(Thuyết minh +Bản vẽ) Tôt nghiệp Thiết kế cầu trục 2 dầm 12,5 tấn

Cầu trục được sử dụng rộng rãi để xếp dỡ hàng hoá trong các nhà kho trong cácnhà máy xí nghiệp sữa chữa lắp ráp và chế tạo.. Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh

MỤC LỤC

Trang Lời nói đầu ……… 4

Chơng I : Giới thiệu chung ……… 6

1.1 Giới thiệu chung về cầu trục ……… … ………… 6

1.1.2 Công dụng của cầu trục ……… 6

1.1.2 Phân loại ……… 6

1.2 Tình hình thiết kế chế tạo cầu trục ở Việt Nam ……… 11

1.3 Giới thiệu cầu trục thiết kế và nội dung đồ án tố nghiệp ……… ……… 12

1.3.1 Các số liệu ban đầu ……… 12

1.3.2 Cấu tạo chung ……… ……… .12

1.3.3 Nội dung đồ án tốt nghiệp ……… 14

Chơng II : tính toán chung……… ……… 15

2.1 Các thông số hình học của cầu trục ……… 15

2.1.1 Chọn phơng án kết cấu thép dầm chính ……… 15

2.1.2 Các thông số tính theo công thức kinh nghiệm ……… 16

2.1.3 Các thông số tính theo máy có sẵn ……… 18

2.2 Thành phần tải trọng tác dụng lên cầu trục ……… ……… 18

2.2.1 Tải trọng do trọng lợng vật nâng ……… ……… 18

2.2.2 Tải trọng do trọng lợng bản thân KCT cầu trục ……… ……… 19

2.2.3 TảI trọng do trọng lợng bản thân cầu trục ……… 20

2.3 Tải trọng quán tính và tải trọng gió ……… ………… 20

Chơng III : tính toán cơ cấu nâng ……….………… … ………21

3.1 Chọn sơ dồ dẫn động, sơ đồ mắc cáp ……… ……… 21

3.2 Chọn cáp ……… 21

3.3 Tính chọn cụm móc treo ……… … ……… 22

3.3.1 Chọn cụm móc treo ……… ………… ……… 23

3.3.2 Kiểm tra bền móc treo ……… ……… 25

3.3.3 Đai ốc hãm , ổ tựa ……… … ……… .25

3.3.4 Thanh ngang móc treo ……… 25

3.4 Tính toán các cụm tang ……… ……… ……… 29

3.4.1 Cụm tang ……… ……… 29

3.5 Tính chọn động cơ điện , hộp giảm tốc ……… ……… 34

3.5.1 Chọn động cơ điện ……… ……… 34

3.5.2 Tính chọn hộp giảm tốc ……… ………… 35

3.6 Tính chọn phanh và khớp nối ……… …… ……… 36

3.7 Kiểm tra động cơ, hộp giảm tốc ……… … ………… 37

3.7.1 Kiểm tra động cơ ……… ………… 37

3.7.2 Kiểm tra hộp giảm tốc ……… ………… 41

3.8 Kiểm tra phanh và khớp nối ……… ………… 42

3.8.1 Kiểm tra phanh ……… 42

3.8.2 Kiểm tra khớp nối ……… 42

3.9 Đờng kính trục truyền ……… ……… 43

Chơng IV : Tính toán cơ cấu di chuyển xe con …… ……… 44

4.1 Lực nén bánh lớn nhất ……… … .44

4.2 Lực cản di chuyển xe con ……… 44

4.3 Tính công suất động cơ, chọn hộp giảm tốc ……… 45

4.3.1 Tính chọn công suất động cơ ……… 45

4.3.2 Tính chọn hộp giảm tốc ……… 46

4.4 Tính cụm bánh xe di chuyển xe con ……… 47

4.4.1 Tính toán bánh xe di chuyển ……… 47

4.4.2 Tốc độ thực tế của xe con ……… ………… 49

4.4.3 Tính đoạn trục lắp bánh xe ……… 49

4.4.4 Tính trục truyền giữa hai khớp nối ……… 53

4.4.5 Tính chọn ổ gối đỡ bánh xe ……… … …… .54

4.5 Tính chọn khớp nối ……… 54

5.6.1 Khớp nối giữa hộp giảm tốc và động cơ ……… 54

5.6.2 Khớp nối trên trục truyền giữa hai bánh xe ……… 55

4.6 Kiểm tra động cơ ……… ……… 55

4.6.1 Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám ……… 55

4.6.2 Kiểm tra thời gian mở máy khi đầy tải ……… ………… 58

4.6.3 Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nhiệt ……… 58

4.7 Tính chọn phanh và kiểm tra thời gian phanh ……… ……… 59

4.7.1 Tính chọn phanh ……… 59

4.7.2 Kiểm tra thời gian phanh khi đầy tải ……… 61

Chơng V : Tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục………63

5.1 Lực nén bánh xe di chuyển cầu trục ……… 63

5.2 Lực cản di chuyển cầu trục ………… ……… .64

5.3 Tính công suất, chọn động cơ của cơ cấu di chuyển cầu … ……… 65

5.4 Tính chọn hộp giảm tốc ……… 66

5.5 Tính cụm bánh xe di chuyển cầu trục ……… …… .66

5.5.1 Tính toán bánh xe di chuyển ……… 66

5.5.2 Tốc độ thực tế của xe con ……… …… .67

5.5.3 Tính đoạn trục lắp bánh xe ……… 67

5.5.4 Kiểm tra độ bền mỏi của trục theo hệ số an toàn ……… …… 69

5.5.5 Tính chọn ổ gối đỡ bánh xe ……… 72

5.6 Tính chọn khớp nối ……… 72

5.6.1 Khớp nối giữa hộp giảm tốc và động cơ ……… ………… 72

5.6.2 Khớp nối giữa hộp giảm tốc và trục bánh xe ……… 73

5.7 Kiểm tra động cơ ……… 73

5.7.1 Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nhiệt ……… … ……… 73

5.7.2 Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám ……… ……… 74

5.7.3 Kiểm tra thời gian mở máy khi đầy tải ……… ……… 77

5.8 Tính chọn phanh và kiểm tra thời gian phanh ……… 78

5.8.1 Tính moomen phanh và chọn phanh ……… ……… .78

5.8.2 Kiểm tra thời gian phanh khi đầy tải ……… 80

