Thiết kế cổng trục gầu ngoạm một dây sức nâng 5 tấn

Đề tài tôt nghiệp chính là sự hệ thống lại toàn bộ kiến thức đã học và là cơ sở để đánh giá qúa trình học tập của mỗi sinh viên.Với đề tài tốt nghiệp là “Thiết kế cổng trục gầu ngoạm một

MụC LụC

Trang

Lời nói đầu 5

Chơng I: Giới thiệu chung 7

I Giới thiệu chung về cổng trục 7

II Giới thiệu chung về gầu ngoạm 16

Chơng II: Thiết kế gầu ngoạm 20

II.1 Lựa chọn phơng án thiết kế gầu ngoạm 20

II.2 Tính toán gầu ngoạm 24

II.2.1 Xác định các thông số cơ bản 24

II.2.2 Tính lực tác dụng lên gầu 26

II.2.3 Tính kích thớc thanh trợt 29

II.2.4 Tính thanh ngang đầu đỡ dới 31

II.2.5 Tính trục má gầu 34

Chơng III: Xác định kích thớc cổng trục và chọn palăng điện 35

III.1 Xác định kích thớc hình học cổng trục 35

III.1.1 Kích thớc tiết diện dầm chủ 35

III.1.2 Kích thớc tiết diện chân cổng 37

III.2 Chọn palăng điện 38

III.3 Các thành phần tải trọng 39

III.3.1 Tải trọng nâng 39

III.3.2 Trọng lợng bản thân 39

III.3.3 Tải trọng gió 39

III.3.4 Tải trọng quán tính 42

Chơng IV: Kết cấu thép cổng trục 44

IV.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng 44

IV.1.1 Tải trọng cố định 44

IV.1.2 Tải trọng di động 45

IV.1.3 Tải trọng phụ 45

IV.1.4 Bảng phân bố tải trọng 46

IV.2 Đặc trng hình học tiết diện 47

IV.2.1 Đặc trng hình học tiết diện dầm 47

IV.2.2 Đặc trng hình học tiết diện chân đứng 49

IV.2.3 Đặc trng hình học tiết diện chân nghiêng 50

IV.3 Lập sơ đồ tính toán và xác định các thành 51

phần nội lực IV.4 Kiểm tra bền kết cấu cổng trục theo ứng 63

suất cho phép IV.4.1 Kiểm tra bền kết cấu cổng trục dới tác 63

dụng của tổ hợp tải trọng I IV.4.2 Kiểm tra bền kết cấu cổng trục dới tác 64

dụng của tổ hợp tải trọng II IV.5 Kiểm tra ổn định cổng trục 65

Chơng V: Cơ cấu di chuyển cổng trục 68

V.1 Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cổng 68

V.2 Xác định lực nén bánh 69

V.3 Xác định lực cản di chuyển cổng trục 70

V.4 Tính chọn động cơ, hộp giảm tốc 71

V.5 Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám 72

V.6 Tính mô men phanh và chọn phanh 75

V.7 Tính trục bánh xe 76

V.8 Chọn ổ lăn 81

V.9 Kiểm tra bánh xe theo sức bền dập 82

Kết luận 83

Tài liệu tham khảo 84

Lời nói đầu

Trong những năm trở lại đây nớc ta đã và đang bớc vào công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá Do đó với sự đầu t mạnh của nhà nớc vào nghành xây dựng cơ bản, nghành xây dựng cơ bản đã và đang có những bớc phát triển nhảy vọt tạo đà cho sự phát triển kinh tế và xã hội ở nớc ta Trong

sự phát triển chung đó để có thể đáp ứng đợc những yêu cầu về cơ giới hoá trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng cầu và các công trình thuỷ lợi cũng nh các nghành khai thác chế biến dầu khí … ngành máy xây ngành máy xây dựng đã và đang có những tiến bộ vợt bậc về công nghệ tiên tiến, cũng nh chủng loại sử dụng Trong điều kiện nớc ta hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ xây dựng và sản suất vật liệu xây dựng, máy xây

dựng ngày càng đợc hoàn thiện đã có thể tiến tới tự thiết kế, chế tạo các máy

và các thiết bị xây dựng hiện đại Với việc cơ giới hoá trong xây dựng sẽ làmtăng năng suất lao động, tăng nhịp độ thi công cũng nh đảm bảo chất lợngcông trình và hạ giá thành sản phẩm, thậm chí trở thành nhân tố quyết định

đến sự hình thành một công trình hiện đại… ngành máy xâyChính vì những lý do trên, máyxây dựng ngày càng có ý nghĩa và vai trò lớn hơn trong công tác xây dựng cơbản nói riêng và nền kinh tế nói chung

Đề tài tôt nghiệp chính là sự hệ thống lại toàn bộ kiến thức đã học và

là cơ sở để đánh giá qúa trình học tập của mỗi sinh viên.Với đề tài tốt nghiệp

là “Thiết kế cổng trục gầu ngoạm một dây sức nâng 5 tấn”,đợc sự chỉ bảo tậntình của các thầy trong khoa, đặc biệt là sự hớng dẫn chỉ bảo tận tình củathầy hớng dẫn là Thạc sỹ Lu Đức Thạch em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp

đợc giao đúng thời gian

Dù đã rất cố gắng để hoàn thành đồ án tuy nhiên do còn nhiều hạn chế

về kiến thức nên em không thể tránh khỏi những sai sót trong khi làm đồ án,vậy nên em rất mong đợc sự chỉ bảo thêm của các thầy

Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thày giáo Ths Lu

Đức Thạch cùng tất cả các thầy cô trong khoa máy xây dựng thuộc Trờng

ĐHXD đã dạy bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm đồ ántốt nghiệp

Chơng I: giới thiệu chung

I Giới thiệu chung về cổng trục.

