Tính toán thiết kế cơ cấu nâng cổng trục

Đóng điện cho động cơ, phanh điện thủy lực mở ra, động cơ quay truyềnchuyển động sang hộp giảm tốc, chuyển động từ hộp giảm tốc truyền sang tangcuốn cáp nhờ khớp nối, tang cuốn cáp quay

Tính toán thiết kế cơ cấu nâng cổng trục

2.1 Mô tả cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính toán gầu ngoạm

2.1.1 Cấu tạo của gầu ngoạm.

Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý và kết cấu gầu ngoạm 7 tấn

2.1.2 Nguyên lý làm việc của gầu ngoạm

Đóng điện cho động cơ, phanh điện thủy lực mở ra, động cơ quay truyềnchuyển động sang hộp giảm tốc, chuyển động từ hộp giảm tốc truyền sang tangcuốn cáp nhờ khớp nối, tang cuốn cáp quay kéo theo dây cáp chuyển động.Khi dây cáp trùng xuống ròng rọc di động sẽ chuyển động đi xuống do tựtrọng, khi đó cam nối giữa hai thân gầu trái và phải đẩy hai thân gầu ra và gầu sẽ

đợc mở rộng Khi kéo căng cáp thì ròng rọc di động sẽ chuyển động đi lên kéotheo hai thân gầu đóng và gầu đợc đóng vào.

2.1.3 Sơ đồ động học gầu ngoạm.

Hình 2-2 Sơ đồ động học gầu ngoạm

a Khi đóng b Khi mở tối đa

2.1.4 Kết cấu gầu ngoạm và tính toán.

a Kết cấu gầu ngoạm.

Gầu ngoạm đợc treo trên 4 dây cáp, 4 dây cáp đợc cuốn vào hai tang (mỗitang cuốn 2 dây) hai tang đợc đặt trong xe lăn bởi vậy gầu ngoạm sẽ đợc dichuyển cùng xe hàng Cấu tạo gầu ngoạm gồm thân gầu trái và phải, thanh dằngtrái và phải, palăng dẫn động, trong palăng gồm hệ thống ròng rọc di động vàròng rọc cố định, ròng rọc đi động sẽ chuyển động lên (xuống) theo cáp

b Tính toán gầu ngoạm

Lực kéo xà ngang bên dới lên (2) là :

P - lµ hiÖu suÊt pal¨ng

ip - lµ béi suÊt pal¨ng iP = 2

 - hiÖu suÊt bé truyÒn

Qg4 = 1,2 Qvl = 1,2 7 = 8,4 tÊnTräng lîng toµn bé.

Q1 = Qg1 + Qvl = 6,3 + 7 = 13,3 tÊnQ2 = Qg2 + Qvl = 7 + 7 = 14 tÊnQ3 = Qg3 + Qvl = 7,7 + 7 = 14,7 tÊnQ4 = Qg4 + Qvl = 8,4 + 7 = 15,4 tÊnLùc c¨ng S trªn 01 nh¸nh c¸p

- Lùc P t¸c dông lªn thanh d»ng nèi gi÷a xµ ngang trªn (1) víi måm ngo¹m

GB = Gngang trªn = 0,3 QgGB1 = 0,3 Qg1 = 0,3 63 = 18,9 KN = 18900 NGB2 = 0,3 Qg2 = 0,3 70 = 21 KN = 21000 N

GB3 = 0,3 Qg3 = 0,3 77 = 23,1 KN = 23100 NGB4 = 0,3 Qg4 = 0,3 84 = 25,2 KN = 25200 N

 = = = 28020’cos  = 0,88Thay vào (2) ta có lực tác dụng lên thanh dằng nối giữa xà ngang với mồmngoạm

V - lực cản xúc mồm gầu vào đống vật liệu

47 , 4

0 , 619=76 ,57 KN

R2= V2sin α =

49 ,9

0 , 619=80 , 6 KN

R3= V3sin α =

52 , 4

0 , 619=84 , 6 KN

R4= V4sin α =

N dc 2= S2v

1000.η=

40200 0 ,58 1000.0 ,87 =26,8 KW

2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính toán cơ cấu nâng cổng trục 7 tấn.