Chơng VI : tính toán kết cấu thép……… 81

6.1 Tính toán kết thiết kế dầm chính ……… 81

6.1.1 Tải trọng tính toán ……… 81

6.1.2 Tính toán mômen đứng theo phơng đứng ……… 84

6.1.3 Tính toán mômen uốn theo phơng ngang ……… 85

6.1.4 Tính toán mômen xoắn ……… 85

6.1.5 Tổ hợp tải trọng ……… ……… 88

6.1.6 Tính toán thiết kế tiết diện dầm chính ……… ……… 88

6.1.7 Thiết kế tiết diện dầm ……… ……… .88

6.1.8 Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài dầm ……… 91

6.1.9 Kiểm tra độ bền , độ võng và ổn định của dầm ……… ……… 94

6.1.10 Tính toán liên kết giữa bản cánh và bản bụng ……… 98

6.1.11 Kiểm tra độ bền ray di chuyển xe con ……… 100

6.2 Tính toán thiết kế dầm đầu ……… … …… 101

6.2.1 Tải trọng tính toán ………… ……… 101

6.2.2 Chọn tiết diện dầm đầu ……… …… 103

6.2.3 Tính kiểm tra tiết diện đã chọn ……… 105

6.3 TÝnh to¸n mèi liªn kÕt gi÷a dÇm chÝnh vµ dÇm ®Çu ……… 106 6.3.1 Liªn kÕt gi÷a dÇm chÝnh vµ dÇm ®Çu ……… 106 6.3.2 TÝnh thiÕt kÕ mèi hµn gi÷a dÇm chÝnh vµ b¶n liªn kÕt …… ……… 110 KÕt luËn………111

Tµi liÖu tham kh¶o……….112

LỜI NÓI ĐẦU

Thế kỉ 21 đã mở ra một kỉ nguyên mới cho đất nước ta Kỉ nguyên công nghiệp hóa hiện đại hóa Hàng loạt những nhà máy, công xưởng được xây dựng và lắp ráp cùng với các dây chuyền công nghệ máy móc hiện đại được lắp đặt với khối lượng rất lớn Mặt khác công tác sửa chữa khắc phục những máy móc cũ sau một thời gian dài

sử dụng cũng được đẩy nhanh

Tất cả các công việc xây dựng, lắp ráp và sửa chữa đó không thể vắng các máynâng chuyển Cầu trục là một thiết bị quan trọng trong các thiết bị nâng đó Đặc biệttrong các nhà kho, nhà máy cầu trục trở thành thiết bị quan trọng và rất cần thiết

Cầu trục được sử dụng rộng rãi để xếp dỡ hàng hoá trong các nhà kho trong cácnhà máy xí nghiệp sữa chữa lắp ráp và chế tạo

Với nhu cầu thực tế đó,các thầy ở bộ môn Máy Xây Dựng của trường Đại HọcXây Dựng đã đưa thiết kế cầu trục hai dầm 12,5T vào làm đề tài tốt nghiệp Sau 5 nămhọc tại trường, dưới sự dạy dỗ nhiệt huyết và sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em đãtrang bị cho mình những kiến thức cần thiết để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp

được giao Đề tài lần này chính là cơ hội để em tổng hợp lại tất cả kiến thức mình đã

học và là bước đầu cho em được tiếp xúc với môi trường thiết kế sản xuất thực tế

Nhiệm vụ thiết kế trong đồ án tốt nghiệp của em là thiết kế cầu trục 2 dầm tải

trọng nâng 12,5 tấn

Sau 15 tuần làm việc nghiêm túc em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được

giao Tuy nhiên với khả năng còn hạn chế và gần như chưa có kinh nghiệm về thiết

kế nên đồ án tốt nghiệp do em thực hiện chắc chắn còn nhiều thiếu sót Vậy em kính

mong các thầy trong bộ môn xem xét và góp ý để em có thêm những kiến thức vững

vàng hơn nữa trong quá trình làm việc sau khi tốt nghiệp

Trong quá trình thực hiện, thầy giáo Gvc.Ths NGUYỄN DUY THÁI đã giúp

đỡ em rất nhiều cả về mặt kiến thức chuyên ngành cũng như những kĩ năng cần thiết

Nhờ vậy mà em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian và khối lượng

công việc một cách tốt nhất mà bộ môn đã giao Em xin được gửi lời cảm ơn chân

thành nhất tới thầy giáo Gvc.Ths NGUYỄN DUY THÁI đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp Nhân dịp tốt nghiệp em

cũng muốn gửi lời cảm ơn chân thành của em tới tất các các thầy giáo trong khoa Cơ

khí Xây dựng đã dạy dỗ, dìu dắt chúng em học tập suốt 5 năm học đã qua Em xin

chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 3 tháng 1 năm 2012

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Hoàng Văn Hậu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU TRỤC

1.1.1 Công dụng của cầu trục.

Cầu trục được sử dụng 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 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 xe con 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 kỳ điểm nào trong không gian của nhà xưởng

Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cạp, nam châm điện, gầu ngoạm Đặc biệt, cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

1.1.2 Phân loại :

a) Theo công dụng có các loại cầu trục :

- Cầu trục có công dụng chung: loại này dùng chủ yếu với móc treo dể xếp dỡ,lắp ráp và sửa chữa máy móc