1.1 Giới thiệu chung.

- Cổng trục là một loại cần trục kiểu cầu có dầm cầu đặt trên các chân cổngvới các bánh xe di chuyển trên ray đặt dới đất

- Theo công dụng có thể phân thành cổng trục có công dụng chung còn gọi

là cổng trục dùng để xếp dỡ, cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng vàcổng trục chuyên dùng

Cổng trục có công dụng chung có tải trọng nâng từ 3,2 - 10T, khẩu độdầm cầu 10- 40m, chiều cao nâng 7-16m Cổng trục dùng để lắp ráp trongXây dựng có tải trọng nâng 50 – 400 (tấn), khẩu độ đến 80m và chiều caonâng đến 30m Cổng trục dùng để lắp ráp có tốc độ nâng, di chuyển xe con

và di chuyển cổng nhỏ hơn so với cổng trục có công dụng chung Đặc biệt nó

bị mang vật của cổng trục thờng là móc treo, gàu ngoạm hoặc là nam châm

điện Cổng trục chuyên dùng thờng đợc sử dụng trong các nhà máy thuỷ

điện

Theo kết cấu thép có cổng trục không có côngxôn (hình 1.1), cổng trục

có một đầu côngxôn và hai đầu côngxôn (hình 1.2) Kết cấu dầm cầu và kếtcấu chân cổng cũng rất da dạng Dầm cầu có thể đợc chế tạo dới dạng dầmhộp hàn, dạng ống, dầm dàn không gian và có thể một hoặc hai dầm Kết cấuchân cổng có thể là dàn hoặc hộp

Hình1.2: cổng trục một dầm có côngxôn

Ray di chuyển xe con trên dầm cầu có thể đặt phía trên hoặc treo ở phíadới dầm cầu Chân cổng thờng có một chân cứng (có kết cấu hộp hoặc dànkhông gian liên kết cứng với dầm cầu) và một chân mềm (có kết cấu ốnghoặc giàn phẳng và liên kết khớp với dầm cầu) Chân mềm có liên kết khớpvới dầm cầu để đảm bảo cho kết cấu là hệ tĩnh định, nó có thể lắc quanh trụcthẳng đứng đến 50 để bù trừ sai lệch của kết cấu và đờng ray do chế tạo, lắp

đặt và ảnh hởng của biến dạng do nhiệu độ Nh vậy chân mềm của cổng trục

có tác dụng giảm ma sát thành bánh xe với ray, giảm tải trọng xô lệch vàtránh kẹt ray khi di chuyển Cổng trục có khẩu độ dới 25m có thể chế tạohaichân cứng Đối với cổng trục hạng nặng có sức nâng trên 100T thờng làhai ray di chuyển cho mỗi bên và cụm bánh xe di chuyển gồm nhiều bánh xe

đặt trên cầu cân bằng để đảm bảo cho chúng có lực nén bánh đều nhau Cáccổng trục có sức nâng lớn thờng đợc bố trí thêm một đến hai tời nâng phụ

Xe con của cổng trục có thể là palăng điện hoặc tời treo chạy trên raytreo và có thể là xe con giống nh cầu trục Cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển

xe con có thể bố trí trên kết cấu thép của cổng truc, dẫn động xe con bằngcáp kéo

1.2 Kết cấu thép cổng trục

Kết cấu thép của cổng trục bao gồm dầm cầu và các chân cổng

a Kết cấu thép của dầm cầu

Cổng trục một dầm có kết cấu dầm là tổ hợp đợc sử dụng rất phổ biến vớisức nâng từ 5 - 10 t Các cổng trục một dầm thờng sử dụng palăng điện chạytrên ray treo dới dầm (hình 1.1,1.2) Một số trờng hợp dùng xe con chạy trênhai ray đặt dới dầm (hình 1.3g,h,i) Dầm cầu dạng dàn không gian thờng cóthêm các thanh xiên ở bên trong để tăng cứng

Hình 1.4: kết cấu dầm loại hai dầm

Cổng trục có sức nâng lớn thờng là loại hai dầm hộp có ray di chuyển xecon đặt phía trên dầm cầu Loại này thờng dùng xe con chạy trên hai dầm,trên hình 1.4 là mặt cắt dầm cầu của cổng trục hai dầm có sức nâng lớn.Ngoài ra với tải trọng nâng lớn dầm cầu có thể là giàn không gian

b Kết cấu thép của chân cổng

Chân cổng có kết cấu hộp hoặc dàn, với kết cấu dàn thì chân có khả năngchịu tải trọng lớn tuy nhiên chúng có nhợc điểm là thờng chiếm nhiều diệntích, chân cổng kiểu hộp khắc phục đợc nhợc điểm này của chân dàn Trênhình 1.5a,b là chân cứng của cổng trục có dạng hộp và mặt cắt dầm cầu nhtrên hình 1.4, với kết cấu này cổng trục có thể có một hoặc hai đầu côngxôn.Chân cổng có kết cấu giàn cùng dầm cầu loại giàn không gian (mộtdầm), trong trờng hợp này thờng xe con di chuyển trên ray bên dới dầm cầu,vật nâng đợc treo trên các palăng cáp (hình 1.5c).

