đồ án máy nâng chuyển

Đồ án môn học Máy nâng vận chuyển là một môn học rất cần thiết cho sinh viên ngành cơ khí nói chung để giải quyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ cơ khí, chế tạo máy. Mục đích là giúp cho sinh viên hệ thống lại những kiến thức đã học, nghiên cứu và làm quen với công việc thiết kế chế tạo trong thực tế sản xuất cơ khí hiện nay. Trong chương trình đào tạo cho sinh viên, nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu: Tính toán cơ nâng cầu trục 12 tấn. Do lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp như lựa chọn dây, tính toán các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc, chọn động cơ điện, biết cách phân phối tỷ số truyền, chọn phanh và khớp nối,cách tra dung sai...Sau một thời gian làm việc nghiêm túc em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao. Dù đã rất cố gắng song bài làm của em không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy, giúp em có được những kiến thức cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụng trong việc cụ thể của sản xuất.

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học Máy nâng vận chuyển là một môn học rất cần thiết cho sinhviên ngành cơ khí nói chung để giải quyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ cơkhí, chế tạo máy Mục đích là giúp cho sinh viên hệ thống lại những kiến thức đãhọc, nghiên cứu và làm quen với công việc thiết kế chế tạo trong thực tế sản xuất

cơ khí hiện nay

Trong chương trình đào tạo cho sinh viên, nhà trường đã tạo điều kiện cho

chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu: "Tính toán cơ nâng cầu trục 12 tấn" Do lần đầu tiên làm quen với công việc thiết kế với khối lượng

kiến thức tổng hợp như lựa chọn dây, tính toán các kích thước cơ bản của tang vàròng rọc, chọn động cơ điện, biết cách phân phối tỷ số truyền, chọn phanh và khớpnối,cách tra dung sai Sau một thời gian làm việc nghiêm túc em đã hoàn thànhnhiệm vụ thiết kế được giao Dù đã rất cố gắng song bài làm của em không thểtránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy,giúp em có được những kiến thức cần thiết để sau này ra trường có thể ứng dụngtrong việc cụ thể của sản xuất

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn đã giúp đỡ emhoàn thành nhiệm vụ của mình

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Lê Văn Tú

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY NÂNG1.1 Tổng quan về máy nâng

1.1.1 Khái niệm chung

Máy nâng chuyển là thiết bị dùng để thay đổi vị trí của đối tượng nhờ thiết bịmang vật trực tiêp như móc treo, hoặc thiết bị gian tiếp như gầu ngoạm, nam châmđiện, băng tải…

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

1.1.2 Phân loại, công dụng, phạm vi sử dụng máy nâng

Tùy thuộc vào kết cấu và công dụng người ta chia máy nâng thành các loạinhư sau:

a Kích

Là loại máy nâng đơn giản nhất, gọn nhẹ, chiều cao nâng không lớn, kích renvít và kích thanh răng nhỏ, kích thủy lực có sức nâng nhỏ đến lớn Kích dùng chủyếu để nâng hạ vật tại chỗ theo phương thẳng đứng

b Bàn tời

Bàn tời là loại máy nâng đơn giản có cơ cấu kéo là dây cáp thép

Bàn tời thường được dùng để kéo vật theo phương ngang hoặc nghiêng; nócũng có thể kéo vật theo phương thẳng đứng

c Palăng

Gồm có Palăng tay và Palăng điện: Dùng để nâng hạ vật theo phương thẳngđứng Cơ cấu kéo palăng tay thường là xích Palăng có kết cấu nhỏ gọn

d Cần trục

Là loại máy nâng có tay với (gọi là cần), nó có kết cấu hoàn chỉnh và phức

tạp gồm nhiều bộ máy: Bộ máy nâng hạ hàng, bộ máy nâng hạ cần, bộ máy quay

và bộ máy di chuyển Tùy theo bộ máy của nó mà diện tích xếp dỡ là một điểm,một đường thẳng, là một hình quạt, hình vành khăn hay hình bất kỳ