- Cầu trục chuyên dùng: loại này được sử dụng chủ yếu trong công nghiệpluyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chết độ làm việc rất nặng

b) Theo kết cấu dầm cầu trục:

- Cầu trục một dầm: loại này có kết cấu thép của cầu trục gồm có một dầm

chính liên kết với hai dầm biên ở hai đầu bằng bulông cường độ cao Trước đây người

ta thường dùng thép cán chữ I làm dầm chính và để đảm bảo độ cứng theo phươngngang thì phải hàn thêm các thanh giằng hoặc giàn ngang rất phức tạp Hiện nay vớiquy mô sản xuất lớn và công nghệ hoàn thiện, người ta thường dùng dầm hộp được tổhợp từ thép tấm CT3, đảm bảo độ cứng theo phương ngang bằng cách tăng chiều rộngbản cánh trên của dầm, đảm bảo kiểu dáng công nghiệp đẹp Cầu trục một dầm thườngchỉ được sử dụng trong trường hợp khẩu độ dầm nhỏ, tải trọng nâng không lớn

Hình 1.1 Cầu trục 1 dầm 3.5 tấn

- Cầu trục hai dầm: gồm có dầm hộp và dầm dàn không gian Cầu trục hai dầm

được sử dụng phổ biến nhất Sở dĩ như vậy là vì hai dầm chính liên kết với hai dầmbiên tạo thành hệ khung có độ cứng cao theo cả phương đứng và phương ngang, có thểđáp ứng được mọi yêu cầu về tải trọng và khẩu độ của cầu trục, mặt khác xe con đặttrên ray dọc theo hai dầm chính có đủ diện tích và không gian để bố trí 1 đến 3 cơ cấunâng với các phương án đa dạng khác nhau, đảm bảo khả thi và giá thành hạ trong mọiđiều kiện vật tư và công nghệ

Hình 1.3 cầu trục hai dầm c) Theo cách tựa của cầu trục lên đường ray di chuyển cầu trục:

- Cầu trục tựa: loai này có ưu điểm là có chiều cao nâng lớn nhất nhưng chiềudài của dường day chỉ bằng chiều dài của nhà xưởng Được dùng phổ biến

- Cầu trục treo: loại cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn, do

đó có thể phục vụ ở cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng giữahai nhà xưởng song song Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn so vớicầu trục tựa Dầm của cầu trục treo thường là dầm thép chữ I và palăng điện chạy dọctheo dầm cầu dể nâng hạ vật Tuỳ theo khẩu độ của nhà xưởng mà cầu trục treo có thểchạy dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhiều ray treo Chính vì có thể treo trênnhiều gối mà kết cấu của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa và có thể làm dầmcầu có độ dài tương đối lớn (đến 100m)

Hỡnh 1.4.Cầu trục một dầm dạng treo

d) Theo cỏch bố trớ cơ cấu di chuyển cầu trục:

- Loại cầu trục dõ̃n động chung

- Loại cầu trục dõ̃n động riờng

142

132

21

34

21

5 4 3

d>b>

c>a>

Hình 1.5 Các phơng án dẫn động cơ cấu di chuyển cầu trục

a; b; c – dẫn động chung; d- dẫn động riêng dẫn động chung; d- dẫn động riêng

1: động cơ ; 2: hộp giảm tốc; 3 : trục truyền;4: khớp nối; 5: gối trục

e) Theo nguồn đẫn động cầu trục:

- Cầu trục dẫn động bằng tay: dùng chủ yếu trong sửa chữa, lắp ráp nhỏ và các côngviệc nâng, vận chuyển hàng hoá không yêu cầu tốc độ, và sức nâng lớn

Hình 1.6: Cầu trục dẫn động bằng tay loại một dầm (dạng tựa )

1- dầm cầu trục; 2 – cơ cấu di chuyển cầu trục ;3 – palăng xích

- Cầu trục dẫn động bằng máy: đuợc dùng chủ yếu vì nó dễ sử dụng, cho hiệu quả cao

và tin cậy

f) Theo vị trí điều khiển cầu trục:

- Cầu trục được điều khiển bằng nút bấm: thường dùng cho loại cầu trục một dầm có tảitrọng nâng nhỏ

- Cầu trục được điều khiển bằng ca bin: thường dùng cho loại cầu trục có tải trọng nânglớn

1.2 Tình hình thiết kế chế tạo cầu trục tại Việt Nam.

Trong những năm của thập kỉ 90 về trước, nước ta sử dụng chủ yếu cầu trục củaLiên xô và các nhà nước XHCN với số lượng không nhiều, theo nhu cầu và kế hoạch của nhà nước Tham gia vào lĩnh vực thiết kế, chế tạo cầu trục thường chỉ là các công

ty nhà nước như Hồng Nam, formach, chủ yếu là khai thác vật tư thiết bị trong nước, thiết kế cải tạo, thiết kế theo kinh nghiệm

Bước sang thế kỉ 21, đặc biệt những năm gần đây, do tác động của cơ chế thị trường, đặc biệt là việc công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế, mà thể hiện là các khu công nghiệp không ngừng gia tăng, nhu cầu sử dụng máy nâng là rất lớn, đặc biệt

là cầu trục Chính vì vậy mà đã có rất nhiều công ty đã tham gia thiết kế chế tạo và lắp ráp sản phẩm cầu trục Ví dụ như : công ty liên doanh cơ khí Hà Nội CEC, công ty cơ khí Hồng Nam, công ty cơ khí Quang trung -Ninh Bình, công ty cổ phần AVC, công

ty chế tạo thiết bị nõng Thiờn Trường, Megalift,Tổng cụng ty lắp mỏy Việt Nam… Cỏc cụng ty núi trờn hàng năm, thiết kế chế tạo, lắp đặt trờn 50 cầu trục cú kết cấu thépdạng dầm hộp và cầu trục hai dầm dạng hộp chiếm khoảng 70% Cỏc hóng lớn về chế tạo cầu trục đó thõm nhọ̃p vào thị trường Việt Nam như ABUS, DEMAG, KULI… và gúp phần nõng cao trỡnh độ chế tạo chất lượng sản phẩm, kiểu dỏng cầu trục đẹp hơn gọn hơn, trọng lượng nhỏ hơn.

