Thiết kế cầu trục 5 tấn

Cầu trục là một sản phẩm cơ khí rất thông dụng, được sử dụng rất phổ biến trong hầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng chuyển vật có trọng lượng từ nhỏ đến rất lớn.. Chương 1 :

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CẦU TRỤC 5 TẤN

Người hướng dẫn: ThS LƯU ĐỨC HÒA

Người duyệt: ThS NGUYỄN THANH VIỆT Sinh viên thực hiện: ĐƯỜNG NHÂN TÍN

Số thẻ sinh viên: 101140121

Lớp: 14C1B

Đà Nẵng, 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa ở nước ta hiện nay, ngành cơ khí đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống sản xuất Cơ khí giúp chế tạo các loại máy móc để phục vụ trong quá trình sản xuất của các ngành công nghiệp, chế tạo

ra các loại máy móc để phục vụ đời sống hằng này của người dân Cung cấp các thiết bị hiện đại để đáp ứng các như cầu đời sống của con người

Cầu trục là một sản phẩm cơ khí rất thông dụng, được sử dụng rất phổ biến trong hầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng chuyển vật có trọng lượng

từ nhỏ đến rất lớn Chính vì sự quan trọng của cầu trục trong nền kinh tế, em đã được thầy Th.S Lưu Đức Hòa đồng ý với đề tài làm Đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế cầu trục 5 tấn ”

Đề tài “ Thiết kế cầu trục 5 tấn ” bao gồm 7 chương:

• Chương 1: Giới thiệu chung về máy nâng chuyển

• Chương 2: Tính toán thiết kế cơ cấu nâng

• Chương 3: Tính toán thiết kế xe lăn

• Chương 4: Tính toán thiết kế xe cầu

• Chương 5: Thiết kế hệ thống dầm chính

• Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển

• Chương 7: An toàn vận hành và bảo dưỡng máy

Sau khi hoàn thành Đồ án tốt nghiệp dưới sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Lưu Đức Hòa đã giúp em củng cố vững vàng kiến thức đã học suốt năm năm qua Vì kiến thức hạn hẹp nên còn nhiều thiếu sót, em mong nhận được nhiều đóng góp ý kiến của thầy để có thể thực hiện tốt hơn

Đà Nẵng, Ngày 30 tháng 5 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Đường Nhân Tín

