Đồ án: Thiết kế cầu trục nâng hạ potx

Máy nâng, vận chuyển là cầu nối giữa cáchạng 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.. Trong nhóm má



Đồ án: Thiết kế cầu trục nâng hạ

MỤC LỤC

PHẦN I:

GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ 5÷17

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 5

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC 6÷13

1.3 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ 14÷17

PHẦN II:

TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU CHÍNH 18÷124

2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG 18 ÷48

2.1.1 Chọn phương án cho cơ cấu nâng 18÷21

2.1.2 Tính cơ cấu nâng 21÷48

2.2 TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON 49÷75

2.2.1 Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản 49

2.2.2 Tính cơ cấu di chuyển 50÷54

2.2.3 Thiết kế bộ truyền trong hộp, bánh răng trụ - thẳng 54÷67

2.2.4 Thiết kế bộ truyền ngoài hộp, bánh răng trụ - thẳng 68÷75

2.3 TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU 76÷115

2.3.1 Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản 76÷78

2.3.2 Tính cơ cấu di chuyển cầu 78÷83

2.3.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng hở 83÷106

2.3.4 Tính chọn khớp nối 107÷111

2.3.5 Tính chọn then 112÷115

2.3.6 Tính trục truyền 122

2.4 TÍNH KẾT CẤU THÉP CỦA CẦU TRỤC 123÷131

2.4.1 Tính dầm chính 123÷128

2.4.2 Tính tán dầm cuối 129÷131

Tài liệu tham khảo 132

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG

I Lý thuyết chung máy nâng hạ, vận chuyển:

1 Khái niệm chung:

Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giớihoá và tự động hoá các quá trình sản xuất Trong quá trình sản xuất máy nâng hạvận chuyển đóng vai trò khá quan trọng Máy nâng, vận chuyển là cầu nối giữa cáchạng 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 Trong nhóm máy vậnchuyển thì cầu trục là một thiết bị vận chuyển điển hình.

Trong cầu trục có 3 chuyển động:

- Chuyển động của xe cầu theo phương ngang (xe cầu đi dọc theo phânxưởng)

- Chuyển động của xe con theo phương ngang (xe con di chuyển trên xe cầutheo chiều ngang phân xưởng)

- Cơ cấu nâng hạ được bố trí trên xe con và nó được chuyển động theophương thẳng đứng (thực hiện nâng hạ tải trọng).

2 Phân loại máy nâng - vận chuyển:

Phụ thuộc vào đặc điểm hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng vàphương vận chuyển mà các máy nâng, vận chuyển rất đa dạng Việc phân loại mộtcách hoàn hảo các máy nâng, vận chuyển rất khó khăn

Có thể phân loại các máy nâng, vận chuyển theo các đặc điểm sau:

- Theo phương vận chuyển hàng hoá:

+ Theo phương thẳng đứng: thang máy, máy nâng

+ Theo phương nằm ngang: băng chuyền, băng tải

+ Theo mặt phẳng nghiêng: xe kíp, thang chuyền, băng tải

+ Theo các phương kết hợp: cầu trục, cần trục, cầu trục cảng, máy xúc

- Theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển:

+ Máy nâng, vận chuyển đặt cố định: thang máy, máy nâng, thang chuyền,băng tải, băng chuyền

+ Di chuyển tịnh tiến: cầu trục cảng, cần cẩu con dê, các loại cần trục, cầutrục

+ Di chuyển quay với một góc quay giới hạn: cần cẩu tháp, máy xúc

- Theo cơ cấu bốc hàng:

+ Cơ cấu bốc hàng là thùng, cabin, gầu treo

+ Dùng móc, xích treo, băng

+ Cơ cấu bốc hàng bằng nam châm điện

- Theo chế độ làm việc:

+ Chế độ dài hạn: băng tải, băng chuyền, thang chuyền

+ Chế độ ngắn hạn lặp lại: máy xúc, thang máy, cần trục

3 Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện máy

nâng, vận chuyển.

Máy nâng, vận chuyển thường được lắp đặt trong nhà xưởng hoặc để ngoàitrời Môi trường làm việc của các máy nâng, vận chuyển rất nặng nề, đặc biệt làngoài 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 cácmáy nâng, vân chuyển phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môitrường, 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 bảokhởi động động cơ truyền động khi đầy tải; đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độmôi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kểmômen cản tĩnh Mc.