Về cụng nghệ, cựng với sự đầu tư trang thiết bị mỏy múc ở cỏc cụng ty, sự chuyển giao cụng nghệ chế tạo của cỏc hóng và tớch luỹ kinh nghiệm, nõng cao trỡnh

độ của cỏc cỏn bộ kĩ thuọ̃t, chỳng ta đó đủ khả năng chế tạo dầm cầu trục dạng hộp đạt chất lượng cao, đẹp, hợp chuẩn quốc tế (vớ dụ hóng ABUS chuyển giao cụng nghệ chế tạo dầm hộp cho CEC Hà Nội LTD và sau này là cụng ty cổ phần AVC) Tuy nhiờn việc tớnh toỏn thiết kế kết cấu thép cầu trục núi riờng và cầu trục núi chung võ̃n còn nhiều vấn đề đỏng núi:

+ Cỏc cụng ty thường thiết kế, chế tạo đơn chiếc theo đơn đặt hàng và chủ yếu

là tớnh tay nờn khụng chủ động đỏp ứng được yờu cầu đề ra, độ chớnh xỏc chưa cao, lóng phớ và đặc biệt là khi đấu thầu, bỏo giỏ gấp (thường lấy tương đối theo kinh nghiệm, tớnh cạnh tranh khụng cao)

+ Về phương phỏp tớnh hiện nay chưa cú sự thống nhất chung, cỏc cụng ty với

độ ngũ thường yếu và thiếu tài liệu hạn chế, thường tự tớnh theo kinh nghiệm vàphương phỏp riờng của mỡnh cú tham khảo cỏc mõ̃u Do vọ̃y tớnh chớnh xỏc và hiệuquả kinh tế chưa được cao lắm

1.3 Giới thiợ̀u cõ̀u trục thiờ́t kờ́ và nội dung ĐATN:

1.3.1 Cỏc số liệu ban đầu để làm thiết kế :

- Tải trọng nõng của cầu trục Q = 12,5 T

- Khẩu độ L = 16,5 m

- Chiều cao nõng : H = 10 m

- Tốc độ nõng vnõng= 9 m/ph

- Tốc độ di chuyển xe con vxecon=40 m/ph

- Tốc độ di chuyển của cầu trục vcầu= 60m/ph

- Chế độ làm trung bỡnh : CĐ= 25%

1.3.2 Cấu tạo chung

Cầu trục đợc thiết kế với tải trọng 12,5 tấn, khẩu độ 16,5 m, chiều cao nâng 10 m

Ta chọn cầu trục hai dầm di chuyển trên ray đặt trên vai cột của nhà xởng Có xe

con di chuyển trên ray đặt trên hai dầm của cầu trục Sơ đồ hình chung trên hình1.7.

Lựa chọn phơng án cho các cơ cấu và kết cấu thép cầu trục thiết kế

-Kết cấu thép: Kết cấu thép dầm chính và dầm đầu có dạng tổ hợp thép hàn từ các

tấm thép BCT3.Tuỳ thuộc vào điều kiện ổn định tổng thể và cục bộ mà có thể cóhoặc không hàn thêm các gân tăng cờng

Liên kết giữa dầm đầu và dầm chính nhờ liên kết hàn và bulông tinh cờng độcao

Kết cấu thép của xe con gồm các dầm dọc và dầm ngang cũng đợc chế tạohình hộp tổ hợp từ các tấm thép Vì các dầm này ngắn nên không có sự thay đổi tiếtdiện dầm theo chiều dài dầm nh đối với dầm chính của cầu trục Các dầm này đợcliên kết với nhau bằng liên kết hàn Phía trên các dầm xe con có hàn thép tấm tạothành sàn xe con nhằm thuận tiện trong việc lắp đặt các thiết bị trên xe con

Hình 1.7.Sơ đồ cấu tạo kết cấu thép cầu trục hai dầm dạng hộp

1-Dầm chính;2-dầm biên ;3-cabin

4-sờn đứng;5-sờn dọc.

- Cơ cấu nâng : Cầu trục thiết kế gồm

Vì sức nâng Q=12,5T nên chọn bội suất palăng cơ cấu nâng a = 2 Cầu trục đợc

sử dụng với công dụng chung trong xởng có thiết bị treo mang vật là móc treo đợctính chọn theo tiêu chuẩn

Chọn động cơ là loại động cơ sử dụng điện áp xoay chiều 3 pha với rô to dâycuốn vì loại động cơ này có những u điểm nổi bật: Mômen mở máy lớn, khởi động

êm và dòng khởi động nhỏ,

- Cơ cấu di chuyển xe con : Khoảng cách hai ray di chuyển xe con không

lớn,không gian bố trí tren xe con hẹp,công suất dẫn động không lớn Chọn cơcấu dẫn động xe con kiểu dẫn động chung Sử dụng hộp giảm tốc đứng để tiếtkiệm không gian

- Cơ cấu di chuyển cầu :Với khẩu độ L = 16,5 m ta chọn cơ cấu di chuyển cầu

trục theo kiểu dẫn động riêng Cầu trục di chuyển trên bốn bánh gồm hai bánhchủ động và hai bánh bị động Động cơ,hộp giảm tốc,phanh đợc đặt trên sàncông tác và truyền ra hai bánh lắp ở hai đầu trục truyền

1.3.3 Nội dung đồ ỏn tốt nghiệp:

Cụng tỏc thiết kế, chế tạo, lắp đặt để cú một cầu trục hoàn chỉnh gồm rất nhiềucụng đoạn Trong khuõn khổ đồ ỏn tốt nghiệp, do thời gian cú hạn nờn nội dung đồ ỏntốt nghiệp bao gồm :