Cần trục thông dụng gồm: Cần trục tháp và cần trục chân đế; cần trục cánhbuồm; cần trục nổi; cần trục lưu động.

e Máy nâng kiểu cầu, cổng

Gồm cầu trục và cổng trục Loại này di chuyển trên đường ray chuyên dùng,

xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểu cầu Diện tích xếp dỡ là hìnhchữ nhật

f Cần trục đường dây cáp

Đặc điểm là có dây cáp chịu lực dùng làm đường lăn cho xe con mang hàng

di chuyển Dây cáp chịu lực được neo qua các cột, các cột này có thể đặt cố địnhhoặc có bánh xe di chuyển trên đường ray chuyên dùng Diện tích xếp dỡ cần trụcđường dây cáp có thể là một đường, hình quạt hoặc hình chữ nhật

g Thang máy

Thang máy dùng để nâng người hoặc nâng hàng theo phương thẳng đứng khidùng để nâng hàng người ta gọi là vận thăng

1.1.2 Điều kiện an toàn của máy nâng

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

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

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

Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe, trục quay phải có vỏ bọc

an toàn nhằm ngăn những mảnh vỡ văng ra nếu có sự số khi làm việc

Toàn bộ hệ thống điện trong máy phải được nối đất

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

Tất cả những người điều khiển máy làm việc hay phục vụ máy trong phạm vilàm việc của máy đều phải học tập các quy định về an toàn lao động có làm bàikiểm tra và phải đạt kết quả.

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

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

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

Theo dõi biến dạng của toàn bộ các cơ cấu máy Nếu không có sự cố gì xảy rathì tiếp tục tiến hành thử động

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

Trong công tác an toàn sử dụng cầu trục người quản lý có thể cho lắp thêmcác thiết bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nhân khi làm việc.Một số thiết bị an toàn có thể sử dụng đó là: Sử dụng các công tắc đặt trênnhững vị trí cuối hành trình của xe lăn hay cơ cấu di chuyển cổng trục Các côngtắc này được nối với các thiết bị đèn hoặc âm thanh báo hiệu nhằm báo cho người

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

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

1.2 Tổng quan về máy nâng cầu trục

1.2.1 Khái niệm chung

Cầu trục là loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trênđường ray chuyên dùng, nên còn gọi là cầu lăn Nó được sử dụng rất phổ biếntrong hầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng - chuyển các vật nặngtrong các nhà xưởng và kho; cũng có thể dùng để xếp dỡ hàng Ngoài ra cầu trụccòn dùng để lắp ráp thiết bị công nghiệp, thiết bị thuỷ điện lớn Cầu trục có thểđược trang bị móc câu, cơ cấu nam châm điện, hoặc gầu ngoạm tuỳ theo dạng vàtính chất của vật nặng Theo dạng kết cấu thép của cầu trục, người ta phân loaithành: Cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm

Các bộ máy của cầu trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc bằng động cơđiện dùng mạng điện công nghiệp Cầu trục được điều khiển do người lái chuyênnghiệp từ trong ca bin treo ở một đầu cầu lăn Trường hợp dùng palăng điện làm

cơ cấu nâng thì có thể được điều khiển từ mặt nền nhà xưởng qua hộp nút ấn điềukhiển, ở trường hợp này có thể không cần người lái chuyên nghiệp

Các thông số cơ bản của cầu trục là:

Máy được biểu thị bằng những thông số cơ bản sau:

- Tải trọng nâng danh nghĩa Q, tấn

- Chiều cao nâng móc câu h, m

- Độ với của cần R, m; hoặc khẩu độ L, m

- Tốc độ làm việc v (m/ph hoặc m/s)

- Trọng lượng bản thân G, kN

- Công suất danh định N, kW

- Chế độ làm việc

a Tải trọng nâng danh nghĩa

Tải trọng nâng danh nghĩa là đặc trưng cơ bản của máy nâng, nó thường đượcbiểu thị bằng tấn hoặc kg Tải trọng nâng danh nghĩa Q là trọng lượng vật nâng lớnnhất mà máy nâng được phép nâng; tải trọng Q bao gồm: Trọng lượng vật nâng

cộng với trọng lượng bộ phận mang hàng (như: Móc câu, gầu ngoặm, gầu xúc,kiềm kẹp hàng ….)