Cabin của cổng trục có thể đợc đặt cố định tại chân cứng hoặc treo trên

xe con và di chuyển cùng xe con

Cổng trục hai dầm có xe con chạy trên ray đặt trên hai dầm thờng cóthêm sàn thao tác để bảo dỡng và sửa chữa

a b c

Hình 1.5: chân cổng

Cổng trục có khẩu độ dới 25m có thể chế tạo với hai chân cứng (hình1.6a), cổng trục có khẩu độ lớn thờng một chân liên kết cứng với dầm cònchân kia liên kết khớp với dầm Trên sơ đồ 1.6b,c có chân cổng liên kết khớpvới dầm Sơ đồ 1.6b có chân cổng bên trái liên kết cứng với dầm còn châncổng bên phải liên kết khớp với dầm nhờ khớp quay hình trụ với trục xoaynằm trong mặt phẳng ngang Với sơ đồ này chân cổng có thể lắc quanh trụcthẳng đứng tới 50 về cả hai phía và góc lắc đợc khống chế bởi khe hở giữa vỏ

khớp phía dới và phía trên Trong trờng hợp này cổng trục bị xô lệch do tốc

độ hai bên không đồng đều nhau thì dầm cầu bị uốn trong mặt phẳng ngang

1.3 Xe con của cổng trục

Kết cấu xe con của cổng trục rất đa dạng tuỳ thuộc vào kết cấu của dầmcầu và tải trọng nâng của cổng trục

Cổng trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ thờng dùng palăng điện chạydọc ray treo ở dới dầm Loại cổng trục này thờng đợc điều khiển từ cabinhoặc hộp nút bấm từ dới nền

Cổng trục hai dầm có tải trọng nâng lớn thờng dùng xe con chạy trên cácray đặt trên hai dầm Một số cổng trục có xe con tựa hoặc treo trên hai ray

đặt dới dầm (thờng là dầm dàn không gian) Theo cách dẫn động có loại xecon tự hành và xe con di chuyển nhờ cáp kéo

5 6 6

Hình 1.7: sơ đồ mắc cáp trên xe con di chuyển bằng cáp kéo

a cơ câu nâng vật, b cơ cấu di chuyển xe con

1,2 các thiết bị điều chỉnh lực căng cáp kéo

3 xe con, 4 cabin, 5 tang của cơ cấu di chuyển

6 các puly đổi hớng cáp

Cơ cấu di chuyển xe con bằng cáp kéo thờng đặt ngoài xe con (trên kếtcấu thép của cổng trục) Sơ đồ mắc cáp của cơ cấu di chuyển xe con nh hình1.7b, hai đầu của cáp đợc quấn vào tang theo chiều ngợc nhau do đó khi tangquay thì một đầu cuốn còn một đầu nhả đảm bảo cho xe con di chuyển đợc.Tang của cơ cấu này có thể là tang thờng hoặc tang ma sát Cabin điều khiển

có thể đợc gắn trên xe con và di chuyển cùng nó

Cơ cấu nâng của cổng trục cũng có thể đợc đặt trên xe con hoặc ngoài

xe con (trên kết cấu thép của cổng trục) Khi đặt ngoài xe con (hình 1.7a), để

đảm bảo chiều cao nâng không đổi khi xe con di chuyển thì cáp nâng vắt quacác puly trên xe con và trên cụm móc treo sau đó đi ra khỏi xe con về phíacuối dầm cầu và cáp đợc cố định vào dầm cuối Phơng án này cho phép giảm

đáng kể kích thớc và trọng lợng của xe con do đó trọng lợng của dầm cầucũng giảm đáng kể khoảng 20% Nhợc điểm của phơng án này là cáp nâng

có thể có độ võng rất lớn khi xe con di chuyển không tải trọng nâng Để khắcphục nhợng điểm này, ngời ta làm các con lăn đỡ cáp nâng và tăng trọng l-ợng của cụm móc treo

1.4 Cơ cấu di chuyển cổng trục

ở một số cổng trục nhỏ loại cũ cơ cấu di chuyển cổng trục thờng dùngphơng án dẫn động chung và cơ cấu đặt trên dầm cầu Phơng án này tuygiảm tải trọng xô lệch cổng song cồng kềnh, khó lắp đặt và đắt nên hiện naykhông dùng Hiện nay cơ cấu di chuyển cổng thờng dùng phơng án dẫn độngriêng Trên mỗi chân cổng có một cơ cấu di chuyển riêng, số bánh xe chủ

động thờng không vợt quá 50% tổng số bánh xe

Hình 1.8a Hình 1.8b

Hình 1.8: các sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cổng trục

Cổng trục hiện đại thờng dùng cơ cấu di chuyển có hộp giảm tốc đặt

đứng hoặc hộp giảm tốc trục vít - bánh vít và động cơ lắp mặt bích với hộpgiảm tốc Kết cấu này vừa gọn nhẹ vừa dễ tháo lắp Cổng trục cỡ lớn thờng

có chân cổng tựa trên các bánh xe, số bánh xe trên mỗi cụm là hai đến bốnbánh để giảm tải cho bánh Các cụm bánh xe thờng lắp trên các cầu cân bằng

để đảm bảo lực nén đều trên các bánh xe Ray di chuyển cổng có thể là mộthoặc hai ray Trên hình 1.8 là các sơ đồ dẫn động của cơ cấu di chuyển cổng.Cổng trục chủ yếu làm việc ngoài trời do đó cần phải có cơ cấu kẹp ray

để đảm bảo an toàn trong trờng hợp gió lớn khi không làm việc Thiết bị kẹpray dẫn động bằng tay làm việc tơng đối tin cậy song mất nhiều thời gian vànặng nhọc, hiện nay phổ biến loại kẹp ray dẫn động bằng máy Loại này hoạt

động tự động nhờ tác động của thiết bị đo gió khi áp lực gió vợt quá giá trịcho phép Tuy nhiên cổng trục vẫn phải có thiết bị kẹp ray dẫn động bằng tay