Cơ cấu nâng đợc lắp trên xe hàng, xe hàng đợc di chuyển dọc trên 2 dầmchủ của cổng trục

- Gầu ngoạm ( kiểu 4 dây tự hành)

+ Nguyên lý làm việc của cơ cấu nâng

Đóng điện cho cơ cấu nâng hạ hoạt động, phanh điện thủy lực mở ra độngcơ quay, chuyển động đợc truyền từ động cơ vào hộp giảm tốc thông qua bộkhớp nối, chuyển động từ hộp giảm tốc sang tang cuốn cáp nhờ bộ khớp nối trục

đàn hồi, tang cuốn cáp quay kéo theo cáp chuyển động lên (xuống) gầu sẽ đợcnâng (hạ) tùy ngời điều khiển

2.2.1 Sơ đồ động học cơ cấu nâng cổng trục 7 tấn.

Hình 2-6 Sơ đồ động học hai tang nâng của cơ cấu nâng tải

Cổng trục 7 tấn đợc thiết kế làm việc ở bến cảng, có khẩu độ L = 40(m),tốc độ nâng vn = 35 (m/ph), sức nâng 7 tấn, chiều cao nâng 12,5 (m), CĐ = 40%

Điều kiện môi trờng làm việc :

- Gió : - Tốc độ gió tối đa khi làm việc 16 m/s

- Tốc độ gió tính toán khi có gió bão 40 m/s

- Độ ẩm tơng đối : 100%

- nhiệt độ ngoài trời 00  450C

2.2.2.1 Bội suất palăng cơ cấu nâng Chế độ làm việc cơ cấu nâng.

a Bội suất palăng cơ cấu nâng.

Bội suất palăng là thông số đặc trng của palăng Bội suất palăng bằng tỷ sốnhánh treo vật nâng trên số nhánh cáp cuốn vào tang

Chế độ làm việc của cơ cấu nâng đợc đặc trng bằng các chỉ tiêu sau :

+ Cờng độ làm việc

CĐ % = 100

t – Thời gian khởi động và chạy máy trong một chu kỳ ph

T – Tổng thời gian trong một chu kỳ làm việc của máy, bao gồm : Thời giankhởi động và chạy máy, thời gian chất tải, thời gian dỡ tải ph

K0 = = 0,85

+ Số lần mở máy trong một giờ chế độ làm việc 240 lần/giờ

Theo bảng “Các định mức chế độ làm việc” Chế độ làm việc của máy nâng

ở chế độ nặng

2.2.2.2 Tính toán chọn cáp.

Dây cáp là một loại dây dẻo thông dụng trong công nghiệp nặng, có nhiềuloại khác nhau để dùng trong nhiều hoàn cảnh khác nhau và tơng ứng với nhiềuchế độ tải trọng khác nhau

Chọn cáp thép đợc bện từ các sợi kim loại đã đợc chuốt sẵn Các sợi kimloại này sau khi chuốt đã đợc lăn ép bề mặt để đạt giới hạn bền từ 1400  2000N/mm2, tăng gấp 2  3 lần độ bền của các sợi thép bình thờng cùng loại vật liệu

a Chọn cáp.

Với sức nâng 7 tấn, chế độ làm việc chọn loại cáp bên kép theo hớng bệnthuận với các đặc điểm :

Vì gầu ngoạm đợc treo trên 4 đầu sợi cáp nên chọn loại cáp bện thuận sẽthuận tiện và hiệu quả hơn cáp bện chéo và không có khả năng tự quay khi nhấcgầu khỏi mặt đất.

Hình 2-7 Cáp bện theo hớng thuận ЛKO-6x19(1+6)

c Tính toán cáp.

