thường có ba loại chính:

+ Cơ cấu nâng kiểu treo: thường dùng cho loại cổng trục một dầm, cơ cấu công tác là palăng điện hoặc là palăng tay Palăng điện hoặc palăng tay đều có khả năng di chuyển dọc theo dầm chính để nâng hạ vật Các loại palăng này là bộ phận máy được chế tạo hoàn chỉnh theo tải trọng, tốc độ nâng và chế độ làm việc Cơ cấu nâng kiểu này được di chuyển trên hai cánh dưới của dầm chữ I nhờ bánh xe, cơ cấu này được sử dụng với tải trọng nâng nhỏ

+ Cơ cấu nâng kiểu đặt: thường dùng cho loại cổng trục hai dầm, cơ cấu nâng được chế tạo và đặt trên xe con để có thể di chuyển dọc theo dầm chính Cơ cấu nâng di chuyển trên ray đặt trên dầm nhờ các cụm bánh xe chủ động và bị động Trên xe con có thể có từ một đến ba cơ cấu nâng trong đó có một cơ cấu nâng chính, cơ cấu nâng kiểu này có thể sử dụng tải trọng nâng lớn

+ Cơ cấu nâng bố trí ngoài xe con: nhằm mục đích giảm tải trọng cho dầm chính, lúc này cơ cấu nâng được bố trí trên chân cổng, nhờ hệ thống ròng rọc và cáp

mà vật nâng di chuyển được Nhược điểm của cơ cấu nâng kiểu này là hệ thống cáp chằng chịt, kết cấu phức tạp

2.2 Chọn phương án thiết kế cho cơ cấu nâng

2.2.1 Số liệu ban đầu.

+ Trọng tải : Q = 25T = 250000 (N)

+ Trọng lượng bộ phận mang: Qm = 0,05 × Q = 0,05 × 250000 = 12500 (N) (theo trang 14 [3])

+ Độ cao nâng: H = 9 (métt) Vận tốc nâng

+ Vận tốc nâng:Vn = 3, 7 ( m/ph )

Chế độ làm việc của cơ cấu nâng: Theo TCVN 5862 – 1995 dựa vào cấp tải và cấp sử dụng ( theo bảng 2.13 [7] ) ta chọn chế độ làm việc của cơ cấu là M4 tức là máy sử dụng ở phân xưởng và sử dụng gián đoạn, đều đặn

2.2.2 Phân tích chung.

Cơ cấu nâng được thiết kế dùng

+ Động cơ điện có hai loại động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều Động cơ điện xoay chiều 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với công suất, tính bền cao, momen khởi động lớn, dễ đảo chiều Bên cạnh đó ta có động cơ điện một chiều: là loại động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, khi làm việc bảo đảm khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, giá thành cao, khi lắp đặt cần thêm bộ chỉnh lưu khá phức tạp Trên những ưu khuyết điểm của hai loại động cơ điện xoay chiều và động cơ điện một chiều ta thấy được động cơ điện xoay chiều tuy tính chất thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện một chiều nhưng với tính thông dụng, bền và kinh tế hơn thì những khuyết điểm của loại động cơ này vẫn chấp nhận được Vậy khi thiết kế cơ cấu nâng của cổng trục hai dầm này ta dùng động cơ điện xoay chiều ba pha là phù hợp

+ Hộp giảm tốc : Sử dụng bộ truyền bánh răng trụ, bộ truyền bánh răng bôi trơn bằng ngâm dầu

+ Tang được chế tạo bằng gang xám, có xẻ rãnh.Cáp vào rãnh thì ứng suất phân bố đều, tránh được ứng suất tập trung trên cáp, giảm được giá thành so với thép

+ Cáp nâng: lựa chọn dựa trên hệ số an toàn cho phép, và tuổi thọ của dây cáp

Do đó ta phải chọn cáp cho phù hợp với tải trọng nâng, chịu lực căng dây lớn Có hai loại cáp có thể sử dụng :cáp bện xuôi và cáp bện chéo

- Cáp bện xuôi: có tính mềm, dễ uốn qua ròng rọc và tang, khả năng chống mòn tốt (do tiếp xúc giữa các sợi cáp là tiếp xúc đường có nhược điểm là dễ bị tở khi cáp bị đứt và dễ bị xoắn lại khi một đầu cáp ở trạng thái tự do).