đề phòng thiết bị kẹp ray bằng máy hỏng

1.5 Một số dạng kết cấu đặc biệt của cổng trục

a Cổng trục tự lắp dựng

Hình 1.9: sơ đồ lắp dựng cổng trục tự lắp dựng

Lắp dựng cổng trục là một công việc nặng nhọc và tốn thời gian Kết cấucổng trục tự lắp dựng cho phép giảm nhẹ mức độ nặng nhọc và rút ngắn thờigian lắp dựng Loại cổng trục này ngày càng đợc sử dụng rộng rãi Sơ đồ lắpdựng nh hình 1.9, tải trọng nâng của cổng trục tự lắp dựng thờng không vợtquá 20t

b Cổng trục xếp dỡ côngtennơ

- Loại cổng trục này chuyên dùng để xếp dỡ côngtennơ trong các nhà gabến cảng, kho bãi Đặc điểm chính là dùng các thiết bị mang chuyên dùngrút ngắn thời gian xếp dỡ và giảm nhẹ sức lao động Cổng trục xếp dỡcôngtennơ thờng có hai đầu côngxôn Một đầu công xôn thờng đặt trong nhàkho chứa côngtennơ một đầu là ở bãi để côngtennơ Phần phía trong châncổng thờng có ray di chuyển để tàu hoả hoặc các phơng tiện khác vào để vậnchuyển hàng hoá đến hoặc đi

- Tải trọng nâng của cổng trục xếp dỡ côngtennơ thờng đợc chọn theo tảitrọng của côngtennơ và thiết bị mang chuyên dùng vì chúng khá nặng

c Cổng trục phục vụ nhà máy thuỷ điện

Cổng trục này thờng đợc dùng trong lắp ráp và vận hành khai thác nhàmáy thuỷ điện Chúng thờng có tải trọng nâng lớn (từ 100 - 500t) và có khẩu

độ dầm cầu không lớn

Có thể chia cổng trục trong nhà máy thuỷ điện làm 3 loại:

- Cổng trục dùng để lắp ráp và phục vụ các thiết bị trong nhà máy thuỷ

điện

- Cổng trục phục vụ các thiết bị và nâng hạ của đập.

- Cổng trục để phục vụ lắp ráp cửa đập

Cổng trục trên có thể có hoặc không có côngxôn Cơ cấu nâng của cổng trục loại này có đặc điểm là dùng hai tờ nâng đặt cách nhau đúng bằng chiều rộng của cửa đập và để tránh khả năng bị kẹt cửa đập trong khung dẫn hớng của nó, hai tời nâng phải đồng đều Cửa đập trong các nhà máy thuỷ điện phải đợc nâng với tốc độ chậm Còn khi không nâng thì phải có tốc độ nhanh

để rút ngắn thời gian do vậy tời nâng phải có hai tốc độ

II Giới thiệu chung về gầu ngoạm

Gầu ngoạm dùng trong máy xây dựng chủ yếu dùng để đào và khai thác

đất, cát, vật liệu rời phục vụ việc xây dựng cơ sở hạ tầng trong lĩnh vực :Xâydựng dân dụng và công nghiệp mỏ, xây dựng thuỷ lợi, xây dựng cầu đờng… ngành máy xây

- Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp: Đào hố móng, đào rãnhthoát nớc, bốc xúc vật liệu ở các bãi, kho chứa vật liệu

- Trong xây dựng thuỷ lợi: Đào kênh mơng , nạo vét sông ngòi , bếncảng, ao hồ, khai thác đất để đắp đập, đắp đê… ngành máy xây

- Trong các lĩnh vực khác: Nhào trộn vật liệu, khai thác đất cho các nhà máy gạch sứ, tiếp liệu cho các trạm trộn bê tông, khai thác sỏi cát ở lòng sông… ngành máy xây

Theo nguyên lí làm việc có 3 loại gầu ngoạm chính là:

2.1 Gầu ngoạm hai dây

Gầu ngoạm hai dây đợc treo trên hai sợi cáp riêng biệt (Hình 1.10) trong

đó cáp nâng I nối với đầu đỡ trên 2, cáp đóng mở gầu II nối với đầu đỡ dới 6 qua hệ thống pa lăng cáp đóng mở gầu

Khi gầu treo trên cáp nâng I và cáp đóng mở gầu II chùng thì gầu có thể

tự mở các má gầu dới tác dụng của trọng lợng má gầu và đầu đỡ dới ở trạngthái này, gầu đợc thả xuống đống vật liệu với vận tốc v1, cáp nâng, cáp đóng

mở gầu cùng hạ Thả chùng cáp nâng, dới tác dụng của trọng lợng gầu, lỡigầu lún sâu vào đống vật liệu Cáp đóng mở gầu đợc kéo lên với tốc độ v2,cáp nâng chùng , má gầu đóng lại thực hiện quá trình tự bốc vật liệu Khi

gầu đã đóng kín, cáp nâng và cáp đóng mở gầu cùng đợc kéo lên với vận tốc

v2 để nâng gầu chứa vật liệu đến nơi cần thiết Quá trình dõ vật liệu xảy rakhi cáp nâng đứng nguyên treo gầu còn cáp đóng mở gầu đi xuống (hoặc cáp

đóng mở gầu đứng nguyên, cáp nâng đi lên, hoặc kết hợp cáp nâng đi lên,cáp đóng mở gầu đi xuống )

Gầu ngoạm hai dây Gầu ngoạm dẫn động riêng

Gầu ngoạm một dây

1

2

4

6 5

8 3

7 9 10

3

I II

2

5

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý dẫn động gầu ngoạm 1-Cáp;2-đầu đỡ trên; 3-thanh giằng; 4-má gầu;

5- trục má gầu; 6- đầu đỡ dới; 7- ụ tì;

9- móc treo đầu đỡ dới; 10-tay gạt; 11-mô tơ

Đặc điểm chính của gầu ngoạm hai dây là cả hai cáp, cáp giữ và cáp đóng

mở gầu đều đợc cuốn nhả bởi một tang riêng biệt Theo nguyên lý dẫn động

này ta thấy gầu ngoạm hai dây có cấu tạo và thao tác đơn giản, năng suất cao và có thể dỡ tải ở bất kì độ cao nào Nhng với việc phải sử dụng hai cơ cấu nâng riêng biệt sẽ là việc tháo gầu và thay bằng móc treo hay các thiết bịmang khác vào cáp sẽ rất phức tạp, đòi hỏi nhiều thời gian

cần sử dụng một cách linh hoạt các thiết bị mang để bốc xếp các loại vật thểrời, vật thể khối khác nhau