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 4

1.1Các định nghĩa và thực trạng hiện nay 4

1.1.1 Các định nghĩa 4

1.1.2 Thực trạng hiện nay 4

1.2 Phân loại máy nâng chuyển 4

1.2.1 Căn cứ vào chuyển động chính 4

1.2.2 Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc 8

1.3 Các thông số cơ bản của máy nâng 14

1.3.1 Tải trọng nâng và tải trọng tính toán 14

1.3.2 Các thông số hình học 14

1.3.3 Các thông số động học 15

Chương 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG 16

2.1 Lựa chọn phương án dẫn động 16

2.1.1 Phương án 1 16

2.1.2 Phương án 2 16

2.1.3 Phương án 3 17

2.2 Tính toán cơ cấu nâng 17

2.2.1 Chọn loại dây 18

2.2.2 Palang giảm lực 18

2.2.3 Kích thước dây 19

2.2.4 Tính các kích thước của tang và ròng rọc 19

2.2.5 Chọn động cơ điện 20

2.2.6 Tỉ số truyền chung 21

2.2.7 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy 21

2.2.8 Tính và chọn phanh 24

2.2.9 Hệ thống truyền động cầu trục 26

2.2.10 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng 43

Chương 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XE LĂN 46

3.1 Lựa chọn phương án dẫn động 46

3.1.1 Phương án 1 46

3.1.2 Phương án 2 46

3.1.3 Phương án 3 47

3.2 Tính toán cơ cấu di chuyển xe lăn 47

3.2.1 Chọn bánh xe và ray 47

3.2.2 Tải trọng lên bánh xe 47

3.2.3 Động cơ điện 49

3.2.4 Tỷ số truyền chung 50

3.2.5 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy 50

3.2.6 Phanh 51

3.2.7 Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển xe lăn 51

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XE CẦU 57

4.1 Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu 57

4.1.1 Phướng án 1 57

4.1.2 Phương án 2 57

4.1.3 Phương án 3 58

4.2 Tính toán cơ cấu di chuyển xe cầu 58

4.2.1 Bánh xe và ray 58

4.2.2 Động cơ điện 60

4.2.3 Tỷ số truyền chung 61

4.2.4 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy 61

4.2.5 Phanh 62

Chương 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẦM CHÍNH 63

5.1 Lựa chọn kết cấu dầm 63

5.1.1 Phương án 1: Hai dầm kết cấu dạng hộp 63

5.1.2 Phương án 2: kết cấu 2 dầm kiểu giàn 63

5.1.3 Phương án 3: kết cấu loại một dầm 63

5.2 Tính kết cấu kim loại 64

5.2.1 Tính tải trọng 64

5.2.2 Xác định kích thước tiết diện của dầm chính 65

5.2.3 Ứng suất ở tiết diện giữa dầm chính 67

5.2.4 Tính tiết diện gối tựa của dầm chính 70

5.2.5 Tính độ bền của ray dưới xe lăn 71

5.2.6 Tính mối ghép hàn 71

5.2.7 Tính dầm cuối 73

5.2.8 Tính dầm đặt ray di chuyển cầu 75

Chương 6 : THIẾT KẾ HỆ THÔNG ĐIỀU KHIỂN 77

6.1 Yêu cầu về hệ thông điều khiển 77

6.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển 77

Chương 7 : AN TOÀN VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 79

7.1 An toàn vận hành 79

7.2 Bảo dưỡng máy 79

7.2.1 Bảo dưỡng cầu trục hằng ngày 79

7.2.2 Bảo dưỡng cầu trục định kì 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN

1.1 Các định nghĩa và thực trạng hiện nay

1.1.1 Các định nghĩa

a/ Máy nâng chuyển là thiết bị dùng để thay đổi vị trí của đồi tượng nhờ thiết bị

mang vật trực tiêp như móc treo, hoặc thiết bị gian tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng tải,…

b/ Máy trục là một loại máy nâng và vận chuyển, một trong những phương tiện quan trọng của việc cơ giới hoá các quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp

và xây dựng

1.1.2 Thực trạng hiện nay

Ở các nước tiên tiến, ngành máy nâng chuyển là một ngành công nghiệp phát triển cao, về thiết bị nâng chuyển của các máy trục Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp, luôn mong muốn nâng cao năng suất lao động, do vậy phải phát triển không ngừng cải tiến kỹ thuật máy nâng và vận chuyển

Trong ngành công nghiệp mỏ thì cần có các loại thang tải, xe kíp băng tải …

Trong ngành luyện kim có những cần trục nặng phục vụ kho chứa quặng và nhiên liệu…

Máy nâng và vận chuyển phục vụ nhà ở, những nhà công cộng, các cửa hiệu lớn và các ga tàu điện ngầm như thang máy, trong đó có thang điện cao tốc cho các nhà cao tầng, buồng chở người và thang điện liên tục.Trong các siêu thị người ta dùng rất nhiều các cầu thang cuốn…

Trong nhà máy hay phân xưởng cơ khí thì người ta trang bị nhiều máy nâng chuyển di động như cần trục, cầu trục, cổng trục dùng điện hay khí nén, thuỷ lực năng suất cao để di chuyển các chi tiết máy hoặc máy…

Ngành máy nâng và vận chuyển hiện đại đang thực hiện rộng rãi việc cơ giới hoá quá trình vận chuyển trong các ngành công nghiệp và kinh tế quốc dân Sự phát triển của kỹ thuật nâng – vận chuyển phải theo cải tiến các máy móc, tinh xảo hơn, giảm nhẹ trọng lượng, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sử dụng, tăng mức sản xuất, đơn giản hoá và tự động hoá việc điều khiển và chế tạo những máy mới nhiều hiệu quả để thoả mãn yêu cầu ngày một tăng của nền kinh tế quốc dân

Ở nước ta, máy nâng và vận chuyển cũng đã sử dụng rộng rãi trong một số ngành như xếp dỡ hàng hoá ở các bến cảng nhà ga và đường sắt Trong công nghiệp xây dựng nhà ở, trong các nhà máy luyện kim và lâm nghiệp, xây dựng công nghiệp và quốc phòng Trong tình hình kinh tế phát triển như hiện nay, máy nâng và vận chuyển ngày càng trở thành nhu cầu cấp bách do nhu cầu sản xuất ngày càng cao

1.2 Phân loại máy nâng chuyển

1.2.1 Căn cứ vào chuyển động chính

Chia làm hai loại:

a/ Máy nâng:

Hình 1.1- Cổng trục

- Đặc điểm làm việc: chủ yếu phục vụ các quá trình nâng vật thể khối Đặc điểm

làm việc các cơ cấu của máy nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp lại và có thời gian dừng

Chuyển động chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, ngoài ra còn

có một số chuyển động khác để dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển

động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang

(nâng hạ cần) Bằng sự phối hợp các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến

bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó

- Công dụng: máy nâng dùng để vận chuyển vật liệu xây dựng và các cấu kiện

lên cao, lắp ráp các cấu kiện trong xây dựng, xếp đỡ, vận chuyển hàng hóa tại các

kho bãi sản xuất, trong các nhà xưởng, nha ga, bến cảng, mấy nâng còn được thiết

kế chuyên dùng để vận chuyển người lên cao

- Phân loại: trong xây dựng, trọng lượng vật cần nâng có thể từ vài chục kg đến

vài trăm tấn, độ cao nâng từ vài cm đến vài trăm mét Để áp dụng vùng thông số rộng như vậy, máy nâng có rất nhiều loại

Dựa vào kết cấu chung của máy, có thể chia máy nâng thành 4 nhóm sau:

+ Máy nâng đơn giản: chỉ cần một cơ cấu nâng, kết cấu máy đơn giản, làm việc độc lập, dễ di dời đến nới làm việc mới, khi làm việc máy thường đẩy hoặc kéo vật theo một phương Nhóm này có các loại như sau: kích, palang xích, palang điện, tời

Hình 1.2 - Palang + Máy nâng kiểu cần: còn được gọi là cần trục, đặc điểm chung của nhóm này là

bộ phân cần Vị trí của vật được xác định với R góc quay trong mặt phẳng ngang và

độ cao z Nhóm máy này có các loại như cần trục tháp, cần trục tự hành, cần trục thiếu nhi,…

Hình 1.3- Cần trục tháp

+ Máy nâng kiểu cầu: có kết cấu dạng một nhịp cầu Với vị trí của vậy được xác định theo hệ tọa độ đề các( x,y,z) tức di chuyển theo ba phương vuông góc để xác định vị trí Nhóm này có các loại như cầu trục, cổng trục, bán cổng trục, thiết bị nâng hạ kiểu dây treo

Hình 1.4- Cầu trục + Máy nâng kiểu cột: có kết cấu máy dạng cột là giàn thép hay khung thép đặt

thẳng đứng, vật được nâng hạ dọc theo cột Nhóm này có các loại như thang máy,

xe nâng hàng,…

Hình 1.5- Xe nâng hàng

a Máy vận chuyển liên tục: Vật nặng được vận chuyển thành một

dòng liên tục, theo tuyến nhất định Khi làm việc, quá trình vận chuyển, chất và dỡ tải được tiến hành một cách đồng thời Máy vận chuyển liên tục phục vụ các quá trình chuyển vật liệu vụn, rời trong một phạm vi không lớn Gồm các loại băng gầu, băng tải, máy xúc liên tục, xích tải, vít chuyển…

Hình 1.6- Máy vận chuyển liên tục

1.2.2 Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc

a Cầu trục: là một loại thiết bị dùng để nâng, hạ, di chuyển hang hóa trong

nhà xưởng một cách đảm bảo và rất hiệu quả đối với quá trình bốc xếp hàng hóa Cầu trục được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế, đặc biệt là trong các nhà xưởng sản xuất công nghiệp như đóng tàu, luyện kim, gia công

cơ khí, thủy điện, nhiệt điện

- Ưu điểm của cầu trục: Cầu trục là một trong những thiết bị nâng hạ được sử

dụng nhiều nhất trong các nhà máy sản xuất công nhiệp, trong các công trình, dự án công nghiệp do tính linh hoạt và an toàn khi sử dụng của các sản phẩm cầu trục Ngoài ra, cầu trục có thể đáp ứng được nhu cầu nâng hạ vật có tải trọng rất nặng đến cả nghìn tấn mà không một thiết bị nâng hạ nào có thể đáp ứng được Tải trọng cầu trục đa dạng từ 500kg đến tối đa cả nghìn tấn

Hình 1.7- Cầu trục

- Cấu tạo cơ bản của cầu trục: về cơ bản, cầu trục gồm có:

+ Dầm chính cầu trục: được chế tạo từ thép tấm, thép cuộn hoặc tổ hợp từ các loại thép hình

+ Dầm biên cầu trục: Chế tạo từ thép và được tổ hợp với bánh xe, động cơ di chuyển

+ Palang nâng hạ: là thiết bị đồng bộ, thường được nhập khẩu từ nước ngoài Ở Việt Nam thường chỉ tổ hợp các loại pa lăng có tải trọng lớn, yêu cầu đặc biệt + Hệ thống cấp điện: đảm bảo cung cấp điện cho pa lăng và cho toàn bộ cầu trục