Trong quá trình làm việc từng phần của các sợi thép của cáp có những loạiứng suất khác nhau :

kéo, nén, uốn, xoắn, nghĩa là chúng chịu một trạng thái căng rất phức tạp

Tính toán lựa chọn dây cáp có thể dùng công thức về hệ số dự trữ độ bềntheo quan hệ lực kéo đứt cáp trên lực căng tối đa

n > = [n]

Trong đó :

n - Hệ số dự trữ độ bền

Sđ - Lực kéo đứt dây cáp N

S - Lực căng suất hiện trong dây cáp N

[n] - Hệ số dự tr độ bền cho phép

Chế độ làm việc nặng [n] = 5,5

Sđ = S [n]

Sđ1 = S1 [n] = 38200 5,5 = 210100 NSđ2 = S2 [n] = 40200.5,5 = 221100 NSđ3 = S3 [n] = 42200 5,5 = 232100 NSđ4 = S4[n] = 44200.5,5 = 243100 N

Theo bảng lựa chọn loại cáp [Atlát máy nâng chuyển] chọn Cáp có lực kéo

đứt gần đúng với lực kéo đứt tính toán

Lựa chọn loại cáp bện đôi kiểu ЛKO – 6 x19 ( 1 + 6 ) = 114 Với cácthông số :

- Khối lợng 1000 m cáp đã bôi trơn qcáp = 1635 (kg)

- Diện tích tính toán của mặt cắt tất cả các sợi F = 167,03

- Đờng kính cáp dc = 21 mm

- Độ bền giới hạn của thép b = 1800 N/mm2

2.2.2.3 Tính toán tang cuốn cáp

Tang trong cơ cấu nâng dùng để biến đổi chuyển động quay của động cơthành chuyển động tịnh tiến để nâng hay hạ vật nâng

Chiều cao nâng hàng 12,5 m tơng đối lớn chọn tang trụ kép có cắt rãnh đểcuốn một lớp cáp Nhờ có cắt rãnh mà tăng đợc mặt tiếp xúc giữa cáp và tang,

do đó giảm đợc áp suất giữa cáp và tang Tang có rãnh đảm bảo cho dây cáptuần tự lần lợt cuốn theo rãnh, không bị chồng chéo lên nhau, không bị kẹt cáptrong quá trình làm việc và nhờ có khoảng hở giữa các vòng cáp nên không có

sự chà xát giữa các vòng khi cuốn và khi nhả Cáp dùng đợc lâu hơn và bền hơn.Rãnh cáp đợc chọn theo quy chuẩn thờng R = 0,6 dc

( dc là đờng kính cáp)

R = 0,6 21 = 12,6 mm

Hình 2-8 Mặt cắt thành tang rãnh xoắn

a Tính chọn tang.

Bớc cắt rãnh t

t = dc + (2  3) mm

t1 = 21 + 2 = 23 mmt2 = 21 + 3 = 24 mm

b Kích thớc hình học của tang.

Chiều dài toàn bộ tang

L = 2 L0 + 2 L1+ 2 L2 + L3 mm

Trong đó :

L0 – Chiều dài phần tang để cuốn cáp làm việc mm

L1 – Chiều dài phần tang để cặp đầu cáp mm

L2- Chiều rộng của thành tang mm

L3- Chiều dài đoạn giữa không cắt rãnh của tang trụ kép mm

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên phần tang

L4 – Khoảng cách giữa hai ròng rọc của ổ treo L4 = 300 mm

hmin – Khoảng cách an toàn ngắn nhất giữa trục tang và vị trí đi lên caonhất của ổ treo hmin = 800 mm

 - Góc nghiêng cho phép dây cáp từ ròng rọc ở vị trí cao nhất khi cuốn lêntang có rãnh tg  = 0,07

Thay vào :

L3 = L4- 2 hmin tg = 300 – 2 800 0,07 = 118 mmThay L0, L1, L2, L3 vào ta đợc chiều dài toàn bộ tang