2.2 Gầu ngoạm dẫn động riêng.

Gầu ngoạm dẫn động riêng có vòng treo ở đầu đỡ trên của gầu để nối vớimóc treo của cần trục khi nâng hạ gầu (Hình 1.10 ) Việc đóng mở gầu đợcthực hiện nhờ một cơ cấu riêng biệt đặt ở đầu đỡ trên (2) Cơ cấu này có thểdẫn động bằng điện, thuỷ lực hoặc hơi ép Gầu ngoạm này có kết cấu phứctạp, cồng kềnh

2.3 Gầu ngoạm một dây

Với gầu ngoạm một dây, quá trình đóng mở và nâng gầu đợc điều khiển nhờmột cơ cấu duy nhất Tuy gầu ngoạm một dây kém xa gầu ngoạm hai dây vềnăng suất nhng nó là thiết bị thay đổi đợc, có ích và có giá trị của cần trụcmóc thông thờng để vận chuyển vật liệu rời nên nó thích hợp với các cơ sởsản xuất vật liệu xây dựng vừa và nhỏ hơn so với việc sử dụng gầu ngoạm haidây vì phải sử dụng các loại thiết bị nâng có hai cơ cấu nâng chuyên dùnghay loại gầu ngoạm dẫn động riêng có kết cấu cồng kềnh phức tạp

Chơng II: thiết kế gầu ngoạm II.1 Lựa chọn phơng án gầu ngoạm

a.Phơng án I (Hình 2.1)

4 9

10 11

Hình 2.1

Nguyên lý hoạt động:

Gầu ngoạm gồm có ống bọc ngoài (1) đợc gắn váo đầu cần của máy cơ

sở Bên trong ống có thanh trợt (2) một đầu gắn bản lề với hai thanh ngangcủa má gầu (10) Thanh giằng (5) đợc gắn chặt với ống(1) Hành trình củathanh trợt (2) bên trong ống (5) đợc giới hạn bởi hai chi tiết hạn chế hànhtrình (6) và (7) Góc mở của má gầu cũng đợc giới hạn bởi thiết bị hạn chếhành trình 12 đặt trên hai thanh ngang (10) và đợc đặt đối xứng nhau ở ph-

ơng án gầu ngoạm này có một hệ thống các thiết bị ăn khớp tự động gồm

đoạn hình quạt (4) nối bản lề với ống (5) và nhô vào trong ống qua khe (12).Trên thanh trợt (2) có gắn con lăn (3) Khi làm việc con lăn này sẽ kết hợpvới đoạn (4) và đẩy đoạn này ra ngoài và làm lò xo (9) bị kéo Khi con lăn đã

đi qua, đoạn (4) lại về vị trí cũ do lò xo (9) bị nén lại.Ngoài con lăn (3), đoạn

hình quat (4) này cũng đợc điều khiển bằng tay đòn (8) Để xúc vật liệu, mágầu thờng mở đợc đa đến chỗ vật liệu cần xúc Khi đó cần của máy cơ sở hạthấp xuống để má gầu ngập vào vật liệu Khi đó cần của máy cơ sở vẫn tiếptục đi xuống nhng má gầu không ngập sâu vào vật liệu hơn nữa ống bọcngoài (1) đợc đẩy xuống ( hay thanh trợt 2 trợt lên trên ) Lực đẩy này thắng

đợc lực nén của lò xo (9) đẩy con lăn (3) lên và đoạn (4) bị đẩy ra ngoài Quátrình này cũng là quá trình đóng má gầu Khi con lăn đã đi qua, đoạn (4) lại

về vị trí cũ dới tác dụng của lò xo đàn hồi (9) Thanh trợt đi lên cho đến khiống (5) gặp hạn chế hành trình (6) thì dừng và đợc giữ tại vị trí đó nhờ conlăn (3) Hai má gầu đợc đóng hoàn toàn

Toàn bộ quá trình kết hợp trên đợc con lăn khoá lại để bắt đầu quátrình nâng gầu Quá trình này đợc thực hiện nhờ sự nâng cần của máy cơ sở

Để dỡ vật liệu, chỉ cần kéo tay đòn ( 8) thắng lực cản của lò xo (9) để kéo

đoạn hình quạt (4) ra ngoài Nhờ vậy con lăn (3) không đợc giữ nữa mà lănxuống dới, thanh trợt (2) trợt xuống cho đến khi ống (5) gặp hạn chế hànhtrình (7) thì dừng Hai thanh ngang má gầu ( 10 ) quay quanh trục của nó cho

đến khi hai nửa của thiết bị hạn chế hành trình (11) đến tiếp xúc với nhau.Khi đó hai má gầu có góc mở lớn nhất Lúc này vật liệu đợc dỡ hết xuống vàsẵn sàng cho một chu trình mới

ở phơng án này, nguyên lý hoạt động có u điểm là có thể dỡ tải ở bất kì

độ cao nào, và trong hành trình có một phần đợc tự động hóa Tuy nhiên

ph-ơng án này chỉ thích hợp với những máy cơ sở có dạng cần nh cần trục, cầntrục ô tô… ngành máy xây không thích hợp trong việc dùng với cổng trục

b Phơng án II (Hình 2.2)

Khi làm việc: Gầu thờng mở hạ xuống chỗ vật liệu cần vận chuyển, móc treotiếp tục hạ cho đến khi ngạnh khoá móc ăn khớp với thanh ngang dới Sau đó

mở cơ cấu theo chiều nâng, gầu đóng lại và vật liệu đợc xúc vào Khi nânggầu đầy và vận chuyển, gầu đợc treo trên thanh ngang dới