Hệ điện điều khiển được đấu nối song song với hệ điện động lực và tách rời khỏi hệ điện động lực

- Phân loại cầu trục:

+ Phân loại theo công dụng:

Cầu trục có công dụng chung: Chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, di

chuyển lắp ráp và sửa chữa máy móc

Cầu trục chuyên dùng: Được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim

với các thiết bị mang vật chuyên dùng và chế độ làm việc rất nặng

+ Phân loại theo cách dẫn động cơ cấu:

Cầu trục dẫn động bằng tay: Các cơ cấu được dẫn động bằng hệ thống tời kéo

tay (hệ thống đĩa xích kéo tay )

Cầu trục dẫn động bằng điện: Các cơ cấu được dẫn động cơ điện (Palăng ) + Phân loại theo kết cấu dầm:

Cầu trục dầm đơn: dầm cầu của cầu trục một dầm thường là dầm chữ I hoặc

dầm tổ hợp với các dầm thép tăng cứng cho dầm, cầu trục một dầm thường

dùng pa lăng điện chạy dọc theo dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển pa lăng

Cầu trục dầm đôi: Hay còn gọi là cầu trục 2 dầm

Cầu trục dầm kép: có các loại dầm hộp và dầm giàn không gian

Cầu trục dầm hộp

Cầu trục dầm giàn

+ Phân loại theo phạm vi phục vụ:

Cầu trục cho cầu cảng: Với sức nâng hàng hóa lớn

Cầu trục phòng nổ: Cho các nhà máy gas,khí, hầm lò than,

Cầu trục thủy điện: Phục vụ quá trình vận hành và làm việc khi lắp đặt sửa

chữa thay thế tua bin máy phát, trạm nguồn,

Cầu trục luyện kim: Cầu trục làm việc trong các phân xưởng luyện kim có

nhiệt độ rất cao

Cầu trục gầu ngoạm: Cầu trục có móc cẩu dạng gầu ngoạm chuyên dụng để

bốc vật liệu rời (than, cát )

Cầu trục mâm từ: Cầu trục có móc cẩu là các cụm nam châm điện chuyên

b Cổng trục: Cổng trục là một loại thiết bị chuyên dùng để nâng – hạ- di

chuyển hàng hóa ngoài bến bãi, nơi tập kết vật liệu Nó rất tiện dụng, và có hiệu quả cao trong quá trình bốc xếp hàng hóa với tải trọng từ 1 tấn – 1000 tấn, cổng trục di chuyển được nhờ hệ thống motor điện bố trí dưới hai chân cổng

- Ưu điểm:

+ Chiều cao nâng hạ không hạn chế

+ Tải trọng nâng hạ lớn, không phụ thuộc vào nhà xưởng có sẵn

+ Chi phí lắp đặt thấp hơn so với dùng xe nâng, xe cẩu

+ Ít xảy ra sự cố trong quá trình làm việc

+ Bảo hành, bảo dưỡng đơn giản

+ Thời gian gia công chế tạo nhanh

- Nhược điểm: Hệ thống đường ray chạy có thể ảnh hưởng đến quá trình làm việc

+ Cabin điều khiển

+ Thang leo

- Phân loại cổng trục:

+ Phân loại theo dầm chính:

Cổng trục dầm đơn: hay còn gọi là cổng trục một dầm, kết cấu thép của cổng

trục gồm một dầm chính liên kết với hai dầm biên ở hai đầu bằng bulong cường độ cao Trước kia thường dùng hộp hình chữ I làm dầm chính Hiện nay, với quy mô sản xuất lớn và công nghệ hiện đại người ta thường dùng dầm hộp được tổ hợp từ thép tấm CT3 Cổng trục một dầm đảm bảo hình dáng công nghiệp đẹp được sử dụng trong trường hợp khẩu độ dầm nhỏ, tải trọng nâng không lớn

Hình 1.8- Cổng trục dầm đơn

Cổng trục dầm đôi: là thiết bị nâng hạ hàng hóa có tải trọng lớn

Hình 1.9- Cổng trục dầm đôi

+ Phân loại cổng trục theo công dụng: có 2 loại

Cổng trục có công dụng chung: là loại thông dụng và phổ biến nhất, chuyên

dùng để xếp dỡ và vận chuyển hàng hóa, vật liệu rời kho bãi, bến cảng, nhà ga,… lọai này có tải trọng nâng từ 3.2 đến 10 tấn khẩu độ tầm 10m đến 40m, chiều cao nâng từ 7m đến 16m