L = 2 L0+ 2 L1 + 2 L2 + L3

L = 2 437 + 2 69 + 2 20 + 188 = 1240 mmChiều dầy thành tang

Chiều dầy thành tang đợc xác định xuất phát từ điều kiện bền Khi làm việcthành tang chịu các ứng suất nén, uốn và xoắn trong đó chủ yếu là ứng

Tang đợc chế tạo bằng thép CT3 có [n] = 180 N/mm2, hệ số dự trữ độ bền n

=6

σ n=k ϕ S

δ t ≤[σ n]Trong đó :

k - Hệ số phụ thuộc vào số lớp cáp trên, tang cuốn 1 lớp k = 1

 - Hệ số giảm ứng suất phụ thuộc vào loại vật liệu

Tỷ số bộ truyền động

i0=n dc n

N= M dc n dc

9550 KWTrong đó :

Căn cứ vào bảng chọn động cơ kiểu MTKF 412 – 6, CĐ = 40%

Công suất động cơ N = 30 KW

Số vòng quay n = 935 v/ph

2.2.2.5 Kiểm tra mô men phanh cơ cấu nâng.

Mô men phanh cơ cấu nâng dùng để treo vật nâng khi dừng và điều chỉnhtốc độ rơi vật nâng khi hạ tải Phanh trang bị trên cơ cấu nâng gồm : Phanh dừng(phanh an toàn), phanh thả (phanh điều chỉnh tốc độ) Phanh đợc trang bị trêntrục động cơ nên có mô men phanh nhỏ, kết cấu cụm phanh nhỏ gọn

Tính toán mô men phanh cơ cấu nâng

(GiD2 i)1 – Mô men đà do động cơ

(GiD2 i)1 = (GiD 2 i)roto + (GiD 2 i)kn = 10,8 + 1,29 = 12,09 Nmm 2

Mp = M’ t + M ’ ® + M ’’ ® Mp1 = M’ t1 + M ’ ®1 + M ’’ ® = 381 + 7,6 +23,4 = 412 NmMp2 = M’ t2 + M ’ ®2 + M ’’ ® = 401 + 8 + 23,4 = 423 NmMp3 = M’ t3 + M ’ ®3 + M ’’ ® = 420 + 8,45 + 23,4 = 425 NmMp4 = M’ t4 + M ’ ®4 + M ’’ ® = 441 + 8,85 + 23,4 = 473 NmM« men phanh MP = 412  473 Nm Chän phanh cã m« men phanh tháa m·n

Hình 2-9 b, Phanh điện từ kiểu TKT

2.2.2.6 Bộ truyền động.

Theo tốc độ nâng vn = 35 m/ph, tốc độ vòng quay n =935 v/ph

Chọn hộp giảm tốc 2 cấp PM – 350 với các đặc tính kỹ thuật

Hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp

Tỷ số truyền i0 = 40,17

Kiểu lắp : Trục ra và trục vào quay về một phía

Phơng án thực hiện hộp giảm tốc

Hình 2-10 Sơ đồ hộp giảm tốc

T – Trục có số vòng quay thấp (trục ra của hộp giảm tốc)

C – Trục có số vòng quay cao (trục vào của hộp giảm tốc)

Hộp giảm tốc này có tỷ số truyền 39 so với tỷ số truyền dự kiến i0 = 40,17 sẽ cósai số

δ=(40, 17−39)

Sai số này nằm trong giới hạn sai số cho phép điều kiện kỹ thuật

2.2.2.7 Kiểm tra mô men khởi động của cơ cấu nâng.

Động cơ điện cơ cấu nâng đợc chọn theo công suất khi chuyển động ổn

định với tốc độ nâng không đổi vn = 35 m/ph Trong thời kỳ khởi động máyngoài việc nâng vật, động cơ còn phải tiêu hao năng lợng để tạo gia tốc cho vậtnâng và các chi tiết trong cơ cấu vì trớc đó chúng ở trạng thái tĩnh Nh vậy trongthời kỳ mở máy động cơ điện phải tạo ra mô men