- Cáp bện chéo: có tính cứng, dễ mòn khi làm việc (do tiếp xúc giữa các sợi cáp là tiếp xúc điểm) nhưng lại khó bị tở và không bị xoắn lại khi một đầu ở trạng thái tự do Dựa trên tính chất của hai loại cáp và cấu tạo của cơ cấu nâng ta chọn loại cáp bện chéo

+ Phanh sử dụng trong cơ cấu nâng có nhiều loại như phanh má, phanh đĩa, phanh đai, phanh nón, phanh áp trục, phanh ly tâm Để đảm bảo an toàn và thích hợp với hệ thống dẫn động điện độc lập ta sử dụng loại phanh thường đóng

2.2.3 Chọn loại dây cáp

Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dây cho

cơ cấu Cáp là loại dây có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và là 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 1400 ÷ 2000 (N/mm2) Chọn cáp ЛK - P6x19 = 114 ( ГOCT 2588-55), với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1500÷1600N/mm2, để dễ dàng trong việc thay cáp khi bị mòn đứt

2.2.4 Chọn palăng giảm lực.

Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tải trọng lớn ta dùng palăng giảm lực

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

Loại palăng đơn (A) do chỉ có một nhánh dây chạy trên tang nên mỗi khi cuốn

và nhả cáp có sự di chuyển của dây dọc trục làm khó hạ vật đúng vị trí gây ra tải tác động lên ổ đỡ thay đổi

Hình 2.1 Kết cấu của cáp.

Loại palăng kép (B) có 2 nhánh dây cuốn lên tang nên nâng hạ vật đúng vị trí,

áp lực lên các ổ trục sẽ được phân đều và ít thay đổi

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 nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang, tương ứng với trọng tải của cổng trục lăn Theo Bảng 2-6[1] chọn bội suất palăng a = 4 Palăng gồm bốn ròng rọc di động và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng Sơ đồ nguyên lý palăng như hình 2.3

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

m a t

Q S

λλ

λ

)

1(

)1(

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý palăng

Hình 2.2 Palăng đơn và palăng kép

A

λ = 0,98: hiệu suất một ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên ổ lăn bôi trơn tốt bằng mỡ ( bảng 2.5 [1] )

A = 4 : 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 hướng

98,0)

98,01(2

)98,01(262500)

1(

)1(

0 4

Hiệu suất của palăng xác định theo công thức 2-21[1]

25 , 33813

2 4

262500

0 max

7

89

4

Hình 2.4 Sơ đồ động của cơ cấu nâng

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối; 3 Phanh; 4 Hộp giảm tốc; 5 Khớp nối

mềm; 6 Tang; 7 Dây cáp; 8 Ròng rọc cố định; 9 Ròng rọc di động;

10 móc treo

10

Với sơ đồ động như trên ta thấy cơ cấu nâng có kết cấu nhỏ gọn, đảm bảo yêu cầu thiết kế, đồng thời đảm bảo chế tạo từng cụm riêng và tháo lắp dễ dàng.

2.3 Tính toán cơ cấu nâng.

2.3.1 Tính kích thước dây cáp.

Kích thước dây cáp được chọn phải đạt được tải trọng kéo đứt tối thiểu F0, dựa vào công thức 3-14[7]

F0 = Smax* np = 33813,45 * 4 = 135253,8 ( N )

Với: np = 4: hệ số an toàn bền của cáp Bảng 3.1[7]

Xuất phát từ điều kiện theo công thức (3-14) với loại dây đã chọn trên, với giới hạn bền của sợi cáp σb=1700 N/mm2 Chọn đường kính dây cáp dc = 15 mm có lực kéo đứt là Sđ = 155000 (N) (phụ lục 12 của TCVN 4244-86)

Vậy dây cáp được chọn đạt yêu cầu

2.3.2 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc.