Trên hình 1.3 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa mômen cản tĩnh và tốc

độ động cơ: Mc = f()

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

(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 Hình 1.1: quan hệ Mc=fĐối với động cơ di chuyển xe khi động cơ không tảicầubằng (5055)%Mđm

Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, vận chuyển yêu cầu quátrình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với thang máy và thangchuyên chở khách Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chếtheo yêu cầu của kĩ thuật an toàn.

Năng suất của máy nâng, vận chuyển quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng củathiết 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 tảiđối 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 làmviệc trong chế độ quá tải (đặc biệt là máy xúc) nên các máy nâng, vận chuyển đượcchế tạo có độ bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn

4 Một số nét về cầu trục phân xưởng:

Cầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và

vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn

Cầu trục là một kết Cầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho đểnâng 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 xecon 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 kỳđiểm 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 luyệnkim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

Phần kết cấu thép của cầu trục một dầm gồm dầm cầu có hai đầu tựa lên cácdầm cuối với các bánh xe di chuyển dọc theo ray đặt trên vai cột của nhà xưởng Cơcấu di chuyển của cầu trục một dầm thường dùng phương án dẫn động chung Phíatrên dầm chữ I là dàn thép đặt trong mặt phẳng ngang để đảm bảo độ cứng cần thiếttheo phương ngang của dầm cầu Palăng điện có thể chạy dọc theo các cánh thép

phía dưới của dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển palăng Cabin điều khiển được treovào phần kết cấu chịu lực của cầu trục.

Kích thước dầm thép chữ I của cầu trục lăn đầm đơn được chọn từ điều kiện bền

theo tải trọng nâng, khẩu độ và điều kiện để palăng điện có thể di chuyển dọc theocác cánh dưới của dầm Ngoài ra, độ cứng của dầm theo phương ngang dầm cầucũng cần được đảm bảo

Trong trường hợp cầu trục có khẩu độ nhỏ, phương án đơn giản nhất để đảm bảo độcứng dầm cầu sẽ là hàn thêm các thanh giằng.

II Đặc điểm của hệ truyền động cầu trục và cầu trục phân xưởng:

* Mômen cản trên trục động cơ là: Tổng hợp của hai mômen thành phần

- Mômen do ma sát gây ra luôn chống lại chuyển động quay của đông cơ

- Mômen do tải trọng sinh ra sẽ chống lại hoặc hỗ trợ chuyển động quay củađộng cơ tuỳ thuộc vào lúc tải trọng đi lên hay đi xuống

* Tính chất của phụ tải là làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.

* Chu kỳ làm việc của cơ cấu:

- Hạ không tải

- Nâng tải

- Hạ tải

- Nâng không tải

(Giữa các giai đoạn có thời gian nghỉ)

2

34

Hình 1.2 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ dùng móc

Trong đó:

1 Trục vít

2 Bánh vít

Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu là do tải trọng quy định Để xácđịnh phụ tải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ ( hình 2.1)

a Phụ tải tĩnh khi nâng.

* Mômen nâng có tải:

t c

i u

G G

G : Trọng lượng của tải trọng N

Go : Trọng lượng của bộ lấy tải N

Rt : Bán kính của tang nâng (trống tời)  m

v

n R

i 2. t.



với v : vận tốc nâng hạ m / s

n : tốc độ quay của động cơ vg / s

c

Trong các công thức trên hiệu suất clấy bằng định mức khi tải trọngbằng định mức Ứng với các tải trọng khác định mức, cần xác định ctheo tảitrọng như trên hình 2.2

Xác định cdựa theo hệ số mang tải:

Đồ án tốt nghiệp Trang: 41

0 0,2

0,4 0,6





0

0 0,8 1

Hình 1.3

G G

dm



* Mômen nâng không tải:

Mno = t

c

R i u

G



.

- Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn Khi đó mômen do tải trọng gây

ra rất lớn Máy điện làm việc ở chế độ hãm để giữ xho tải trọng được hạ với tốc độ

Khi hạ tải trọng năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyềnđộng nên:

Nêu coi tổn thất trong cơ cấu nâng hạ khi nâng tải và hạ tải như nhau thì:

) 1

1 ( 

M M





c t t

c

t

i u

R G G







Vậy hiệu suất của cơ cấu hạ tải trọng:

c h



 1

2 



Chế độ làm việc của ĐC phụ thuộc vào hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải

- Khi c< 0,5, h< 0, Mh < 0  Động cơ làm việc ở chế độ động cơ để hạtải trọng  hạ động lực

- Khi c> 0,5, h> 0, Mh > 0  Động cơ làm việc ở chế độ hãm để hạ tảitrọng  hạ hãm.