Mm = Mt + Mđ = Mt + M’ đ + M ’’ đ

Mt - Mô men tĩnh dùng để khắc phục trọng lợng vật nâng

Mđ’ - Mô men động để tạo gia tốc cho vật nâng trong thời gian khởi động

M’’ đ - Mô men động để tạo gia tốc cho các chi tiết quay của cơ cấu nâng tải Mô men tĩnh do hoán vị mô men tang về trục động cơ Mt

0 – Hiệu suất bộ truyền động

 - Hiệu suất chung của cơ cấu nâng

M T 2= Q2 D

2 i p i0 η=

140000 0 , 465 2.2.40 ,17.0 ,85=476 ,6 Nm

M T 3= Q3 D

2 i p i0.η=

147000 0, 465 2.2 40,17.0 ,85=500 Nm

M T 4= Q1.D

2.i p i0.η=

154000.0,465 2.2 40 ,17 0 ,85=524 ,3 Nm

Mô men động để tạo gia tốc cho vật nâng trong thời gian khởi động máy

(GiD2 i)1 = (GiD 2 i)roto + (GiD 2 i)kn + (GiD 2 i)p

(GiD2 i)1 – Mô men đà trên trục động cơ.

(GiD2 i)roto – Mô men đà do rô to động cơ

(GiD2 i)kn – Mô men đà do khớp nối.

(GiD2 i)p – Mô men đà do bánh phanh gây ra.

Mm = Mt + M’ đ + M ’’

đMm1 = Mt1 + M’ đ1 + M ’’ đ2 = 452,8 + 8,7 + 189 = 650 NmMm2 = Mt2 + M’ đ2 + M ’’ đ2 = 476,6 + 9,17 + 189 = 674 NmMm3 = Mt3 + M’ đ3 + M ’’ đ3 = 500 + 9,63 + 189 = 697 NmMm4 = Mt4 + M’ đ4 + M ’’ đ4 = 524,3 + 10 + 189 = 723 NmMô men khởi động thực tế lớn hơn mô men tính toán lý thuyết khoảng 33%

Mm max = 1,33 Mm

Mm1max = 1,33 Mm1 = 1,33 650 = 865 Nm Mm2 max = 1,33 Mm2 = 1,33 674 = 896 NmMm3 max = 1,33 Mm3 = 1,33 697 = 927 NmMm4 max = 1,33 Mm4 = 1,33 723 = 962 Nm

Hệ số quá tải của động cơ trong thời kỳ khởi động

ϕ= M m max

M dn ≤[ϕ ]

[] – Hệ số quá tải cho phép của động cơ [] = 3,27

Mô men danh nghĩa của động cơ

Ca bin đợc kết cấu bằng thép định hình, tại nơi cần thiết làm bằng inốc,mặt trong có tờng bằng gỗ phủ pocmica, sàn trải thảm đệm toàn bộ ca bin đợcbảo ôn cách nhiệt, bên trong có quạt trống nóng, hệ thống đèn báo, bảng hiển thịchỉ dẫn và các cơ cấu điều khiển

a Trang thiết bị điện cung cấp và điều khiển

Trang thiết bị điện cung cấp và điều khiển sử dụng đóng cắt không tiếp điểm(Thyristor) – PLC đây là hệ thống điều khiển tiên tiến có nhiều u điểm nổi bật :

- Không xẩy ra hiện tợng đánh lửa khi chuyển đổi trạng thái nên độ ổn địnhcao.