Tang cuốn cáp có dạng hình trụ rỗng (được sử dụng phổ biến trong các loại máy trục), có trục đỡ, dùng để cuốn cáp Nhờ sự truyền mômen và vận tốc từ động

cơ qua hộp giảm tốc, tang biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của vật nâng

Thông thường tang trụ có hai loại: tang trơn và tang có rãnh

Tang trơn là trên mặt tang nhẵn, hai đầu có thành tang để cuốn nhiều lớp cáp Tang này sử dụng khi có dung lượng cáp lớn, chưa xác định được chiều cao nâng chính xác Tang này có nhược điểm là nhanh mòn do cọ xát nhiều, lớp cáp trong cùng chịu lực ép lớn

Tang có rãnh là trên bề mặt tang được tiện rãnh dạng đáy tròn theo kích thước dây cáp theo chiều xoắn ốc Tang được chọn ở đây là tang kép có rãnh, rãnh có dạng xoắn ốc từ hai đầu vào giữa Tang có rãnh được cuốn một lớp cáp và dùng cho máy nâng có chiều cao nâng cố định Tang này có nhiều ưu điểm: rãnh trên tang có tác dụng dẫn cáp cuốn theo rãnh, giữa các vòng cáp kề nhau có khe hở và như vậy cáp không bị chà xát vào nhau, diện tích tiếp xúc giữa cáp và tang lớn nên giảm ứng suất tiếp xúc

2.3.2.2 Chiều dài tang.

Chiều dài tang phải được tính toán sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất trên vẫn còn ít nhất 1,5 vòng cáp dữ 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 3-56b [7] đối với trường hợp palăng kép

+ Vì tang được cắt rãnh, cáp cuộn 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 L2= 20mm.

+ L3 phần tang không tiện rãnh để bảo đảm cho góc lệch cáp với ròng rọc ở dưới tang khi móc treo ở vị trí cao nhất và cách trục tang một khoảng bằng hmin

49000

32

D

Ha L

t D

S

σδδσ

max max

σtr : ứng suất điểm trong cùng của tang

σngmax: ứng suất điểm ngoài cùng lớn nhất của tang

45 ,

Tang được đúc bằng gang xám (GX15-32) có giới hạn bền nén là σbn = 565 N/mm2 Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k = 4

4

565

mm N k

ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng đã tính ở trên

ηt = 0,96 hiệu suất tang (bảng1-9 [1] )

η0 = 0,94 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối, xuất phát từ bảng 1-9 [1] với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ

875,0102060

7,32625001000

Tương ứng với chế độ làm việc là M4 (trung bình), sơ bộ chọn động cơ điện không đồng bộ có mômen mở máy hơi cao, được che kín, quạt gió, loại AOΠ2 – 81 – 10 có các đặc tính sau đây: ( theo bảng 3P [4] )

Công suất danh nghĩa : Ndc = 17 ( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 600 (vòng/phút)

Hệ số quá tải : max =2,2

M

M

dn

Mômen vôlăng của rôto: ( GiDi2 )rôto = 37 (Nm2)

Khối lượng động cơ : mdc = 325 (kg)

47,3

0

ph vg D

a v

n t = πn×× = × ×+ =

ndc: Số vòng quay của động cơ

Vậy tỷ số truyền cần có : 65,57

15,9

2.3.5 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt.

Ta có chế độ làm việc của cơ cấu là M4, theo trang 19 [7] thi ta có biểu đồ cấp tải chuẩn của cơ cấu như hình 2.6 với kp = 0,25

Theo sơ đồ hình 2.6 thì cơ cấu nâng sẽ làm việc với các trọng lượng vật nâng như sau: Q1 = Q; Q2 = 0,733Q; Q3 = 0,461Q; Q4 = 0,2Q và thời gian làm việc với các trọng lượng này tương ứng là: 0,167 : 0,166 : 0,167 : 0.5 ≈ 1 : 1 : 1 : 3

Động cơ điện đã chọn có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầuKhi làm việc với vật nâng có trọng lượng bằng trọng tải, do đó phải được kiểm tra

về nhiệt ( về momen mở máy )

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

Các thông số cần xác định:

a) Trọng lượng vật nâng cùng bộ phận mang vật :Q0 = 262500 (N)

b) Lực căng dây trên tang khi nâng vật, theo công thức 2-19 [1]

2 (1 0,984) 0,980

)98,01(262500)

1(

)1(

λλ

d) Momen trục động cơ khi nâng vật, theo công thức 2-79 [1]