b Chiều cao nâng:

Chiều cao nâng là khoảng cách từ đỉnh đường ray dưới chân máy trrục hoặc

từ nền sân bãi đến vị trí cao nhất của cơ cấu móc hàng (tâm móc câu), chiều caonâng được xác định theo yêu cầu sử dụng cho từng loại máy nâng và tính theo đơn

vị mét

c Độ với R và khẩu độ L

Đối với máy nâng có cần gọi là cần trục, người ta dùng độ với R, nó là bánkính quay của hàng khi quay cần trục, còn đối với máy nâng kiểu cầu, người tadùng khẩu độ L để biểu thị, nó là khoảng cách giửa hai đường tâm của hai cụmbánh xe di chuyển máy nâng ở hai bên; tính theo đơn vị mét Độ với và khẩu độ làthông số biểu thị phạm vi hoạt động của máy nâng

d Tốc độ làm việc

Tốc độ làm việc bao gồm tốc độ của các thao tác như: Tốc độ nâng hạ hàng,nâng hạ cần, tốc độ di chuyển máy nâng, di chuyển xe con mang hàng (m/phút) vàtốc độ quay cần (vòng/phút) của máy nâng

Tốc độ nâng hạ hàng thường trong khoảng từ 10÷30 (m/phút); tốc độ dichuyển máy nâng kiểu cầu từ 50÷200 (m/phút) và tốc độ di chuyển xe con manghàng 20÷30 (m/phút); tốc độ quay cần từ 1÷3 (vòng/phút)

Hình 1.1 Khẩu độ và tầm với

a Máy kiểu cần; b Máy kiểu cầu

e Trọng lượng bản thân

Còn gọi là tự trọng bao gồm: Tự trọng của các cơ cấu trong máy nâng hoặc

tự trọng của toàn máy nâng

f Công suất danh định của máy nâng

Là tổng công suất của các động cơ đặt trên máy

1.2.2 Chế độ làm việc và phân loại

Qk

tm - Tổng thời gian mở máy

tv - Tổng thời gian làm việc với vận tốc ổn định

tv - Tổng thời gian phanh

tđ - Tổng thời gian dừng máy

5 Số lần mở máy trong một giờ (tính trung bình cho một ca làm việc)

m0 - Số lần đóng mở máy trong một chu kì

6 Số chu kì làm việc trong một giờ (n):

7 Nhiệt độ môi trường (t 0 ):

b Phân loại

Hiện nay ở việt nam đang sử dụng và chế tạo rất nhiều loại cầu trục với cáckích thước, tải trọng và chế độ làm việc khác nhau để phục vụ cho nghành côngnghiệp của đất nước Ta có thể chia cầu trục ra làm các loại sau

- Dựa vào tải trọng nâng: Cầu trục được chia ra làm các loại sau:

+ Loại nhẹ: có tải nâng từ 15 tấn

+ Loại trung bình: có tải nâng từ 516 tấn

 Loại nặng: có tải nâng từ 16 80 tấn

 Rất nặng: có tải nâng lớn hơn 80 tấn

-Dựa vào chế độ làm việc: Cầu trục chia làm các loại sau:

 Cầu trục một dầm

Hình 1.2 Cầu trục một dầm dẫn động chung

 Cầu trục hai dầm.

