thiết kế hệ thống tời kéo dây tải điện

Ngày nay khoa học phát triển mạnh mẽ trong tất các lĩnh vực, góp phần đưa đất nước đi lên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa, phát triển kỹ thuật phần nào giúp con người giảm được sức lao động và thay vào đó là thiết bị máy móc

1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài.

- Ngày nay khoa học phát triển mạnh mẽ trong tất các lĩnh vực, góp phần đưa đấtnước đi lên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa, phát triển kỹ thuật phần nàogiúp con người giảm được sức lao động và thay vào đó là thiết bị máy móc

- Thực tế việc truyền tải điện cho đường dây 500 [KV], 220 [KV]…ở vùng caohay đồng bằng là công việc hết sức nặng nhọc cho công nhân, việc di chuyển thiết

bị, dụng cụ, dựng trụ vượt các sông, núi phải kéo dây tải điện với lực kéo lớn, sốlượng người kéo nhiều, trên địa hình phức tạp và nguy hiểm mà hiệu quả không cao

- Mục đích của đề tài là thiết kế hệ thống tời kéo dây tải điện để đáp ứng yêu cầu kéodây tải điện nhằm giảm bớt nặng nhọc, nâng cao hiệu quả công việc và đem lại lợi íchcho xã hội Từ đó giúp cho công trình hoàn thành nhanh nhất tiến độ thi công, đồngthời tiết kiệm được rất nhiều sức lao động của người công nhân xây dựng điện gópphần làm giảm giá thành xây dựng

- Mặc dù đề tài phục vụ chủ yếu cho nghành xây lắp điện nhưng các thiết bị, chi tiếttrong hệ thống đều liên quan đến nghành cơ khí động lực như động cơ, ly hợp, hộp số,hộp giảm tốc, khớp nối…tạo thành một hệ động lực để kéo dây tải điện nên về mặckết cấu rất sát với hệ thống truyền lực trên ôtô, phù hợp với chuyên nghành đào tạo.Khi đề tài được áp dụng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tải dây tải điện, dẫnđến công việc dễ dàng, nhanh chóng, nâng cao khả năng truyền tải ở những địa hìnhphức tạp mà chúng ta không thể dùng các phương tiện ôtô hay sức người Mặt khác,

đề tài còn là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực và ngànhtruyền tải điện Giúp cho sinh viên biết phương pháp tính toán thiết kế một hệ thốngthực tế và tra những tài liệu tham khảo phù hợp để đáp ứng đúng yêu cầu kỹ thuậtthiết kế Vận dụng một cách có hiệu quả những kiến thức đã học trong thời gian họctập ở Nhà trường Em hy vọng đề tài còn là tài liệu hướng dẫn cho người sử dụng hữuích trong quá trình vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa… các thiết bị trong hệ thống tời

2 Giới thiệu chung về hệ thống tời kéo dây tải điện.

2.1 Công dụng tời kéo dây tải điện.

- Công dụng tời kéo kéo dây tải điện là để kéo dây tải điện từ lô dây lên các trụđiện và kéo căng dây tải điện để lấy độ võng

- Nếu mở rộng phạm vi ứng dụng đối với tời kéo dây tải điện, có thể sử dụng tờikéo dây tải điện để kéo các trụ điện từ chân núi lên đỉnh núi hoặc kéo qua các sông

và kéo các cọc bê tông khi thi công cầu

2.2 Quy trình kéo dây bằng tời kéo.

- Trong quá trrình kéo dây có thể chia làm ba giai đoạn:

Hình 2-2 Sơ đồ kéo dây tải điện lên trụ điện 1- Lô dây điện; 2- Phanh hãm; 3- Trụ điện; 4- Puly;

5- Tời kéo; 6- Dây cáp mồi; 7- Vị trí nối cáp mồi với dây tải điện

+ Giai đoạn chuẩn bị kéo: Công nhân rải dây cáp mồi dọc theo các trụ điện, dungdây kéo dây cáp mồi lên các trụ điện rồi luồn qua các puly đã được gắn trên trụđiện, dây cáp mồi được rải từ lô dây tải điện đến các trụ cần kéo tới, số trụ đượcrải dây cáp mồi tùy thuộc vào địa hình, vị trí kéo và tính đến khả năng kéo của tời,