9,057,652

25,045,33813

e) Lực căng dây trên tang khi hạ vật, theo công thức 2-22 [1]

)98,01(2

98,0)98,01(262500)

1(

)1(

4

1 4 1

λλ

= 31824,94 (N) F) Momen trục động cơ khi hạ vật, theo công thức 2-80 [1]

5,762

9,025,031825

0

Nm i

m D S

−

×

= ∑

2 0 2 1

2 0 0 1

2

)(

375)

(375

)(

i a M M

n D Q M

M

n D G t

n m n

m

i i n

(Với d đường kính ngoài cùng của khớp nối và G trọng lượng của khớp nối

Chọn sơ bộ d = 300mm, trọng lượng của khớp nối là G = 400 N)

5,28,1(2

n

N M

6005

,0262500)

5,286487(375

60052,58

2 2

0,13 / 2

498,060

7,3

×

×+

+

= ∑

2 0 2 1

2 0 0 1

2

)(

375)

(375

*)(

i a M M

n D Q M

M

n D G t

h m h

m

i i h

m

875,057,654)4,218487(375

6005

,0262500)

4,218487(375

60052,58

2 2

×

×+

96060

s v

H t

M

tb

2 2

∑t:toàn bộ thời gian đông cơ làm việc trong một chu kỳ bao gồm thời gian làm việc trong các thời kỳ chuyển động ổn định và không ổn định, s

Mm momen mở máy của động cơ điện, Nm

) ( 8 , 251 177

, 0 3 16 , 0 144 , 0 135 , 0 219 , 0 3 266 , 0 358 , 0 476 , 0 10 95

,

145

) 7 , 43 3 101 8 , 168 4 , 218 3 , 57 3 132 221,5 286,5

.(

95 ,

145

) 177 , 0 3 16 , 0 144 , 0 135 , 0 219 , 0 3 266 , 0 358 , 0 476 , 0

(

487

2 2

2 2

2 2

2 2

2

Nm

+ +

+ +

+ +

+ +

2.3.6 Tính và chọn phanh

Phanh dùng để hãm hoặc điều chỉnh tốc độ cơ cấu, triệt tiêu được động năng của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay tất cả các cơ cấu máy trục đều phải dùng thiết bị phanh hãm,nhất là các cơ cấu làm việc vận tốc cao

Mà trong đó sự an toàn trong quá trình nâng hạ đều phụ thuộc vào hệ thống phanh,

do đó cơ cấu nâng của cổng trục phải trang bị thiết bị phanh hãm để đảm bảo độ an toàn Quá trình phanh được thực hiện bằng cách đưa vào cơ cấu lực cản phụ dưới dạng ma sát nảy sinh ra momen phanh

Phanh được dùng có thể có nhiều loại : phanh đai, phanh một má, phanh hai

má, phanh áp trục, phanh ly tâm … có thể phanh thường đóng hoặc thường mở,ở đây ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng và được bố trí trên trục động cơ

vì những lý do sau :

+ Loại phanh này có kích thước nhỏ ngọn hơn các loại phanh khác

+ Lực phanh tác dụng đối xứng lên trục đặt phanh

+ Đảm bảo đóng mở nhịp nhàng giữa các má phanh với bánh phanh nên độ an toàn sẽ cao hơn cho cơ cấu nâng khi làm việc với tải trọng lớn

+ Phanh thường đóng làm việc an toàn hơn phanh thường mở khi có sự cố xảy

ra thì phanh vẫn đóng vật nâng ở tư thế treo, không bị rơi đột ngột

+ Đặt phanh trên trục đông cơ thì mômen phanh nhỏ hơn ở các vị trí khác, do

đó kích thước, trọng lượng của phanh sẽ nhỏ hơn và tính an toàn cũng cao hơn để chọn phanh làm việc có hiệu quả và an toàn ta dựa vào giá trị momen phanh yêu

cầu Mph momen phanh của cơ cấu nâng được xác định từ điều kiện giữ vật nâng treo ở trạng thái tĩnh với hệ số an toàn n

Mph= n.Mt ≤ [Mph] công thức 3-13[1]

trong đó : n hệ số an toàn của phanh

Phanh được đặt trên trục động cơ nên:

Momen phanh được tính : công thức 3-14[1]

2 1,75 2625002 4 650,57,5 0,875

0

0 0

D Q n

= 383,13 (Nm) trong đó η hiệu suất cơ cấu nâng

Qua Việc phân tích tính toán ở trên, ta chọn loại phanh má điện xoay chiều, ký hiệu TKT-300 đảm bảo mômen phanh danh nghĩa vừa đúng Mph = 500Nm

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý phanh má điện.