Cổng trục chuyên dùng: loại này nâng vật có tải trọng cũng như chiều cao nâng

lớn

c Cần trục: được sử dụng rộng rãi để xếp dỡ hàng hóa cho các phương tiện

vận chuyển, nâng chuyển hàng hóa tại các kho bãi, nhà ga, bến cảng, ngoài

ra được dùng để lắp ráp các cấu kiện, hỗ trợ các máy thi công khác như thiết

bị máy đóng, ép cọc và máy khoan cọc nhồi

Công dụng: Được dùng để vận chuyển vật liệu xây dựng và các cấu kiện xây

dựng lên cao Cần trục tháp được lắp ráp từ các cấu kiện, trong các công trình xây dựng có độ cao lớn hơn, khối lượng công việc lớn và trong một thời gian thi công dài Thường được sử dụng để thi công nhà cao tầng, trụ cầu lớn, công trình thủy điện

Cấu tạo chung: gồm 2 phần:

Phần quay bố trí các cơ cấu công tác gồm: tời nâng vật, tời nâng cần, tời kéo xe con, cơ cấu quay, đối trọng, trang thiết bị điện và các thiết bị an toàn

Phần không quay có thể đặt cố định trên nền hoặc có khả năng di chuyển trên ray nhờ cơ cấu di chuyển

Tất cả các cơ cấu của cần trục đều được điều khiển từ cabin treo trên cao gần đỉnh tháp

Hình 1.10- Cần trục tháp

+ Cần trục ôtô:

Được chế tạo với tải trọng từ 4 đến 16 tấn

Loại này có các cơ cấu như: di chuyển, nâng hạ vật, nâng hạ cần, quay và có thể

thay đổi chiều dài cần Ngoài ra còn có cơ cấu điều khiển 4 chân tựa để tăng độ ổn định khi nâng chuyển vật

Hình 1.11- Cần trục ôtô + Cần trục bánh xích:

Có tải trọng nâng từ 25 đến 50 tấn ( có loại 250 tấn )

Chiều cao nâng lên tới 50m, chiều dài cần tới 40m

Vận tốc di chuyển tối đa có thể đạt được 1.5 đến 3.6 km/h

Cần trục bánh xích có độ ổn định lớn, có thể thay đổi khoảng cách giữa 2 dãy

xích, không cần sử dụng các chân chống khi nâng chuyển vật

Hình 1.12- Cần trục bánh xích

Ngoài ra còn có các cần trục buồm, cần trục chân đế và cần trục giàn được sử dụng tại các cảng sông biển Để nâng chuyển hàng trên sông biển, trục vớt tàu đắm, người ta còn cần trục nổi

1.3 Các thông số cơ bản của máy nâng

1.3.1 Tải trọng nâng và tải trọng tính toán

Các tải trọng dùng trong cơ sở thiết kế máy nâng gồm có:

a/ Tải trọng nâng danh nghĩa

Tải trọng nâng của máy nâng là trọng lượng danh nghĩa của vật nâng mà máy có thể nâng hạ được theo tính toán thiết kế

Trong đó: Qv – trọng lượng vật nâng, N;

Qmt – trọng lượng bộ phận mang tải, N

b/ Tải trọng từ trọng lượng bản thân máy

Trọng lượng bản thân máy bao gồm trọng lượng các cơ cấu, trọng lượng phần kết cấu thép và trọng lượng các chi tiết phụ trợ

c/ Tải trọng gió

Máy nâng có chiều cao lớn làm việc ngoài trời như cần trục cảng, cần trục xây dựng, phải tính tải trọng do gió gây nên Tải trọng gió cũng có tác động đến độ bền của các bộ phận và chi tiết máy nâng, độ ổn định của máy khi làm việc Cường độ tải trọng gió thay đổi theo chiều cao, theo cấp gió, theo thời tiết khí hậu của từng vùng và diện tích chắn gió của các bộ phận máy nâng

Khi tính toán kết cấu thép máy nâng, tải trọng gió được xét trong hai trường hợp:

- Máy nâng đang vận hành: Xác định áp lực gió lớn nhất mà máy nâng

có thể làm việc được

- Máy nâng không làm việc: Xác định áp lực gió lớn nhất tác dụng lên máy nâng để tính toán thiết kế bộ phận khoá hãm của máy trên đường ray d/ Tải trọng động

Là tải trọng xuất hiện khi máy hoạt động thực Để tính được tải trọng động, cần phải xây dựng mô hình bài toán động lực học máy nâng và giải phương trình chuyển động của cơ hệ đã lập được trên cơ sở quy về sơ đồ một, hai, ba hay nhiều khối lượng