- Phần thuyết minh tớnh toỏn :

+ Giới thiệu chung về cỏc loại cầu trục và cầu trục thiết kế

+ Tớnh toỏn cơ cấu nõng

+ Tỡnh toỏn cơ cấu di chuyển xe con

+ Tớnh toỏn cơ cấu di chuyển cầu trục

+ Tớnh toỏn kết cấu thép dầm chớnh , dầm đầu

- Phần bản vẽ thiết kế :

+ Hỡnh chung cầu trục : 1A0(A1)

+ Cỏc cơ cấu cụng tỏc : 3 A0(A1)

+ Kết cấu thép cầu trục : 2 bản A1

+ Bản vẽ chi tiết : 1 bản A1

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHUNG CẦU TRỤC

2.1 Cỏc thụng số hình học của cõ̀u trục

+ Kết cấu thép dạng hộp : Có u điểm là dễ chế tạo, khi bị vặn xoắn dễ dàng khắcphục, do các thiết bị nắn dầm hộp trong nớc cũng sẵn có Vì vậy mà tuy dầm hộp

có khối lợng lớn hơn dầm dàn nhiều nhng giá thành lại rẻ hơn rất nhiều

Từ thực tế trên ta lựa chọn phơng án thiết kế cho kết cấu thép dầm chính là dầmhộp đợc tổ hợp từ thép CT3,đảm bảo độ cứng,dễ chế tạo và khả năng chịu tải trọng

động tốt,độ bền mỏi cao,kích thớc gọn,phù hợp với điều kiện sản xuất, sử dụng, bảotrì, bảo dỡng ở điều kiện nớc ta Thực tế trên thị trờng với những loại cầu trục tảitrọng không lớn lắm(tải trọng nh đầu bài đồ án) thờng đợc thiết kế dạng dầm hộp Để có thể thiết kế cầu trục theo đặc tính kỹ thuật cho trớc, cần phải xác định sơ

bộ thông số hình học của cầu trục và các th nh phần tải trọng tác dụng lên cầuành phần tải trọng tác dụng lên cầutrục Các thông số này sẽ là các số liệu đầu vào để tính toán các bộ phận của cầutrục nh kết cấu thép, các cơ cấu và sau khi thiết kế xong có thể phải điều chỉnh nếu

số liệu sơ bộ kém chính xác

Các thông số xác định sơ bộ trong phần tính toán chung có thể lấy theo máy tơng

đ-ơng có sẵn hoặc theo các thông số kinh nghiệm

Các điểm đặc trưng trên mặt cắt A-A, B-B, C-C: điểm 1-10

2.1.2 Các thông số tính theo công thức kinh nghiệm

- Khoảng cách tâm hai bánh xe trên dầm biên

L

B 

Lc 16,5 m Bc 166,5 =2,75/ m lấy Bc=3m

- Chiều dài đoạn vát ở đầu dầm chính C = (0,10,2)Lc

Chọn C = 0,15.Lc= 0,15.16,5 = 2,475 m = 2475 mm Lấy c=2500mm

- Tiết diện dầm chính (A-A và B-B )

Chiều cao hc = ( 161  1

20 )Lc Chọn hc = 1

18Lc = 1

18.16,5 =0,916 m Lấy hc= 1 m = 1000 mm

bc-bco = 400-330 = 70 mm  (60100) mm

(đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể dầm và đảm bảo độ cứng

theo phương Ngang)

+ Chiều dày bản bụng ( thanh đứng ) s1 bản cánh s2

Chiều dày bản bụng thường lấy theo tải trọng :

Bảng 2.1:

Q(T)  20 30 75 75 200  250

6 8 10 12  16

 90  s2 

90

co b

= 330

90 = 3,7 mm Lấy s2=s4=c= 10 mm

Tiết diện C-C :

+ Dầm biên thường làm đối xứng với chiều dày bản bụng là s6 mm

Chiều dày bản cánh s5  s6 lấy s5= 8 mm ; s6=10 mm

Chiều cao dầm hb  hd thường lấy hb=hd= 500 mm

+ Dầm biên có thể làm tiết diện

( 0,2  0,25 ) h= ( 0,2  0,25 ).980 = (196 245) mm

+ Kích thước sườn gia cường :

Khoảng cách giữa 2 sườn đứng g = 2.hb = 2 500 = 1000 mm

g = 1000 mm = 1 (m) (khoảng cách giữa hai sườn )

Chiều dày sườn đứng : ss =

15

s b

2.2 Thành phần tải trọng tác dụng lên cầu trục

2.2.1.Tải trọng do trọng lượng vật nâng

+ Tải trọng nâng danh nghĩa : Qdn=12,5T =125 kN

+ Tải trọng thiết bị mang : q = 0,05.Qdn=0,05.125 = 6,25 kN = 625 kg

2.2.2.Tải trọng do trọng lượng bản thân kết cấu thép cầu trục :

Xác định trọng lượng kết cấu thép :

Vật liệu chế tạo dầm là thép CT3

Tổng trọng lượng sườn đứng và dọc trên một dầm:

hr = 140 mm ; br = 140 mm ( chiều cao và chiều rộng ray )

Gcb- Trọng lượng sàn công tác, lan can, ca bin : Gcb= 0,87 T

Gdc (T)

Gdb (T)

G (T) 0,5 0,87 6,05 0,313 14

2.2.3.Tải trọng do trọng lượng bản thân cầu trục:

Theo atlas máy nâng chuyển , chọn theo máy có sẵn :

+ Khối lượng cơ cấu di chuyển cầu Gdcc= 416 kg

+ Khối lượng xe con Gxc= 3360 kg

+ Khối lượng cabin Gcb= 870 kg

Tổng trọng lượng cầu trục :