Muốn mở gầu cần mở khoá 7 và tháo cho thanh ngang dới tự do, đơn giảnnhất là tiến hành bằng tay, qua cáp 8 ở một số kết cấu khác, loại gầu này cóthể mở tự động nhng phải hạ nó xuống chỗ nào đấy nh mặt đất, đống vật liệu

đã đổ trớc, toa bằng xe lửa, thùng ô tô,v.v ở đây khoá 7 đợc mở dới tácdụng của trọng lợng vật treo lệch tâm đặc biệt

2 1

Hình 2.3

Sơ đồ nguyên lý của loại gầu ngoạm này cho ở hình Khi làm việc gầu thờng

mở đợc đa xuống đống vật liệu cần xúc Một phần má gầu ngập vào đống vậtliệu dới tác dụng của tải trọng bản thân Cáp (5) tiếp tục đi xuống, thanh trợt(6) trợt trên khe trợt cho đến khi đầu móc trên thanh trợt (6) móc vào trục đỡmá gầu (4) Kéo căng cáp (5) thực hiện quá trình đóng và nâng gầu Để dỡtải, gầu đợc đa đến chỗ cần đổ vật liệu Thanh trợt (6) lại trợt trên khe trợt,

đoạn móc trên thanh trợt không móc vào trục (4) nữa Ngay lúc đó, kéo căngcáp (5) để giữ thanh trợt (6) Hai má gầu mở ra dới tác dụng của tải trọng vàtrọng lợng bản thân Sau đó gầu lại đợc đa đến chỗ cần xúc vật liệu và bắt

đầu một chu trình mới

Qua ba phơng án gầu ngoạm một dây giới thiệu ở trên, phơng án 3 cókết cấu đơn giản, làm việc tin cậy và thích hợp nhất để sử dụng với cổng trục.

Ta lựa chọn phơng án này để thiết kế

II.2 Tính toán gầu ngoạm

Chọn sơ bộ khối lợng gầu: Gg= 20000N= 2 Tấn

Trọng lợng các bộ phận của gầu ảnh hởng tới lực tác dụng làm đóng mởgầu

có thể chọn các kích thớc theo công thức kinh nghiệm hoặc dựa vào nhữngloại gầu đã đợc chế tạo:

- Bán kính uốn cong của đáy gầu : r =810m m

- Chiều dài thanh giằng : l  1,9 V01/3 = 1,9 0,751/3 =1,72m Chọn sơ bộ l= 1,7 m

- Góc  của má gầu : =600

- Góc mở lớn nhất của má gầu : 2 = 1600

- Để tăng góc mở của má gầu , ta thiết kế hai thanh ngang ở má gầu Haithanh này đợc hàn với má gầu và cùng liên kết với trục

t = 0,5 m

Độ mở lớn nhất của lỡi gầu : L  1,95r + 2 kt lt

kt : Hệ số kể đến độ giảm chiều dài thanh do liên kết với má gầu

G3: Trọng lợng đầu đỡ trên

G2: Trọng lợng hai má gầu

G4: Trọnglợng thanh giằng

Trong quá trình xúc vật liệu, các lực tác dụng lên gầu gồm lực cắt theo

ph-ơng tiếp tuyến với đờng cong đáy gầu và lực kéo S của cáp

Ta xác định R và S ở bất kì vị trí nào của má gầu trong quá trình xúc vật liệu.Tại mỗi vị trí, lợng vật liệu trong mỗi gầu là k.Gv/2 với hệ số k tuỳ thuộc vàogóc mở

kđ = 1 - sini

còn tọa độ trọng tâm của lợng vật liệu đó là

c = k5 r c1 =k6.r

 = 0 thì k5 = 0,75 ; k6 = 0,9

Các lực tác dụng lên gầu nh hình vẽ trong đó:

S'' , S' : Tổng lực căng các nhánh cáp trong pa lăng tác dụng lên đầu đỡ trên

và đầu đỡ dới

Vì đầu cáp treo vật đi ra từ puli di động nên palăng này là palăng loại hai.Với bội suất palăng đóng mở gầu là a, hiệu suất palăng làp thì lực căng mộtnhánh cáp là :

S''=S'-S Lập phơng trình cho đầu đỡ trên của gầu theo trục Y ta có

2R sin + S – Gg – k.Gv =0 (1)

Lạp phơng trình cân bằng cho đầu đỡ trên của gầu theo phơng trục Y:

2Z sin - G3 – S'' = 0 (2)Lập phơng trình mômen cho một má gầu ta có:

RL0–G2/2.C2–KGV/2.c –Ze =0 (3)(1,2 ,3) ta có S= Gg +k.Gv – 2R.sin

R =[ (Gg + kGv).e.p + (G2.c2)sin + G3.e] / 2.( L0.sin + e.p.sin)

Trong đó: p= -a/ 1- 

Cuối quá trình cắt k=1, = =0 và khi đó Smax= Gg+Gvl= Q=36,8kN:

Với bội suất palăng lớn lực căng cáp đợc giảm đi, giảm đờng kính cáp Tuynhiên nếu bội suất palăng lớn chiều dài làm việc của cáp lại tăng lên, vì thếgiá tiền cáp cũng không giảm đi Ngoài ra các pu li trong palăng làm cáp bịmòn nhanh và giảm bớt tuổi thọ của nó ở đây ta chọn bội suất palăng a=4

e

m

G2/2 kGv

2 2 2 2

2 120 cos 2

m

2

1700 5

, 0 300 810 2 300

810

2 2

Vì việc đóng mở gầu đợc điều khiển chủ yếu bởi thanh trợt 6 nên kíchthớc hình học của nó có ý nghĩa quyết định đến quá trình làm việc hiệu quảcủa gầu.