1.3.3 Các thông số động học

b Vận tốc di chuyển: là tốc độ di chuyển danh nghĩa của máy nâng hoặc di

chuyển xe con trên máy nâng, ký hiệu Vd ( m/s ) hoặc ( m/ph ) Vận tốc

di chuyển phụ thuộc trọng lượng máy, tải trọng nâng, tính chất công việc và nhiều yếu tố khác

c Tốc độ quay: Đối với một số máy nâng như cần trục xây dựng, ôtô cẩu,

cần trục nổi… có bộ phận quay theo trục thẳng đứng nhằm di chuyển vật nâng đến các vị trí khác nhau xung quanh mình nó Tốc độ quay nq ( vg/ph ) thường chỉ lấy từ 1 ÷ 3,5 ( vg/ph) để tránh tải trọng quán tính lớn

Chương 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

2.1 Lựa chọn phương án dẫn động

Đặc điểm: Với kết cấu này động cơ truyền động đến hộp giảm tốc qua khớp nối

trục ra của hộp giảm tốc không trùng với trục tang, mà truyền qua bộ truyền bánh răng Kết cấu này thích hợp khi dùng palăng đơn Kết cấu này phức tạp nhiều chi tiết, tốn nhiều ổ, còn có bộ truyền ngoài không an toàn

2.1.2 Phương án 2

1 Động cơ điện

2 Khớp nối kết hợp phanh

3 Hộp giảm tốc

4 Tang

Đặc điểm: Với phương án này kết cấu nhỏ gọn Trục tang và hộp giảm tốc là một

nên khó chế tạo, lắp rắp và bảo dưỡng lục phân bố trên tang không ổn định làm ảnh hưởng đến hộp giảm tốc

Đặc điểm: Trường hợp này giống phương án 2 nhưng có thêm khớp nối, nên cố thể

khắc phục được một số nhược điểm của phương án trên như: Dễ chế tạo, lắp ghép, bảo dưỡng

Kết luận: với các ưu điểm trên nên ta chọn phương án 3 là phù hợp

2.2 Tính toán cơ cấu nâng

Các số liệu ban đầu:

2.2.1 Chọn loại dây

Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dây cho

cơ cấu là loại dây có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay

Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛK -P theo ГOCT 2588-55

có tiếp xúc đường giữa với các sợi thép các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được

sử dụng rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép có dưới hạn bền

1200÷2100(N/mm2) chọn cáp ЛK -P 6x19=114 (theo trang II) với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1500÷1600N/mm2

Hình 2.1- Sơ đồ nguyên lý Palăng

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật, xác định theo CT 2-19

98 , 0 ).

98 , 0 1 ( 2

) 98 , 0 1 ( 52100 ).

1 (

) 1 (

0 2 0

a = 2 : Bội suất của palăng

m = 2 : Số nhánh cáp cuốn lên tang

t = 0 : Vì số dây cáp trực tiếp cuốn lên tang không qua ròng rọc

chuyển hướng

Hiệu suất của palăng xác định theo công thức 2-21

13156 2 2

52100 max

.

=

S a m

Qo S

So p



2.2.3 Kích thước dây

Kích thước dây cáp được chọn dựa vào công thức 2-10 –[I]

Sd ≥ Smax.k = 13156.5,5 = 72398 (N)

Với k = 5,5 :Hệ số an toàn bền của cáp Bảng 2-2

Xuất phát từ điều kiên theo công thức (2-10) với loại dây đã chọn trên, với dưới hạn bền của sợi σb = 1600 N/mm2.Chọn đường kính dây cáp dc = 16,5 mm có lực kéo đứt là Sđ = 141500 , chọn dư theo lực kéo yêu cầu

2.2.4 Tính các kích thước của tang và ròng rọc

Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau : Dt = Dr = 400(mm)

Ròng rọc cân bằng không phải là rọc làm việc nên có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20%, so ròng rọc làm việc

Dc = 0,8 Dr = 0,8.400 = 320(mm)

b/ Chiều dài tang

Chiều dài tang phải được tính toán sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất trên vẫn còn ít nhất 1,5 vòng cáp dữ trữ, không kể những vòng cáp nằm trong kẹp

(quy định về an toàn )

Chiều dài toàn bộ của tang xác định theo công thức 2-14-[I] đối với trường hợp Palăng kép

L’= L0’+2L1+2L2+L3

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H = 5mm

và bội suất Palăng a = 2

L

l = H.a = 5.2 = 10 m

Số vòng cáp phải cuốn ở một nhánh: Theo công thức trang 174

)5,6.01,04,0(14,3

10)

+

=++

d D

L Z

c t

Khoảng cách L3 :ngăn cách giữa hai nữa cắt rãnh :

L3 = L4-2.hmin.tgα Theo trang 21

trong đó : L4 = 300(mm): khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng giữa hai ổ móc treo

hmin =800mm :khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang với trục các ròng rọc treo móc

tgα = 0,07:góc cho phép dây cáp chạy trên tang bị lệch so với phương thẳng đứng

n

.