Gc= Gdc+Gxc+Gcb+Gdcc

Gc= 14000+3360+ 870+416 = 18646 kg

2.3 Tải trọng quán tính và tải trọng gió của cầu trục

Tải trọng do lực quán tính trong các cơ cấu phát sinh trong thời kỳ chuyển động không ổn định như khi mở máy , phanh , thay đổi tốc độ

a) Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:

Pqt=m.a=G g V

t

+ Di chuyển cầu trục :

Pqt=mc.ac / mc=Gc (Khối lượng cầu trục )

ac = 0,2m/s2 gia tốc cầu trục (tra bảng 27 trang 53 tài liệu [3])

Pqt1= 18646.0,2 = 3729,2 N

+ Di chuyển xe con:

Pqt2=mxc.axc= 3360.0,2 =672 N ( axc= 0,2 m/s2)

+ Vật nâng: ( theo [3] tra bảng 16,trang 53) an = 0,2 m/s2

Khi không tải : P1= mm an= 50.0,2 = 10 N

Khi có tải : P2=mvn an= 100.0,2= 20 kN

b) Tải trọng gió : Vì cầu trục làm việc trong nhà nên ảnh hưởng của gió là không đáng kể,có thể bỏ qua wg= 0

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG

Hình 3.1a.Sơ đồ dẫn động cơ cấu nâng

1: Động cơ; 2: Khớp nối; 3:Phanh; 4: hộp giảm tốc; 5:tang cuốn cáp.

1 2 3 4

Hình 3.1b.Sơ đồ mắc cáp.

1:Tang ; 2: Puli cân bằng ; 3: Cáp ; 4: Cụm puli móc treo

3.2 Chọn cáp

- Chọn Palăng kép có bội suất a = 2

- Lực căng cáp lớn nhất khi nâng vật, theo tài liệu [ 3] ta có :

r p

a

Q S



 2

max 

Q- Tải trọng nâng lớn nhất:

+ - Hiệu suất của một pu li: Chọn  =0,98 (ổ bi)

+ r - Số pu li đổi hướng cáp: r=0 ( Cáp được quấn trực tiếp lên tang)

Ta có:

Smax= 33 , 144 10 ( ) 33 , 14 ( )

1 99 , 0 2

.

2

10 25 ,

+ [Sđ] - Lực kéo đứt cho phép của cáp

+ n - Hệ số an toàn bền của cáp Chọn theo bảng 9, T23 – [ 3 ] Chọn n=5,5 (chế

+ Diện tích tính toán mặt cắt của tất cả các sợi: 118,32 mm2

+ Độ bền giới hạn của thép: b =200 daN/mm2

móc treo : 8215 Khối lượng : 210 kg = 0,21T

Hình 3.2 Cụm móc treo 3.3.2 Kiểm tra bền móc treo:

Móc treo N012,5 OCT 6627-66 như hình vẽ

-Đường kính bụng trong của móc: D=110 mm

6 , 5 14 , 3

125 4 4

cm KN d

Hình 3.3 móc treo và phân bố ứng suất trên mặt cắt

- F: Diện tích tiết diện mặt cắt A- A , thay mặt cắt A-A bằng tiết diện hình thangcân

2

100 ) 65 26 ( 2

) (

cm mm

h B B

- Với D - Đường kính lỗ móc: D = 110 mm=11 cm

- Khoảng cách từ trọng tâm mặt(tâm kéo) đến điểm phía trong (thớ trong) là e2 :

B B

h B B

3 ).

65 26 (

110 ).

65 26 2 ( ) (

3

) 2

(

2 1

2 1

2

11 9 , 0 5 , 45

29 , 4 125 2

.

2

cm kN D

k F

250 ]

29 , 4 125

.

.

cm kN D

k F

125

cm kN F

2 2

2

/ 6 , 5 74 , 2 4 19 , 1



(nch = 1,4: Tra bảng 11, T27 – [3])

3.3.3 Đai ốc hãm, ổ tựa:

Vật liệu chế tạo đai ốc là thép 45

Chiều cao đai ốc: H = 1,2.d1 = 1,2.56= 67,2 mm

Dùng đai ốc có tấm hãm nên lấy tăng chiều cao H chọn H = 70 mm

Đường kính ngoài của đai ốc: DĐ = 1,8.d1 = 1,8 56 100 mm

ổ tựa căn cứ vào đường kính cổ móc d2 và tải trọng tĩnh Q, chọn ổ phải đạm bảo:

Qt=k.Q < C0

Trong đó:

C0 là tải trọng tính mà ổ có thể chịu được

K là hệ số an toàn =1,2

3.3.4 Thanh ngang của móc

Thanh ngang của móc thường được chế tạo bằng thép 45 có:

+ Giới hạn bền  b 61 KN/cm2 + Giới hạn chảy ch=43 KN/cm2+ Giới hạn mỏi 1 =25 KN/cm2Giả thiết ảnh hưởng của lực cắt không đáng kể so với mômen uốn và do vậythanh ngang được tính theo mômen uốn

Mô men chống uốn của mặt cắt ở giữa thanh ngang :

W= Mu [σ] N/cm2

[] : ứng suất uốn cho phép (N/cm2)

ứng suất trong thanh ngang thay đổi theo chu kỳ mạch động:

3 (N/cm2)Lấy [] = 9000 (N/cm2)

Suy ra mô men chống uốn của mặt cắt giữa thanh ngang là:



Hình 3.4 Thanh ngang cụm móc treo

Mô men chống uốn của mặt cắt ở giữa thanh ngang còn được tính theo công thức :

W = 1

6.(B1 – d1).h2 (cm)