Hình 1.3 Cầu trục hai dầm

-Dựa vào công dụng: chia ra làm các loại sau:

 Cầu trục công dụng chung

 Cầu trục chuyên môn hoá phục vụ xếp dỡ

1.2.3 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của cầu trục 2 dầm

1.2.3.1 Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo chung của cầu trục

2 Bộ máy di chuyển cầu 9 Dầm chính và ray

6 Tang nâng hạ hàng 13 Động cơ di chuyển xe con

7 Động cơ cơ cấu nâng

1.2.3.2 Nguyên lý hoạt động

Hai đầu của các dầm chính (6) được liên kết cứng với các dầm cuối (7) tạothành một khung cứng đảm bảo độ cứng theo cả phương đứng và phương ngang.Trên dầm cuối lắp các bánh xe di chuyển chạy trên ray đặt dọc theo sàn nhà xưởngtrên các vai cột Xe con chạy dọc theo các đường ray trên dầm chính Trên xe con

đặt cơ cấu nâng (11), cơ cấu di chuyển xe con (3) Tuỳ theo công dụng của cầu trục

ma trên xe con có 1 hoặc 2 cơ cấu nâng Trường hợp có 2 cơ cấu nâng thì ngoài cơcấu (11) được gọi là cơ cấu nâng chính còn cơ cấu nâng phụ có tải trọng nâng nhỏhơn Nguồn điện cung cấp cho động cơ của các cơ cấu được lấy từ đường điệnchạy dọc theo nhà xưởng và lan can (10) dùng để phục vụ cho việc kiểm tra bảotrì, sửa chữa cầu trục

1.2.4 Các bộ phận chính của cầu trục 2 dầm

1.2.4.1 Cơ cấu di chuyển xe con của cầu trục

a Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu

Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu di chuyển xe con

b Nguyên lý hoạt động của cơ cấu

Động cơ (1) truyền chuyển động cho trục đầu vào của hộp giảm tốc (4) thôngqua khớp (2), hộp giảm tốc (4) có nhiệm vụ tăng mô men và giảm tốc độ của động

cơ Trục đầu ra của hộp giảm tốc (4) dẫn động cho 2 bánh xe chủ động của bộ di

cơ cấu di chuyển Bánh xe chủ động (6) di chuyển trên ray số (8) Trong trườnghợp phanh hãm thì sử dụng cơ cấu phanh (3)

1.2.4.2 Cơ cấu nâng hạ của cầu trục

a Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu

1 2

3 4

5

9

10

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu nâng hạ cầu trục

3 Khớp nối bánh phanh 8 Cụm ròng rọc cố định

b Nguyên lý hoạt động của cơ cấu

Động cơ điện (1) truyền chuyển động cho hộp giảm tốc (5) thông qua trục nối(3) có gắn bánh phanh (4) Hộp giảm tốc (5) có nhiệm vụ tăng mô men và giảm tốc

độ của động cơ Đầu ra của hộp giảm tốc truyền chuyển động cho tang (7) đượcđặt trên các ổ đỡ (10) Tang quay sẽ dẫn động cho cụm móc lên xuống thực hiệnnâng hạ hàng

1.2.4.3 Cơ cấu di chuyển cầu trục

a Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu di chuyển cầu trục

4 Khớp nối trục bánh xe

b Nguyên lí hoạt động của cơ cấu

Động cơ điện (1) truyền chuyển động cho trục đầu vào của hộp giảm tốc (4)thông qua khớp (2) Hộp giảm tốc có nhiệm vụ tăng mô men và giảm tốc độ củađộng cơ Trục đầu ra của hộp giảm tốc truyền chuyển động cho bánh xe chủ động(6) được đỡ trên ổ đỡ (7) Bánh xe chủ động (6) di chuyển trên đường ray chuyêndùng (8) Trong trường hợp phanh hãm thì sử dụng phanh (3)

1.2.5 Lựa chọn phương án di chuyển cầu trục

Bộ máy di chuyển cầu trục có nhiều phương án kết cấu nhóm đảm bảo chocầu trục di chuyển 2 bên, về khẩu độ dầm chủ tương đối lớn dễ xảy ra hiện tượng

xô lệch giá cầu khi di chuyển Để hạn chế độ xô lệch kết cấu thép của cầu trục, giácầu và khung xe con phải có độ cứng vững cao ở 2 phương, phương thẳng đứng vàphương nằm ngang Vì vậy ta lựa chọn phương án di chuyển cầu trục 2 dầm