. max





20 14

13516 8 , 0

Trông đó: Smax: Lực căng cáp lớn nhất ở nhánh cáp cuốn lên tang

σ: Chiều dầy thành tang ; t bước rãnh

k = 1: Hệ số phụ thuộc số lớp cáp cuốn lên tang Theo trang 22

φ = 0,8: Hệ số tính đến sự sắp xếp không đều của dây cáp trên tang

Tang được đúc bằng gang xám (CH15-32) có giới hạn bền nén là

σbn=565N/mm2 Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k=5

2

/ 113 5

565

mm N k

η = ηp.ηt.η0 = 0,87

ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng

ηt = 0,96 hiệu suất tang

η0 = 0,94 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối, xuất phát từ bảng số liệu bảng 1-9 –[I],với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ

87,0.1000.60

5,14.50000

1000.60

Tương ứng với chế độ trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện MT 51 -8 có các đặc tính sau đây

Công suất danh nghĩa : Ndc = 22( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 723 (vòng/phút)

Hệ số quá tải: max =3,0

dn

M M

Mô men vô lăng: (Gi.Di2)rôto = 44 Nm2

Khối lượng động cơ: mdc = 435 kg

14,3

2.5,14

0

=+

=

=

D

a v

2.2.7 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy

Hình 2.2- Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải cho trên hình với

Q1 = Q; Q2 = 0,5Q; Q3 = 0,3Q Và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng lượng

này là 3:1:1

Động cơ điện đã chọn các công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu

khi làm việc, do đó phải được kiểm tra về nhiệt

Để kiểm tra đựơc nhiệt động cơ, ta lần lượt xác định các thông số tính toán trong các thời kỳ làm việc khác nhau của cơ cấu

2.4165,0.13156

2

0

=

t i

m D

98 , 0 1 (

2

98 , 0 ).

98 , 0 1 (

52100 ).





= 12894 N f/ Momen trục động cơ khi hạ vật, theo công thức 2-80

i

m D S

5,32.2

88,0.2.4165,0.12894

2

(375

)

2

i a M M

n D Q M

M

n D G

t

n m n

m

i i n

G i D2i≈(GiDi2)rôto+GiDi2)khớp=44 + 20,55 = 64,55 Nm2

Với Momen vô lăng :(GiDi2)rôto = 44 Nm2

( GiDi2)khớp = 20,55 Nm2

(với d đường kính ngoài cùng của khớp nối và G trọng lượng của khớp nối

chọn sơ bộ d=300mm, trọng lượng của khớp nối là G=500N

D G

5 , 2 8 , 1 ( 2

Nm

n

N M

6 , 191 517 ( 375

723 4165 , 0 52600 )

6 , 191 517 (

375

723 71

2 2

5,14

(375

)

(375

)

(

2 0 2 1 2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G t

n m n

m

i i h

87 , 0 5 , 32 2 ).

4 , 145 517 ( 375

723 4165 , 0 52600 )

4 , 145 517 (

375

723 71

2 2

2

= +

+ +

Trên đây trình bày cách tính toán các thông số cho trường hợp Q1=Q

các trường hợp Q2; Q3 cũng tương tự, kết quả phép tính các thông số cho các trường hợp tải trọng khác nhau được ghi theo bảng dưới đây:

h m

5.605

M

2 2

3 , 0 23 , 0 21 , 0 3 34 , 0 46 , 0 49 , 0 3 10 7 , 20

) 7 , 47 6 , 75 4 , 145 3 62,9 99,7

191,6 3 ( 7 , 20

) 3 , 0 23 , 0 21 , 0 3 34 , 0 46 , 0 49 , 0 3 ( 517

2 2

2 2

2 2

2

+ + +

+ + +

+ +

+ +

+

+ + + +

+ +

Với: t m: tổng thời gian mở máy trong các thời kỳ làm việc với tải trọng khác nhau, s

Mt: momen cản tỉnh tương ứng với tải trọng nhất định trong thời gian chuyển động ổn định với tải trọng đó, Nm

tv: thời gian chuyển động với vận tốc ổn định khi làm việc với từng tải trọng

t: toàn bộ thời gian đông cơ làm việc trong một chu kỳ bao gồm thời gian làm việc trong các thời kỳ chuyển động ổn định và không ổn định, s