A

B O'

Xét điểm A thuộc thanh trợt nh hình vẽ

B là vị trí khớp liên kết giữa má gầu và thanh trợt

O’ là trọng tâm tiết diện của trục má gầu

Để đảm bảo với mọi góc mở của má gầu, móc trên thanh trợt vẫn móc

đợc vào trục của hai má gầu thì vị trí tơng đối của hai điểm A và O’ là không

đổi Ta xét mối quan hệ hình học này trong hệ toạ độ Oxy nh hình vẽ

Vì O’ di chuyển trên đờng thẳng x=0 nên để vị trí tơng đối giữa A và O’không đổi thì A cũng di chuyển trên đờng thẳng x=0 hay toạ độ điểm A(0,c)

B thuộc thanh giằng nên quỹ tích điểm B là đờng tròn tâm O bán kínhbằng chiều dài l của thanh giằng với phơng trình đờng tròn: x2 + y2 = l2

A y y x

xB  

AB= x2  l2  x2  c2  l2 sin 2  l 1  sin 2   c2  l2  2clcos  c2

Chiều dài đoạn AB là không đổi với mọi góc mở của má gầu nên ta có thểtính chiều dài đoạn AB ở một vị trí bất kì, ở đây để đơn giản, ta tính tr ờnghợp khi hai má gầu đóng

Khi đó:  = 300

c= lcos - t - Rpuli/2 = 1700.cos30 - 500 -200/2 = 872

Vậy chiều dài thanh trợt thiết kế là Lt = 950

II.2.4 Tính toán thanh ngang đầu đỡ dới

+Thanh ngang của đầu đỡ dới chọn chế tạo là thép 45

Qtt

(KN.cm)

Mu=

4

11 60

= 165 (KNcm)Mômen chống uốn của mặt cắt ở giữa thanh ngang

W=

} {

Mu

 (N/cm2)[] : ứng suất uốn cho phép của thanh ngang thay đổi theo chu kỳ mạch

4 ,

1 

=

4 , 2 6 , 1

4 ,

1 1

 {}=

4 , 2 6 , 1

10 25 4 ,

1 3 = 9,114.103

(N/cm2)

W =

114 , 9

165

= 18 (cm3)

Hình 2.7: Thanh ngang cụm pu li và thanh trợt

Đờng kính nhỏ nhất của trục lắp puly

d = 3

} {

2 1 ,

10 165

= 4,35 (cm)lấy d = 50 (mm)

- Chọn ổ đỡ puly : Vì ổ puly làm việc dới các chế độ tải trọng thay đổi , do

đó tải trọng tơng đơng đợc xác định nh sau

3 3

2 1 3 1

L

L P L P L P



P1;P2; P3 : Tải trọng tác động tơng ứng với các khoảng thời gian tác động

L1,L2,L3

Dựa vào biểu đồ gia tải tơng ứng với cờng độ làm việc trung bình ta có biểu

đồ gia tải nh sau ( hình 2.8 )

P = 3 ( 0 , 135 Q DN) 3 0 , 1LQ3DN 0 , 1 L ( 0 , 5 Q DN) 3 0 , 5L ( 0 , 05 Q DN) 3 0 , 3 L.

P = 3 0 , 4 50000= 27,1 (N)

L : Thời gian phục của ổ

L = 610

n 60 Lh (giờ)

Lh Thời gian phục vụ của ổ theo bảng phụ thuộc vào chế độ làm việc

Với chế độ làm việc nhẹ 10 (năm)= 1000 giờ

Hình 2.8 : Biểu đồ gia tải

n : Số vòng quay của pu ly cụm móc treo

n =

p

D

) 1 a (

v 60

3 8 60

= 31,8 (v/ph)Thay vào công thức trên ta thời gian phục phụ ổ là

3

10

10 8 , 31

60 = 0,7456 (Triệu vòng)

II.2.5 Tính trục má gầu:

Sơ đồ lực tác dụng lên trục má gầu:

Hình 2.9: Sơ đồ lực tác dụng lên trục má gầu

A=B=12,4kN: Lực do trọng lợng má gầu và vật liệu tác dụng lên trục má gầu

Pn : Lực nâng gầu

Đờng kính trục má gầu:

d = 3

} {

1 ,

10

7626 =98,4Trong đó [] = 80N/mm2 ( Bảng 7.2 TL15) Chọn d=100mm

Chơng III:

xác định kích thớc cổng trục và chọn palăng

điện III.1- Xác định các kích thớc hình học cổng trục:

III.1.1 Kích thớc tiết diện dầm chủ

Để đảm bảo độ bền và độ cứng của dầm trong mặt phẳng đứng, với cổngtrục có trọng tải Q30 T , chiều cao dầm thờng lấy trong giới hạn:

18

1 14

1 )

18

1 14

Các kích thớc khác đợc lấy theo các công thức kinh nghiệm

Chiều cao của hai đầu dầm chính:

H0 = ( 0,4 0,6) H = ( 0,4  0,6).1400=(560  840)

H0 = 600Chiều dài đoạn nghiêng của dầm chính:

5 , 0 64 , 0 50

1 40 1

H B

L B

B = 500Chiều rộng bản cánh trên:

bct = (0,330,5)H = (0,33-0,5)1400=460700

bct= 600Chiều rộng thanh biên dới lấy dựa theo kích thớc của palăng

bbd = 600Chiều dày bản bụng của dầm hộp cần lấy  6mm và lấy phụ thuộc vàotrọng tải của cổng trục

Q 20T bb = 6mm

Palăng di chuyển trên dầm thép chữ I với kích thớc nh hình 3.1

Diện tích dầm chính: Fd = 1,4.25,6 = 35,84m2

III.1.2 Kích thớc mặt cắt chân đứng và chân xiên.