3 Hệ số tiếp điện tương đối TĐ%:

Khi tính toán hệ số tiếp điện tương đối chúng ta bỏ qua thời gian hãm và thờigian mở máy

Thời gian toàn bộ một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ có thể được tínhtheo năng suất Q và tải trọng định mức Gđm:

Hệ số tiếp điện tương đối:

* Tính mômen trung bình hoặc mômen đẳng trị:

- Mômen trung bình được xác định theo công thức:

Mtb =

ck

i i

T

t M

- Mômen đẳng trị được xác định theo công thức:

Mđt =

ck

n i

i i T

t M



 1 2

Trong đó:

Mi : Trị số mômen ứng với khoảng thời gian ti

k = 1,2  1,3  Hệ số dự trữ phụ thuộc vào mức độ nhấp nhôcủa đồ thị phụ tải, tần số mở máy, hãm máy

Điều kiện chọn công suất động cơ:

TĐ%th = 100 %

ck

h kd

lv

T

t t

Và tính phụ tải chính xác theo đại lượng đẳng trị Mđtcx

* Tính mômen đẳng trị chính xác của đồ thị phụ tải:

tt TD%

% TD

M

M tc dt

Trong đó: Mtc : Mômen quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn

TĐ% : Hệ số tiếp điện tiêu chuẩn: 15%, 25%, 40%, 60%

Động cơ được chọn là đúng nếu thoả mãn yêu cầu:

M tc  M đmĐC

M tc = M đtcx %

% th

tc

TD TD

PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ CẦU

TRỤC PHÂN XƯỞNG CHƯƠNG 1 : TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG

CHO TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ CẦU TRỤC 12 TẤN

1 Xác định phụ tải tĩnh

* Phụ tải tĩnh khi nâng có tải:

N m

R i u

G G

c

8 , 0 10 2

1000 12000

.

3 0

Trong đó:

G = 12000 N ( Trọng lượng của tải trọng )

Thời gian thao tác lấy tải và cắt tải là : 10+10 s

Thời gian di chuyển xe cầu xe con là 20+20 s

Chiều cao nâng hạ là : 10m

Vận tốc nâng v = 1m/s và hạ tải là v = 0,25m/s vận tốc nâng hạkhông tải là: v = 2m/s

* Phụ tải tĩnh khi nâng không tải:

Mno = u i R Nm

G

t c

40 10

200 25 , 0 10 2

1000

.

3 0

1 2

c c

t h

i u

G G M

= )

8 , 0

1 2 ( 10 200 10 2

0 0

c

h u i

G M

1 2 ( 10 200 10 2

Mômen hạ không tải Mh0 < 0 có nghĩa là cơ cấu làm việc ở chế độ hạ độnglực.

2 Xác định hệ số tiếp điện tương đối TĐ%:

ck

lv

T T

Với: Tlv = Th0 + Tn + Th +Tn0

Tck = Tlv + Tnghỉ





 Th : Thời gian hạ tải:

Tlv = 5 +5 + 10 + 40 =60  s

* Thời gian nghỉ bao gồm thời gian thao tác lấy tải, cắt tải, thời gian làm việccủa xe cầu, xe con:

Tnghỉ = 10 + 10 + 20 + 20 = 60 s

* Thời gian chu kỳ: Tck = 60 + 60 = 120 s

* Hệ số làm việc tương đối:

% 100 120

60



3 Tính chọn sơ bộ công suất động cơ:

Chọn sơ bộ công suất động cơ theo phụ tải đẳng trị kết hợp với hệ số tiếpđiện tương đối:

n i

i i tb

T

t M k

T

t M t M t M t M

Vì động cơ không có hệ số tiếp điện chuẩn là TĐ% = 50% nên chọn TĐtc%

M

tc

th tb

40

50 25 , 56

v s v p

R

u i n u

n R i

t

2 , 0 14 , 3 2

2 10 2

2

2 , 955 25 , 56 9550

 Pđmđc ≥ 5,63 (kW)Tra bảng ta chọn động cơ kích từ song song loại cầu trục luyện kim kiểu , 220V, vỏ kín, làm mát tự nhiên, chế độ 60 ph, TĐ 40% vỏ bảo vệ, chế độ địnhmức dài hạn TĐ, với số liệu sau:

Pđm = 8 kW rư + rcp = 0,42 

nđm = 840 vg/p Iđm = 44 A

 đm= 8,8 mWb

4 Kiểm nghiệm công suất động cơ:

Biểu đồ phụ tải đặc trưng cho quá trình làm việc:

Đồ án tốt nghiệp Trang 72

Hình 2.1.1: Biểu đồ phụ tải của cơ cấu nâng hạ

Vì ở cơ cấu nâng hạ: Mc = const, J = const

Phương trình đặc tính là:

dt

d J M

M  c  

* Xét trong quá trình mở máy M = MN (  0)

Với hằng số thời gian của hệ thống Tc

N N

c

M M

8 , 20 4 , 11

s



Để động cơ đạt tốc độ ổn định   ôđ thì T .Trong thực tế khi tốc độđạt khoảng 95 – 98% tốc độ định mức thì có thể coi hệ thống đã đạt trạng thái ổnđịnh T kd  ( 3  4 )T c  4 T c  4 0 , 51  2 , 04 (s)

* Xét trong quá trình hãm:

Ta có: 0  20 , 8rad/s n0  198 , 64 (v/s)

Áp dụng:

od c

Trong quá trình hãm tái sinh:

Đồ án tốt nghiệp Trang: 76

MB

Hình 2.1.2 Đồ thị mô men của quá trình hảm tái

Độ sụt tốc khi hạ tải:

64 , 464

5 , 97 64 , 198

M

M n

N

h



) / ( 16 , 25 8 , 20 36 , 4

) / ( 36 , 4 55 , 9

68 , 41

s rad

20 64 , 198 0

M

M n n

) / ( 11 , 19 89 , 0 8 , 20

) / ( 89 , 0 55 , 9

55 , 8 55 , 9 0

s rad n

16 , 25 11 , 19 ln 51 ,

% 52

% 100 120

604 51 , 0 04 , 2

% 100

T T T TD

Mômen đẳng trị chính xác của đồ thị phụ tải là:

) ( 13 , 64 40

52 25 , 56

% D

% tc

Nm T

TD M

tb

Ta có: Pđm = 8 (kW)nđm = 840 (v/ph) Iđm = 44 (A)

 Mđm = 90,9(Nm)Vậy thoả mãn Mđm > Mtc

 Động cơ được chọn thoả mãn với điều kiện phát nóng

Động cơ được chọn phù hợp với tốc độ và yêu cầu của đề tài

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG VÀ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHO CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG :

A Lựa chọn phương án truyền động

I Khái niệm chung:

1 Khái niệm:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các máy sản xuất ngàymột đa dạng, đa năng hơn dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp, đòihỏi độ chính xác cao và tin cậy.

Một hệ thống truyền động điện không những phải đảm bảo được yêu cầucông nghệ mà phải đảm bảo có một chế độ đặt trước ổn định về thời gian quá độ,dải điều chỉnh, ổn định tốc độ Tuỳ theo các loại máy công tác mà có những yêucầu khác nhau cần thiết cho việc ổn định tốc độ, mômen với độ chính xác cao nào

đó trước sự biến đổi của tải và các thông số nguồn Do đó bộ biến đổi năng lượngđiện xoay chiều thành một chiều đã và đang được sử dụng rộng rãi.

Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau chế tạo ra như hệthống máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van chúng được điều khiển theo nhữngnguyên tắc khác nhau với những ưu nhược điểm khác nhau

Khi có một yêu cầu kỹ thuật sẽ có nhiều phương án lựa chọn, giải quyết,song mỗi phương án lại có một số ưu nhược điểm khác nhau về ứng dụng của

chúng trong từng hoàn cảnh cụ thể cho phù hợp yêu cầu Để đáp ứng các yếu tố có

sử dụng hài hòa giữa các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Với những hệ thống truyền động đơn giản, không có yêu cầu cao về chấtlượng và truyền động thì ta nên dùng động cơ xoay chiều đơn giản Với những hệthống có yêu cầu cao về chất lượng và truyền động, về thay đổi tốc độ, độ chính xácthì ta thường chọn động cơ một chiều có dải điều chỉnh phù hợp

Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quantrọng Nó quyết định đến chất lượng của hệ thống do vậy việc lựa chọn phương án

và lựa chọn bộ biến đổi thông qua việc xét các hệ thống

2 Ý nghĩa của việc lựa chọn phương pháp:

Việc lựa chọn phương án hợp lý có một ý nghĩa quan trọng, nó được thểhiện qua các mặt:

+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ máy móc sản xuất