1.2.5.1 Phương án thứ nhất

Hình 1.8 Bộ máy di chuyển cầu trục dẫn chung I

a Ưu điểm

Đảm bảo độ đồng tốc giữa 2 bánh xe

b Nhược điểm

Khó tạo ra độ đồng tâm giữa 2 trục ra của hộp giảm tốc

Gây ra mô men xoắn do đặt lệch tâm

Chỉ áp dụng cho cầu trục khẩu độ nhỏ

c Đặc điểm

Với khẩu độ nhỏ có thể dùng sơ đồ trục truyền dài quay chậm Trục truyềndài ở trường hợp này cùng cấp quay chậm của hộp giảm tốc nên mômen trongtrường hợp này là lớn nhất trong cơ cấu Do đó bản thân trục, ổ, khớp nối đều cókích thước và trọng lượng lớn Để giảm nhẹ có thể dùng kết cấu trục rỗng, hàn từthép ống Loại này thường dùng khi cầu trục có khẩu độ nhỏ

Độ chính xác cáo phải cân bằng động.

Các chi tiết máy quay nhanh

Kết cấu phức tạp

c Đặc điểm

Đối với khẩu độ trên 15m thì người ta dùng phương án trục truyền động dài ởcấp quay nhanh của hộp giảm tốc Với công suất truyền như vậy, trục quay cótrọng lượng nhỏ hơn khoảng 4-6 lần so với trục quay chậm, mặc dù phải dùng 2hộp giảm tốc nhưng trọng lượng chung của cơ cấu cũng tăng nhiều Khi lắp đặt các

ổ trục đỡ yêu cầu cao và phải cân bằng trong các chi tiết máy quay nhanh

Phải tính toán bằng 60% tải trọng chung để đề phòng phân bố tải trọng phân

bố khống đều giữa 2 bánh xe

Khó đảm bảo đồng tốc giữa 2 bánh xe

c Đặc điểm

Mỗi cụm bánh xe chủ động có 1 động cơ riêng, phanh và hộp giảm tốc Giữa

2 cụm bánh xe chủ động ở 2 bên không có liên kết cơ khí Trong hệ thống này cóhiện tượng tự động phân tải giữa các động cơ điện

Vì vậy từ 3 phương án trên thì ta chọn phương án thứ 2 để tính toán thiết kế

cơ cấu di chuyển cầu vì ta nhận thấy phương án này phù hợp với đề tài đã cho

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN BỘ MÁY DI CHUYỂN CẦU TRỤC

Tải trọng nâng Q: Q = 12 (tấn) = 120000 (N)

Trọng lượng xe con: Gx 4 (tấn) = 40000 (N)

Trọng lượng cầu: Gc 14 (tấn) = 140000 (N)

Vận tốc di chuyển cầu trục: vc= 105 (m/phút)

Khẩu độ: L = 18 (m)

Chế độ là việc trung bình, trọng tâm của xe coi như đặt ở giữa xe

Cơ cấu di chuyển dẫn động chung cho 2 bánh

2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo bộ máy di chuyển cầu trục

2.2 Thiết kế bánh xe và ray

Ta chọn loại bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thước theo OCT3569- 60-[2] Đường kính bánh xe chọn Dbx = 710 mm đường kính ngõng trục lắp

ổ d = 90 mm bảng 9.4-[1] Căn cứ kích thước bánh xe tương ứng với Dbx = 710

mm, chiều rộng vành bánh 130 mm, chọn ray cầu trục KP80 để làm ray cho cầulăn

Bố trí mỗi bên hai bánh xe, tải trọng tác dụng lên các bánh xe gồm có trọnglượng xe con, xe lớn và trọng lượng hàng nâng

Do trọng tâm nằm ở giữa xe nên tải trọng khi không có vật nâng được phân

bố đều trên 4 bánh xe Chọn khoảng cách trục bánh xe con là B = 2,4 m khi đó ta

có sơ đồ tải trọng tác dụng lên xe con:

Hình 2.2 Sơ đồ tính của 2 trục bánh của cơ cấu di chuyển

Hình 2.3 Sơ đồ tải tác dụng lớn nhất lên dầm của cơ cấu di chuyển