Trong đó:

d1 = d2 + (25) cmVới d2: đường kính đầu móc d2= 56 mm = 5,6 cm

 d1 = 56 + 4 = 60 mm

B1: Chiều rộng thanh ngang, có tính đến đường kính ngoai của ổ chặn móc D1

B1= D1 + ( 1020) mm

B1= 110 + 20 = 130 mmChiều cao thanh ngang:



 cm = 90,6 mm chọn h= 95 mm

Mtt= Qtt

2 .(B/2 – e/2) =

6 3

10 875 , 4 4

) 100 230 (

10 150





N.mm

=> Mtt = 4,88.105 N.cmĐường kính nhỏ nhất của ngõng trục lắp ở trục puli là:

d = 3 Mtt0,1.[σ]= 0 , 1 9 10 8,15

10 88 , 4

3

3

5

 cmLấy d = 40 (mm)

Lh =3500 Thời hạn phục vụ của ổ ở chế độ làm việc trung bình

Hình 3.5 biểu đồ gia tải của cơ cấu nâng

n : Số vòng quay của puli cum móc treo:

n =

p

60.v.(a-1) π.D (v/ph)

) 1 2 (

9 60





6 v/phSuy ra thời gian phục vụ của ổ là:

L= 3500 1 , 26 10

6 60

26 , 1

26 , 1 3 , 0 ) 125 05 , 0 ( 26 , 1 4 , 0 125 26 , 1 3 , 0 ) 125 095 , 0 (

77,4KN

a) Chọn loại tang kép có kích thước như hình vẽ :

Hình 3.6 Sơ dồ kết cấu tang

b) Kích thước :

*) Xác định đường kính tang :

Dt dc(e-1) = 16,5(25-1)=396 mm

Ta lựa chọn tang có đường kính Dt= 400 mm =40 cm

Đường kính tang kể từ tâm lớp cáp thứ nhất

Lo: Chiều dài phần tang tiện rãnh

Lo = 2.z.t ; z=zlv + zt ; zt= 1,5 vòng

- Số vòng cáp làm việc cuốn lên tang : ( )

c t

k lv

d D

L z





- Chiều dài cáp có ích cuốn lên tang : Lk=H.a=10.2=20 (m)

Trong đó: H là chiều cao nâng.H = 10 m

a là bội suất palăng a = 2

28 , 15 5 , 416 14 , 3

10 20 )

k lv

d D

L z

L2: Phần chiều dài gờ tang L2= t = 20,5 mm Chọn L2=21mm

L3: Khoảng cách ở giữa tang (phần không tiện rãnh ) đảm bảo góc lệch cáp 

C = 0,4.dc= 0,4.16,5 = 6,6 mmChiều dày của tang  Tính sơ bộ  = 0,02.Dt+ 8 mm

 = 0,02.400 + 10 = 18 mm = 1,8 cm

c) Kiểm tra bền tang :

Với Smax = 33,14.103 (N)Xét tỷ số giữa chiều dài tang và đường kính tang:

<3

Trường hợp này ứng suất do mômen uốn và xoắn gây ra thường không vượt quá 15% ứng suất nén nên chỉ kiểm tra cho ứng suất nén và ứng suất cho phép [  ]n được lấy giảm đi

Tang được chế tạo bằng thép CT3 có:

ch=220N/mm2; Hệ số an toàn bền k=1,5 bảng 13 hướng dẫn đồ án máynâng

Ứng suất nén cho phép: tính cho tang một lớp cáp

18 1 (

10 14 , 33

).

1 (

Vậy  n   n.Tang thỏa mãn điều kiện bền nén

Vậy tang đảm bảo bền

* Tính cặp đầu cáp trên tang

14 , 33

0,15.4.

26,5

2, 72  = 5,03 (KN)

15 , 0 15

, 0

03 , 5 40

cos 40

N n 3 , 1

1 2

1 3 u

d z 1 , 0

l N n

Nu = 14,45 0

40 sin

15 , 0

= 3,37 (KN) 1,3 : Hệ số kể đến ứng suất do Mômen xoắn gây ra

[]K: ứng suất kéo cho phép của bu lông

[]K=

5 , 1

8 ,

0 t

(KN/cm2) Chọn thép CT3 có ch = 22 KN/cm2

{}K=

5 , 1

22 8 , 0

= 11,73 (KN/cm2)ứng suất tổng trong bu lông

2 0 , 1 4 1 , 8

3 38 , 3 6 , 1 4 8 , 1 4

45 , 14 6 , 1 3 , 1

Vậy bu lông chọn thoả mãn điều kiện bền

d) Tính toán trục tang.

Chọn vật liệu là thép 45 có : []u=91 N/mm27

Trục tang chịu uốn, ổ trục dùng ổ lòng cầu hai dãy ta coi như một khớp Ta có :

sơ đồ tính (uốn) , coi tang và trục đồng thời chịu uốn, xoắn như trục bậc Tính Mu tạitiết diện A-A , B-B trong hai trường hợp (hình 3.6)

Hình 3.8: sơ đồ tải trọng tính trục tang

Khoảng cách giữa hai gối là: L=Lt+2.L5=1059+2.80=1219 mm

Khoảng cách từ gối tới mép trục:L6=120 mm

Ta xét hai trường hợp :

+ TH1 khi lực lằm ở phía trong của tang như hình vẽ

+ TH2 khi lực làm ở phía mép tang như hình vẽ

SmaxSmax

SmaxSmax

5848 5848

5848 5848

574 120

21

82 279

RA=RB=(2.574+2.82+2.21+2.80+279) 48 , 74

1219

14 , 33

 KN Mômen tại mặt cắt A-A và B-B là:

Suy ra Mu=RA.L6 =48,74.120=5848 KNmm

* TH2 tính tương tự như TH1 và cũng cho ra kết quả như TH1

Đường kính trục tang:

29 , 86 91 1 , 0

10 5848 ]

.[

1 ,

M d

Chọn d= 90mm

*Kiểm tra bền tang

Ứng suất tương đuơng tại tiết diện nguy hiểm phải thoả mãn điều kiện:

  =0,8.ch=0,8.220=176 KG/mm2

 :ứng suất uốn tại tiết diện nguy hiểm:

21 , 80 90

1 , 0

10 5848

1 ,

Chọn ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy :

Do ổ lắp trên trục tang quay chậm nên chọn ổ theo khả năng tải tĩnh

Có lực tác dụng lên ổ : R = Smax= 33,14 KN = 33140 N

(Theo sách thiết kế chi tiết máy bảng 15P trang 340) chọn ổ:

kí hiệu : 1618 có : d = 90 mm ; D =190 mm ; B = 64 mm

khả năng tải tĩnh của ổ : Qt =7000 daN = 70000 N

3.5 Tính chọn động cơ điện, hộp giảm tốc

3.5.1 Chọn động cơ điện

Công suất động cơ khi nâng đủ tải tiêu chuẩn

c n v Q N

 1000

.