ta nối chặt dây cáp mồi với dây tải điện ở lô dây Tại đầu kia dây cáp mồi ta lựachọn vị trí thích hợp đặt tời kéo, vị trí dặt tời kéo phải đặt dọc theo đường dây tảiđiện, tời kéo đặt ở vị trí tương đối bằng phẳng, thường tải điện ở đồi núi, nên địahình không bằng phẳng vì thế khi đặt tời kéo ta kê các khúc gỗ hoặc đào hố thế tạobằng phẳng để đặt tời kéo, sau đó giữ chặt tời kéo bằng cách dùng khoảng hai dâycáp cột giữa mốc neo tời kéo với trụ neo Khi lự chọn vị trí đặt tời kéo có thể lựachọn vị trí nơi có gốc cây đã được chặt thân chỉ còn một phần gốc để làm trụ neo,nếu không phải đóng trụ neo, khi đó tốn thời gian công sức Lô dây và phanh hãmcũng đặt ở vị trí bằng phẳng và giữ chặt giống như tời kéo

+ Giai đoạn kéo dây tải điện lên trụ điện:

Sơ đồ kéo dây tải điện lên trụ điện được trình bày như trên hình 2-2

1 3 4 6 5

7

+ Giai đoạn kéo dây tải điện lên trụ như sau: Sau khi chuẩn bị xong ta bắt đầu kéo

đó tang quay và kéo dây cáp mồi đi dẫn đến kéo dây tải điện luồn qua các puly đãgắn trên trụ điện để thực hiện việc kéo dây tải điện lên trụ điện, dây cáp mồi đượcmột người kéo và một người quấn tròn sau khi ra tang Do đường truyền tải điệndài nên tời kéo chỉ kéo từng kilômét [km], do vậy khi dây tải điện đến tời kéo tatiếp tục kéo cho hết dây tải điện ở lô này bằng cách chồn khúc cuối dây tải điện đểkéo và bồn từng đóng dây tải điện lại, lúc đó kết thúc giai đoạn kéo dây tải điện lêntrụ điện, để tiếp tục kéo dây tải điện đoạn truyền tải còn lại ta thực hiện tương tựnhư giai đoạn trên

+ Giai đoạn kéo căng dây để lấy độ võng:

Sơ đồ kéo căng dây tải điện để lấy độ võng được trình bày như hình 2-4

Hình 2-3 Sơ đồ kéo căng dây tải điện để lấy độ võng

1- Lô dây điện; 2- Phanh hãm; 3- Trụ điện; 4- Puly;5- Tời kéo;

6- Dây tải điện; 7- Vị trí nối cáp mồi với dây tải điện

Hình 2-4 Sơ đồ nguyên tắc lấy độ võng cho dây tải điện

T – Lực căng dây, [ N];

P – Trọng lượng của dây tải điện, [N];

+ Giai đoạn kéo căng dây tải điện để lấy độ võng như sau: Sau khi kéo xong dây tảiđiện lên tất cả các trụ điện, ta bắt đầu kéo căng dây tải điện để lấy độ võng bằngcách tiếp tục kéo dây cáp mồi đã được nối với dây tải điện ở cuối đường dây, lúcnày tời đựợc kéo với tải trọng lớn, vận tốc nhỏ và kéo căng Khi lấy độ võng xong

ta buột chặt dây tải điện ở cuối đoạn dây và để cho công nhân trên trụ điện bắt chặtdây tải điện lên trụ điện cho phù hợp với độ võng quy định

* Khi góc võng của dây càng nhỏ thì lực căng dây càng lớn

* Khi góc võng của dây gần bằng 0 thì lực căng dây vô cùng lớn

3 Thiết kế phương án truyền động tời kéo dây tải điện

- Trong những năm gần đây khi kéo dây tải điện, sử dụng một số phương án tời kéodây tải điện khác nhau, mỗi phương án đều có ưu điểm, nhược điểm, do đó ta sẽphân tích và tìm hiểu mỗi phương án để đưa ra phương án tốt nhất cho thiết kế

Thay thế bộ truyền xích khi hỏng dễ dàng

Hình 3-1 Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện phương án 1

1- Trục khuỷu động cơ đốt trong; 2- Bánh đà;3- Đĩa ma sát; 4- Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp;5- Ly hợp; 6-Lò xo ép; 7- Hộp số; 8- Tang;

9- Bộ truyền xích; I- Bệ khung thứ nhất; II- Bệ khung thứ hai

- Nhược điểm:

Khi làm việc bộ truyền xích hay hỏng và chóng mòn, khi mòn xích là nguyên nhân

làm mất khả năng làm việc của tời kéo, do đó khả năng kéo tải trọng lớn của tời

Do phương án 2 sử dụng thêm hộp giảm tốc, giữa các hộp giảm tốc không sử dụng

xích nên độ cứng vững cao hơn so với phương án 1

Khi sử dụng thêm hộp giảm tốc, khả năng tăng tỷ số truyền cho tời kéo là dễ dàng,

khi tăng tỷ số truyền là tăng mômen kéo

Từ hai ưu điểm trên làm cho khả năng kéo tải trọng lớn của tời được nâng cao

- Nhựơc điểm:

Giá thành chế tạo cao do có thêm hộp giảm tốc

Khó đảm bảo độ đồng tâm giữa các trục của hộp giảm tốc số1 và hộp giảm tốc số2

Hình 3-2 Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện phương án 2

1- Trục khuỷu động cơ đốt trong; 2- Bánh đà; 3- Đĩa ma sát; 4- Lò xo ép; 5- Ly hợp; 6- Hộp số; 7- Khớp nối các đăng; 8- Hộp giảm tốc số 1; 9- Hộp giảm tốc số 2;

10 –Tang

I- Bệ khung thứ nhất; II- Bệ khung thứ hai

Hình 3-3 Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện phương án 3.

1- Trục khuỷu động cơ; 2- Bánh đà; 3- Đĩa ma sát;

4- Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp; 5- Vỏ ly hợp; 6 – lò xo; 7- Ống mở;

8- Trục sơ cấp của hộp số; 9- Hộp số;10- Trục thứ cấp;11 – Trục trụng gian của hộp số;

12 –Khớp nối cac đăng; 13 – Hộp giảm tốc ; 14 – bánh cóc;

15 - Tang cuốn cáp I- Bệ khung thứ nhất; II – Bệ khung thứ hai;

3.4 Lựa chọn phương án bố trí tời kéo dây tải điện

- Qua phân tích ưu - nhược điểm ba phương án trên ta nhận thấy:

Phương án 2 so với phương án 1thì phương án 2 có kết cấu vững chắc, khả năngkéo tải trọng lớn, ít hư hỏng hơn so với phương án 1, tuy nhiên giá thành cao hơnphương án 1

Phương án 2 sovới phương án 3 thì phương án 3 ít hư hỏng, di chuyển dễ dàng đảmbảo độ đồng tâm giữa hai bộ truyền của hộp giảm tốc nên trong quá trình làm viêc

hệ thống tời ít bị rung

Để kéo dây tải điện lên các trụ điện và kéo căng dây tải điện với tải trọng định mức

là 5 tấn như yêu cầu thiết kế, ta chọn phương án 3 làm phương án thiết kế cho tờikéo dây tải điện

3.5 Nguyên lý truyền động của tời kéo dây tải điện.

- Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện được trình bày như hình 3-4

-Nguyên lý làm việc tời kéo dây tải điện như sau: Sau khi quấn khoảng 5 vòng dâycáp vào tang, ta cho động cơ khởi động không tải khoảng 1 phút (ta đạp bàn đạp lyhợp để tách trục khuỷu động cơ khỏi các bộ phận truyền lực phía sau), lúc đó hộp

số ở vị trí trung gian và tất cả các bộ phận phía sau hộp số chưa làm việc, sau khiđộng cơ khởi động xong muốn cho tang quay ta bắt đầu nhả bàn đạp ly hợp và lầnlượt vào số 1, 2, 3, 4 và 5, làm cho các bộ phận sau hộp số là hộp giảm tốc và cáckhớp nối làm việc, tang quay và kéo dây tải điện đi lên các trụ điện Khi tời kéo bắtđầu làm việc (lúc này đường dây có độ võng lớn nên lực kéo nhỏ), để kéo dây đượcnhanh chóng cần phải tăng tốc độ kéo, do đó phải chuyển số từ số thấp lên số cao

Hình 3-4 Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện 1- Trục khuỷu động cơ; 2- Bánh đà; 3- Đĩa ma sát;

4- Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp; 5- Vỏ ly hợp; 6- lò xo;