1 bánh phanh; 2, 4 má phanh; 3, 5 Tay đòn phanh; 6 Nam điện; 7 Tay đòn của cơ cấu tạo lực mở phanh; 8 lò xo tạo phanh; 9 Lò xo phụ; 10 Đai ốc nén

lò xo; 11 Đai ốc dùng khi bảo dưỡng hoặc thay mới má phanh; 12 Đai ốc điều chỉnh hành trình phanh; 13 Ống bao;14 thanh đẩy;15.Vít hạn chế hành

trình phanh từ

Lực đóng phanh được xác định theo công thức 2-34[1]

l f

D

l M

20013,383

1

N l

f D

l M P

Để đạt lực đẩy P = 2229,7 (N) phải xác định momen nam châm hút Mn và khoảng tay đòn đặt lực a

Vậy có thể chọn nam châm điện có các thông số đây:

Momen nam châm hút Mn= 130 (Nm)

P c = + P + ng trong đó : Pp = 20 ÷ 80 (N) Lấy Pp=50 (N) theo trang 31-[1]

60

420050

7,

a

M P P

Lực lò xo chính lớn nhất khi mở phanh có thể giả thiết lớn hơn 10% so với thường tức là Pcmax=1,1 × 2349,7 = 2584,67 (N) Lấy bước dịch chuyển lớn nhất của thanh lõi ngang với phanh là Δx = 4mm

Định luật húc cho biến dạng lò xo : F = k × Δx

với k : là độ cứng của lò xo

Δx : độ biến dạng lò xo 2584,67 = k × 0,004

=> k = 646167

004,0

67,2584

Áp lực má phanh lên bánh phanh

35,0

*3,0

13,383

N f

N P

trong đó : B Chiều rộng bánh phanh, lấy B = 80 mm

β0 Góc ôm của má phanh lên bánh phanh

lấy :β0=700

708030014,3

3608,3684360

theo bảng : 2-10[1].Áp suất cho phép [p] = 0,4 N/mm2 => phù hợp

Khe hở lớn nhất giữa má phanh và bánh phanh xác định theo công thức 35[1].Với h1 và h2 là khe hở lớn nhất và bình thường của thanh lõi ngang phanh h1 = 4mm; h2 = 2,5mm

Khe hở lớn nhất : 0,96

4202

20042

Max

4202

2005,22

Tỉ số truyền chung của hộp là ic = 65,57

2.4.1 Phân phối tỷ số truyền.

Trong trường hợp này động cơ nối trực tiếp với trục vào của hộp nên không thông qua bộ truyền ngoài

Ta tiến hành thiết kế hộp giảm tốc khai triển 3 cấp bánh răng trụ

Gọi: icn là tỷ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh

itg là tỷ số truyền cặp bánh răng trung gian

icc là tỷ số truyền cặp bánh răng cấp chậm

Với hộp giảm tốc cỡ lớn, việc phân phối tỷ số truyền xuất phát từ điều kiện tổng trọng lượng của các bánh răng là nhỏ nhất hoặc tổng khoảng cách trục là nhỏ nhất Lúc này thường lấy in < ic.