[ ]

  

C - Hiệu suất truyền động cơ cấu: Chọn C=0,8 (Theo bảng 14, T35 – [ 3 ]).

9 10 8 , 12

v Q

Theo [ 4 ], phần động cơ điện với chế độ làm việc trung bình, ta chọn động

cơ dây cuốn ký hiệu MTB 412-8 với thông số kỹ thuật sau:

Công suất trên trục: Nđc=30 kW

Vận tốc quay: nđc= 720 v/ph

Hệ số: cos = 0,77

Hiệu suất  = 88%

Mômen sinh ra lớn nhất: Mmax = 65 daNm = 650 Nm

Mômen quán tính của rô to động cơ: J* = 0,7 kg.m2

Khối lượng động cơ: mđc=345 kg

a v n

a- Bội suất palăng nâng vật: a = 2

Dt - Đường kính tang đến tâm lớp cáp thứ nhất: Dt = 416,5 mm = 0,416m

Ta có: nt = 13 , 78

416 , 0 14 , 3

2 9

 vg/ ph

i = 52 24 78

, 13

720



Theo [ 4 ], chọn hộp giảm tốc ký hiệu: U2-400 có các thông số kỹ thuật sau:

Tỷ số truyền: igt=50,94

Tốc độ cho phép quay của trục nhanh: ngt=1000 v/ph

Công suất hộp giảm tốc có thể truyền được: Ngt= 24 kW

Chọn phương án trục vào và trục ra cùng phía

Tốc độ quay thực tế của tang:

13 , 14 94 , 50

13 , 14 416 , 0 14 , 3

tt t tt

, 50 2 2

8 , 0 4165 , 0 10 8 , 12

2

D Q

Mômen phanh cực đại: Mt (max) = 400 Nm

Khối lượng phanh: Gp = 37 kg

Độ mở phanh max=1,4 mm

3.6.2 Chọn khớp nối: giữa động cơ và hộp giảm tốc thường đặt khớp nối

Mômen xoắn truyền từ động cơ :

9 , 397 720

30 9550

Mômen xoắn lớn nhất có thể truyền được: [M]x=1,1KN.m =1100 N.m Khối lượng: Gk =32 kg

Mômen quán tính: Jk1 =1,95 kGm2

Khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc loại M32 không có bánh phanh

Mômen xoắn lớn nhất có thể truyền được: [M]x=1,1KN.m=1100 N.m

Khối lượng: Gk =13,7 kg

Mômen quán tính:Jk2 =0,05 kGm2

3.7 Kiểm tra động cơ, hộp giảm tốc

3.7.1 Kiểm tra động cơ:

a) Kiểm tra thời gian mở máy của động cơ:

Thời gian mở máy khi nâng và hạ vật với tải trọng nâng danh nghĩa xác định theocông thức sau:



 [ 3 ]

Mt- Mômen cản tĩnh trên trục động cơ khi nâng hay hạ vật

Mt=Mtn và dấu “-” tương đương với khi nâng vật

Mt = Mth và dấu “+” tương đương với khi hạ vật

Lực căng cáp cuốn lên tang khi nâng và hạ vật:

98 , 0 1 2

10 8 , 12 ).

98 0 1 2

10 8 , 12

) 1

, 0 94 , 50 2

2 4165 , 0 10 32 , 32

2

n t n t i

u D S M

15 , 207 94

, 50 2

8 , 0 2 4165 , 0 10 67 , 31

2

.

h t h

u D S

GD2- Mômen vô lăng tương đương của các khối lượng chuyển động quay vàtịnh tiến của cơ cấu quy về trục động cơ

 - Hiệu suất truyền động của cơ cấu nâng: c= 0,8

D - Đường kính tang dẫn đến tâm lớp cấp thứ nhất:

k- Mômen vô lăng của khớp nối, bánh phanh:

GD2

k =4gJk=4.g.(Jk1+Jk2)=4.9,81.(1,95+0,05)=78,48 Nm2

8 , 0 94 , 50 2

4165 , 0 10 28 , 10

.

.

2 2

2 4

m

M =1,2M dn = 1,2.397,9 =477,48 Nm

44 , 487 2

) 48 , 477 4 , 497 (







tb m

720 69 , 125

n m

Thời gian mở máy khi hạ:

1 , 1 ) 15 , 207 44 , 487 ( 375

720 69 , 125

t  (13)s thoả mãn điều kiện mở máy b) Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nhiệt :

Kiểm tra theo mômen tương đương:

Thời gian chuyển động ổn định: tt

n od

v

H

t  [ 3 ]H- Chiều cao nâng trung bình của vật:(Tra bảng 18, T41- tài liệu [ 3 ])

có: H=  

2

10 2

n H

5 m ; Vntt – Vận tốc thực tế của vật nâng: vntt =8,862 m/ph

56 , 0 862 , 8

%

%)

% 100 (

Hình 3.9 : Biểu đồ gia tải trong chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng

Số lần mở máy trong một giờ của cơ cấu:

8 25 , 76

1118

3600 3600