Khi kéo đường dây dễ bị vướng trên puly tại chỗ nối cáp mồi và vướng cây trênđường kéo nên tời kéo dây dừng lại, khi bị dừng ta chuyển số sao cho nó ở vị trítrung gian, chờ sau khi công nhân gỡ vướng xong ta lại cho tời kéo làm việc tiếp.Lúc này tời kéo làm việc như lúc mới bắt đầu, do đó ly hợp phải đóng mở thườngxuyên để chuyển số cho phù hợp với từng giai đoạn kéo dây Trong tời kéo dây tảiđiện có nhiều hộp giảm tốc và việc hộp số có nhiều số cấp như vậy nhằm mục đích

để thay đổi tỷ số truyền, mômen và tốc độ cho phù hợp với tải trọng yêu cầu khitruyền tải Do thực tế công việc xây lắp các đường dây tải điện ở các địa hình đồinúi phức tạp, tời kéo dây tải điện thường xuyên di chuyển khó khăn, nên ta táchnhỏ tời kéo là cần thiết Cho nên mục đích là làm hai bệ khung, bệ khung thứ nhấtgồm có động cơ, ly hợp và hôp số; bệ khung thứ hai gồm hộp giảm tốc va tangcuốn cáp, làm như vậy sẽ dễ di chuyển mà vẫn đảm bảo độ cứng vững khi kéo dâytải điện, khi sử dụng chỉ cần lắp hai bệ khung lại với nhau bằng bulông

4 Tính chọn các bộ phận.

4.1 Tính chọn cáp.

Đường kính cáp được chọn theo [7]

đ S

của nhà chế tạo và cho trong bảng tiêu chuẩn tùy thuộc vào loại cáp, đường kính cáp

và giới hạn bền của vật liệu sợi thép

n- Hệ số an toàn bền của cáp được tra theo tiêu chuẩn tùy theo loạimáy và chế độ làm việc

b a

Q S

η

max = [N] (4.2)

Q - Tải trọng định mức theo yêu cầu thiết kế, [N];

g - Gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81(m/s2);

ηb- Hiệu suất tang, chọn theo [7] ηb = 0,97

a – bội suất của cáp, a =1;

97 , 0

81 , 9 5000

• Lực kéo đứt tính toán: Sđ = Smax.n = 50567.5,0 = 252835[N]

] / [

- Theo như giới thiệu ở trên ta lựa chọn tang ma sát có đường kính thay đổi, dâycáp mồi được giữ trên bề mặt của tang chỉ nhờ lực ma sát giũa các vòng dây cáp vàtang, sơ đồ tính tang được trình bày trên hình 4-1

lg 2

Q S

Q - Tải trọng định mức theo yêu cầu thiết kế, [N];

b

a – bội suất của cáp, a =1;

97 , 0

81 , 9 5000

100 lg 50567 lg

=

−

Chọn n = 5 [vòng]

- Xác định kích thước cơ bản của tang:

- Chiều dài tang cuốn cáp được tính theo [7]:

Lt > n.t [m]; (4.5)

Ở đây:

n - Số vòng dây cáp quấn trên tang, n = 5 [vòng]

t - Bước dây cáp, chọn theo [7], t = 14 [mm]

Thay các giá trị vào (4.5) ta được: Lt > 5.1 = 70 [mm]

Do yêu cầu dây cáp mồi nằm gọn trên tang và có hệ số an toàn cao khi làm việc nênchọn: Lt = 250 [mm]

- Đường kính tang:

Dmin ≥ e.dc [m]; (4.6)

Trong đó:

e - Hệ số phụ thuộc vào loại máy và chế độ làm việc [7], e = 20;

Suy ra: Dmin ≥ 20.12 = 240 [mm]

trượt về vị trí cũ là góc nghiêng thay đổi đường kính φ phải lớn hơn góc ma sát ρgiữa dây cáp và tang [7]:

f - Hệ số ma sát giữa dây cáp và tang theo [7] chọn f = 0 , 2;

tgφ > f = tgρ hay φ > ρ

Mặt khác, từ hình (4.1) ta có:

2 , 0 2

min max− ≥

≅

tL

D D

Theo yêu cầu thiết kế tải trọng định mức là Q = 5000.9,81=49050 [N]

Qua thực tế đã thử nghiệm theo [10], ta có tốc độ kéo khi ở tải định mức là:

Vk = 0,125 [m/s]

Khi kéo dây tải điện mà dây còn ở độ chùn, tải trọng trung bình trong trường hợp

Xác định công suất cần thiết của động cơ [1]:

Nđc =1000 η

.v k Q

η2- Hiệu suất các khớp nối [6]: η2 = 1

Công suất yêu cầu đối với động cơ khi ở chế độ tải trọng nhẹ và tốc độ kéo ở tảitrọng này:

Nđc2 = 100014715.0.,062,2 = 4,76 [KW]

- Để đảm bảo an toàn khi quá tải ta cần chọn động cơ có công suất lớn hơn côngsuất cần thiế

Chọn động cơ nhãn hiệu: HonDa GX 620

Các thông số của động cơ như sau:

Tỷ số nén: 8,3

Thể tích làm việc: 614 [cm3];

Đường kính xylanh x Hành trình Piston: 77 x 66 [mm];

Công suất cực đại: 20 HP ở tốc độ 3600 [vòng/phút];

Mô men xoắn cực đại: 44,1 [N.m] ở tốc độ 2500 [vòng/phút];

Dung tích thùng nhiên liệu 6,5 [lít];

4.4 Tính chọn các bộ truyền.

4.4.1 Phân phối tỉ số truyền.

- Tời kéo dây tải điện có hộp số tức là có các số cấp nên tỷ số truyền chung khácnhau, dựa vào bảng tra tốc độ kéo ứng với yêu cầu của tải trọng định mức và tốc độkéo lớn nhất:

302 9 , 11

n

n

Từ tỷ số truyền chung ta phân phối như sau:

-Tỷ số truyền bánh răng côn của hộp giảm tốc

Công suất trên trục ra của hộp số:

n

=

29

7 , 345

72 , 9

Ta có vận tốc ở tay số này [1]:

V =

1000 60

.

3 D

n π

= 11,609.3.1000,14.300= 0,187 [m/s]

Kết quả trên phù hợp với tốc độ kéo ở tải trọng định mức mà ta đã tính

- Trường hợp 2 (Hộp số ở tay số cao nhất)

Công suất trên trục ra của bộ truyền bánh răng côn :

1473428 [N.mm];

Ta có vận tốc ở tay số này [1]:

1000.60

300 14 , 3 63

5.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế.

- Ly hợp là bộ phận để nối trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực, để truyềnmômen quay được êm dịu và cắt truyền động đến hệ thống truyền lực được nhanhchóng, dứt khoát

Từ hai nhiệm vụ trên có các yêu cầu đối với ly hợp:

nào

gây va đập các bánh răng của hộp số

giữa các bánh răng khi sang số, giảm mài mòn các bề mặt ma sát của đồng tốc

khỏi bị quá tải khi kéo dây gặp lúc vướng dây trên puly Mômen ma sát khôngđược lớn quá để tránh xảy ra hiện tượng gãy trục các đăng

• Kích thước nhỏ gọn để dễ bố trí và khi vận chuyển tời kéo.

Ngoài ra còn có các yêu cầu khác như:

• Làm việc tin cậy, hiệu suất cao

• Giá thành không cao

5.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế.

- Theo phương pháp tạo lực ép chia ra: loại lò xo trụ bố trí xung quanh chu vi đĩa

ép, lò xo côn bố trí ở tâm hay lò xo đĩa

tốt, mômen truyền qua bề mặt ma sát lớn Tuy nhiên loại này khi làm việc dễ bịtrượt khi bề mặt ma sát bị mòn, việc điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát khókhăn, lực ép trên các bề mặt ma sát không đều, chiều dài lớn do đó không tiện bố trítrên tời kéo

lực ép lên các bề mặt ma sát đều hơn Tuy vậy mômen truyền qua bề mặt ma sát lạinhỏ vì áp suất tác dụng lên đĩa ép phải qua đòn mở, ngoài ra việc điều chỉnh khe hởgiữa các bề mặt ma sát khó khăn

ép vừa làm nhiệm vụ là đòn mở Nhờ có đặc tính phi tuyến nên lực mở ly hợp rấtnhẹ Do chỉ có một lò xo so với nhiều lò xo của loại lò xo trụ nên lực ép lên bề măt

ma sát và đĩa ép phân bố đều làm cho làm cho đĩa ép không bị cong vênh và cháycục bộ như loại lò xỏ trụ, ngoài ra khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thếthì lực ép của lò xo đĩa côn giảm chậm hơn so với loại lò xo hình trụ nên lúc đómômen ma sát hình thành vẫn còn cao đảm bảo truyền tốt mômen của động cơ.Nhược điểm của loại này là khả năng lực ép nhỏ