- Tần số đóng cắt lớn, điều này rất phù hợp với đặc tính truyền động trongthiết bị nâng

- Hoạt động tin cậy trong điều kiện điện áp không ổn định

- Hệ thống điều khiển tập trung tâm PLC đợc cài đặt chơng trình có khốngchế giúp cho chuyển đổi các thông số rất êm, tránh h hỏng về cơ khí

b Cấp điện

- Cấp điện cho cầu trục :

Nguồn điện cấp AC 380, 50 Hz, 3 pha

- Cấp điện cho xe hàng :

Cáp mắc theo kiểu tràng hoa và pu ly con lăn treo cáp đợc mắc trên thanhray

- Cấp điện chiếu sáng : AC – 220 – 50 Hz

+ Hệ thống mạch điện động lực

Đờng cấp điện động lực đờng ray (đã có sẵn) Để lấy điện vào cổng trục sửdụng bộ con lăn bằng đồng  100, con lăn này đợc tỳ mềm vào phía dới đờnglinh đảm bảo độ tiếp xúc tối thiểu 200 mm2, lực ép tối thiểu 4,5 kg/cm2

Nguồn điện động lực trớc khi vào tủ động lực chính đợc đi qua cầu daocách ly để phục vụ cho sửa chữa Đóng cắt mạch điện chính của cổng trục bằngnút ấn tay có đèn báo hiệu công tắc tơ 300 A

Tất cả các mạch nhánh gồm : Mạch đóng mở gầu, nâng (hạ), di chuyển xelăn, di chuyển cổng trục cũng đợc đóng cắt độc lập bằng cách khởi động từ vàcác nút ấn tơng ứng Riêng mạch nhánh đợc đặt rơ le dòng điện để bảo vệ chocác động cơ tơng ứng

c Mạch điều khiển

Do thiết bị để đóng cắt mạch động lực là Thyristor nên mạch điều khiển làmạch tạo điện áp đóng mở tơng ứng với tính năng của Thyristo, cụ thể là : Tínhiệu điều khiển thông qua trang điều khiển đợc đa vào đầu vào PLC PLC nhậnlệnh này và đa tín hiệu ra tơng ứng với chơng trình đã cài đặt sẵn Tín hiệu ra đ-

ợc đa vào rơle trung gian để tác động vào mạch tạo điện áp đồng bộ để mởThyristor

d Mạch tín hiệu, bảo vệ và chiếu sáng

- Báo hiệu đóng cắt mạch của các mạch chính, mạch nhánh bằng đèn báotại nút ấn tơng ứng (đèn xanh : đã sẵn sàng, đèn đỏ : cắt)

- Báo hiệu chuẩn bị hoạt động bằng chuông

+ Mạch bảo vệ

- Bảo vệ mất pha, lệc pha bằng rơ le bảo vệ pha

- Bảo vệ quá dòng bằng rơ le đóng điện

- Bảo vệ các sự cố bất bình thờng khi thao tác sai bằng các cài đặt chế độtrên PLC

- Bảo vệ quá hành trình bằng công tắc hành trình tơng ứng

+ Mạch chiếu sáng

- Chiếu sáng làm việc bằng 02 đèn pha 500 V

- Chiếu sáng sửa chữa bằng các bóng đèn lu động 20  500 W

- Chiếu sáng ca bin bằng đèn trần

e Điều khiển

- Muốn nâng hạ hay đóng mở gầu ngoạm thì dùng tay gạt TKT1 và TKT2

- Muốn di chuyển xe lăn và di chuyển cầu lăn thì dùng tay gạt KTK3,KTK4

- Muốn dừng chuyển động thì đa tay gạt về vị trí 0 Muốn dừng hẳn làmviệc thì ấn nút stop (mầu đỏ)

2.2.2.9 Các thông số kỹ thuật của cơ cấu nâng.

Phanh điện thuỷ lực

Phanh điện từ

TKG – 300TKT – 300

kiểu đàn hồi

Kết luận :

Cờng độ làm việc CĐ = 40%, công suất động cơ đã tính toán và lựa chọn thỏa mản yêu cầu chất (dỡ), nâng (hạ) tải và phù hợp với công suất hai động cơ lắp đặt trên xe lăn cổng trục 7 tấn tại Cảng Cửa Ông Vấn đề tính toán cơ cấu nâng cổng trục đã tờng minh.