Từ cơ sở như trên ta tiến hành phân phối tỷ số truyền như sau:

icn = 3,5

itg = 4,2

icc = 4,46

Lúc này i0 = icn.itg.icc = 3,5.4,2.4,46 = 65,56 => sai số rất nhỏ so với thực tế nên

ta chấp nhân phương án phân phối tỷ số truyền này

Xác định số vòng quay, công suất và momen xoắn trên các trục I; II; III; IV của hộp giảm tốc

43,171

82,40

.55,

16,16.10.55,910

.55,

52,15.10.55,910

.55,

9,14.10.55,910

.55,

2.4.2.2 Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép

a) Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn xác định theo công thức 3- 4[4]

td n i T i

M

M u

b) Ứng suất uốn cho phép :

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn ( công thức 3 – 8 [4] )

Vậy hệ số chu kỳ ứng suất uốn Kn của hai bánh đều bằng 1

Giới hạn mỏi uốn của thép 50:

K n

12585,1

mm N

[ ] 2

8,15,1

18,2405,1

mm N

σ

Chọn sơ bộ hệ số tải trọng : k = 1,3

Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: ψA = b/A = 0,4

2.4.2.3 Tính khoảng cách trục: theo công thức 3-9[4]:

n

N k

I cn

43,1714,0

83,163,1.5,3520

10.05,1

2,73( / )

)15,3(100060

60019614,32)1(100060

2100060

1 1

i

n A n

d V

cn

=+

19621

2

i

A d

cn

=+

×

=+

×

=

=> 0,92

1,87

3,163,1

%k = − = ( khoảng sai lệch lớn )

Chọn lại khoảng cách trục : A 211,3mm

3,1

63,1

3

212.2)1.(

.2

i m

10.1,19

2 6

1

2 1

6

b n Z m y

N k

=> σu2 < [σ]u2 => thoả mãn điều kiện

2.4.2.7 Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải: ( công thức 3 – 43 [4] )

)1(

10.05,1

n b

N k i i

A

tx

+

=σ

Và kqt= 2,2

Ta có :

3 6

/62475

.43,171

83,16.63,1.)15,3(.5,3.212

10.05,1

mm N

Bánh 1: [σ]uqt1 = kqt σu = 2,2.89,2 = 196,24 (N/mm2)

Bánh 2: [σ]uqt2 = kqt σu = 2,2.69 = 151,8 (N/mm2)

So sánh thấy : σuqt1<[σ]uqt1 = 240 N/mm2

σuqt2<[σ]uqt2 = 224 N/mm2

Thoả mãn điều kiện

2.4.2.8 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền.

2

2.4.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian.

Tính tương tự như mục 2.4.2 ở trên ta có các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

Modun: m = 4

Số răng : Z1 = 36

Z2 = 151

2.4.4 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm.

Tính toán tương tự như mục 2.4.2 ở trên ta có các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

2.4.5.2 Tính đường kính sơ bộ của các trục

Được tính theo công thức 7-2[4]

3

n

N C

16,16

1203

Trục III: N = 15,52 Kw

n = 40,82 v/ph

=>d 86,9mm

82,40

52,15

9,14

Dựa vào bảng 7-1[4] ta chọn các kích thước của hộp giảm tốc như sau :

* Khoảng cách từ nắp ổ đến mặt cạnh chi tiết quay ngoài hộp

c b a

a P

0

250

14

0

150

a b c

=> RAy= Pr1 - RBy = 2031 – 692 = 1339 (N)

∑mA x = P1.a−R Bx.(a+b+c)=0

1902( )

5,3315,171

5,171.5580

c b a

a P

=> RAx= P1 - RBx= 5580 – 1902 = 3678 (N)

Tính mômen uốn tại tiết diện nguy hiểm:

Tại tiết diện m-m:

2 2

Uy Ux m

2105,171.45515

,171.2031

c b a

b a P a P

++

++

−

=+

+

++

,1212105,171

2105,171.125035

,171.5580

c b a

b a P a P

630513229398m

Tổng mômen uốn tại tiết diện nguy hiểm: 2 2

1622853

Từ kết quả tính ở trên chọn : de-e = 70 mm di - i = 75 mm

Biểu đồ momen trục II:

2105,171.45515

,171.14648

c b a

b a P a P

=> ( ) ( )

)(232385

,1212105,171

2105,171.125035

,171.40344

c b a

b a P a P

c b a

a P

5,171.40344

c b a

a P

k

=> M Up−p = 4560013,52 +1657890,52 =4852043(Nmm)

Đường kính trục tại tiết diện ( p – p ) được tính theo công thức :

3 [ ]

.1,

n n

+

=

2 2

τ σ

τ σ

Trong đó:

m a

k

n

σψσβε

σ

σ σ

σ

σ

Muy

Mux