Chọn sơ bộ tiết diện mặt cắt chân đứng và chân xiên cổng trục

Tiết diện chân đứng Tiết diện chân

o

Sè lÇn më m¸y trong 1 giê 120

Dßng ®iÖn nguån Ba pha xoay chiÒu 220 hoÆc 380

Khối lợng cổng trục không kể pa lăng và thiết bị nâng vật:

Mct = 180000N

III.3.3 Tải trọng gió

-Khi gió thổi dọc theo hớng di chuyển của cổng trục thì tải trọng gió phân bố

đều trên toàn bộ chiều dài của kết cấu dầm chính và trên toàn bộ chiều caogiá đỡ

Toàn bộ tải trọng gió đợc xem là tác dụng theo phơng ngang và xác địnhtheo công thức :

+ q - áp lực gió tính toán, lấy theo bảng 1-2

qI= 150 N/m2 , áp lực gió trung bình ở trạng thái làm việc

qII = 250N/m2 : áp lực gió lớn nhất ở trạng thái làm việc

qIII = 50N/m2 : áp lực gió ở trạng thái không làm việc

+ F- Diện tích chịu gió tính toán các bộ phận của cần trục, m2

Với Fd: Diện tích hứng gió của dầm chính = 25,84/ 0,84 m2

Fcc : Diện tích hứng gió của chân cổng :

Chân đứng: 5 m2

Chân nghiêng: 3 m2

Fcb : Diện tích hứng gió của ca bin

Kích thớc ca bin:Rộng :1,2m Dài:2,2m Cao : 2,1m: Fcb = 4,62/ 3,15 m2

Diện tích vật nâng tính sơ bộ theo diện tích tiết diện gầu ngoạm:

Fv = 3,4/1,6 m2

Trong đó F = x/y m2

x: Diện tích của thiết bị hay kết cấu song song với hớng di chuyển

y: Diện tích của thiết bị hay kết cấu thẳng góc hớng di chuyển cổng

a Tải trọng gió theo hớng di chuyển cổng trục:

*Tải trọng gió phân bố đối với dầm chính và vật nâng

WgIIc = 1,4.250.8 = 2800 N qgIIcđ =WgIIcđ/ 10 = 280N/m

WgIIIc = 1,4.50.8 = 600 N qgIIIcđ= WgIIIcđ/10= 60N/m

b.Tải trọng gió thẳng góc với phơng di chuyển cổng trục

*Tải trọng gió phân bố đối với dầm chính và vật nâng

WgIc = 1,4.150 5 = 1050 N qgIc = WgIc / 10 = 105N/m

WgIIc = 1,4.250 5= 1750 N qgIIc =WgIIc/ 10 = 175N/m

WgIIIc = 1,4.50 5 = 350 N qgIIIc= WgIIIc/10= 35N/m

III.3.4 Tải trọng quán tính

- Khi hãm pa lăng, lực quán tính sinh ra do trọng lợng pa lăng và tải trọngnâng, lực quán tính này tác dụng trên đỉnh pa lăng theo phơng của đờng ray

10



Với v – Tốc độ di chuyển cổng trục ; 32,5m/ph = 0,54 m/s

tp– Thời gian phanh cơ cấu di chuyển

Thời gian phanh tp xác định theo trị số nên dùng đối với gia tốc khiphanh jp :

tp = v j s

p

,

5 , 32

10

- Khi hãm cả cần trục, bản thân kết cấu cũng sinh ra lực quán tính

Pkc =Pkvd+Pkcc=

p

g t

t v G G

10



(TL6 /148) Với Gt - Trọng lợng bản thân kết cấu dầm chính

Gg – Trọng lợng bản thân kết cấu chân cổng

Pkc =

2 , 1

54 , 0 10

45250 70000

Trong đó lực quán tính sinh ra do trọng lợng bản thân kết cấu dầm chính sinh

ra sẽ phân bố đều trên suốt chiều dài của dầm với lực phân bố:

qqtd = 3150/ 25,6 = 123 N/m

Còn lực quán tính do trọng lợng bản thân chân cổng sinh ra Pkcc = 2036,5N

sẽ tác dụng lên các tiếp điểm của nó

chơng iv: kết cấu thép cổng trục

IV.1 Tải trọng và các tổ hợp tải trọng.

Kết cấu kim loại của các máy trục đợc tính theo hai trờng hợp phối hợp tảitrọng ( Trang 97 , TL4 )

Trờng hợp 1 : Xét tác dụng của toàn bộ các tải trọng không di động , tảitrọng di động ( các tải trọng chính ) Các tải trọng chính thờng tác dụngtrong mặt phẳng thẳng đứng

Trờng hợp 2 : Xét các loại tải trọng gồm tải trọng chính kể trên và các lựcquán tính ngang và tải trọng gió ở trạng thái làm việc Các tải trọng này làcác tải trọng phụ Các tải trọng phụ tác dụng trong mặt phẳng ngang của kếtcấu kim loại.

IV.1.1 Tải trọng cố định:

Tải trọng không di động do trọng lợng bản thân kết cấu kim loại, của cơ cấu

di chuyển, buồng lái, dàn điện

Vì có hiện tợng va đập trong quá trình máy trục di chuyển trên đờng ray

có mối nối nên tải trọng do trọng lợng bản thân của kết cấu kim loại, của sànlát, trục truyền cần phải tính đến ảnh hởng của hiện tợng này

Tải trọng không di động coi nh phân bố đều dọc chiều dài kết cấu có kể đến

hệ số điều chỉnh cán hiện tợng khi di chuyển máy trục ; khi vận tốc dichuyển v< 60m/ph lấy k1 = 1,0 và khi v  60m/ph lấy k=1,1(TL4/96)

P = Ppl + k2 Q

k2 = 1,2 : chế độ làm việc trung bình ( TL4/96 )

P = 7700 + 1,2 50000 = 67700 N