Mm momen mở máy của động cơ điện, Nm

Công suất trung bình của động cơ phát ra là: theo công thức 2-76 :

9550

723 154 9550

2.2.8 Tính và chọn phanh

Phanh dùng để hãm hoặc điều chỉnh tốc độ cơ cấu, triệt tiêu được động năng của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay Tất cả các cơ cấu máy trục đều phải dùng thiết bị phanh hãm, nhất là các cơ cấu làm việc vận tốc cao

Mà trong đó sự an toàn trong quá trình nâng hạ đều phụ thuộc vào hệ thống phanh,

do đó cơ cấu nâng của cầu trục phải trang bị thiết bị phanh hãm để đảm bảo độ an toàn Quá trình phanh được thực hiện bằng cách đưa vào cơ cấu lực cản phụ dưới dạng ma sát nảy sinh ra momen phanh

Phanh được dùng có thể có nhiều loại: phanh đai, phanh một má, phanh hai

má, phanh áp trục, phanh ly tâm … vvv… có thể phanh thường đóng hoặc thường

mở, ở đây ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng và được bố trí trên trục động cơ vì những lý do sau :

a/ Loại phanh này có kích thước nhỏ ngọn hơn các loại phanh khác

b/ Lực phanh tác dụng đối xứng lên trục đặt phanh

c/ Đảm bảo đóng mở nhịp nhàng giữa các má phanh với bánh phanh nên độ an toàn sẽ cao hơn cho cơ cấu nâng khi làm việc với tải trọng lớn

d/ Phanh thường đóng làm việc an toàn hơn phanh thường mở, khi có sự cố xảy ra thì phanh vẫn đóng vật nâng ở tư thế treo, không bị rơi đột ngột

Phanh được đặt trên trục động cơ nên:

Momen phanh được tính :

5,32.2.2

87,0.4165,0.52600.75,1

.2

D Q n

= 256,6 Nm Trong đó η hiệu suất cơ cấu nâng

n =1,75 hệ số an toàn, theo bảng 3- 2

D0: đường kính tang tính đến tâm cáp

Q0 : trọng tải và trọng lượng bộ phận

Hình 2.3- Phanh má điện từ

Trong đó: 1 Má phanh 2 Bánh phanh 3 Tay đòn phanh

4 Đai ốc điều chỉnh hành trình phanh 5 Lò xo phụ

6 Lò xo tạo phanh 7 Tay đòn cơ cấu tạo lực mở phanh

8 Nam châm điện 9 Vít hạn chế hành trình phanh

l M P

o

ph

1293 420

9 , 0 35 , 0 3 , 0

200 6 , 256

.

Khi mở phanh lò xo chính bị ép thêm một khoảng dẫn đến lực sẽ tăng lên

Giả thiết tăng 10% so với ban đầu, nghĩa cần có lực đẩy

P = 1,1.P = 1293.1, 1 = 1422,3 N

Chọn khoảng cách tay đòn a=60 mm

Nam châm này có thể phát lực đẩy:

= = 1422 , 3

a

M

vậy có thể chọn nam châm điện có các thông số đây:

Momen nam châm hút: Mn = 85,34 Nm

60

420050

3,

=+

+

Lực lò xo chính lớn nhất khi mở phanh có thể giả thiết lớn hơn 10% so với thường tức là Pcmax = 1,1.1542,3 = 1696,53 N

Áp lực má phanh lên bánh phanh

f D

M

N ph 2444

35 , 0 3 , 0

6 , 256

360



 D B

N

P =

Trong đó: B Chiều rộng bánh phanh, lấy B=80mm

β0 Góc ôm của má phanh lên bánh phanh, lấy β0=700

360

70.80.300.14,3

2444

360

Theo bảng: 2-10 áp suất cho phép [p] = 0,4 N/mm2

Khe hở lớn nhất giữa má phanh và bánh phanh xác định theo CT 2-35

với h1 và h2 là khe hở lớn nhất và bình thường của thanh lõi ngang phanh h1= 4mm;

h2 =2,5mm

420 2

200 4 2

Max

420.2

200.5,2.2

- theo sơ đồ 1, có một đầu trục vào và 2 đầu trục ra

- Công suất truyền được với CĐ25% Tương ứng với số vòng quay trục vào

P p N

o

D A

50000163000

70800.2.52,4

+

=++

Như vậy chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn: BK-475 có đặc tính:

+ Ba cấp bánh răng trụ thẳng đứng

+Tổng khoảng cách trục A = 475mm

+ Công suất truyền được với CĐ 25%, số vòng quay trục vào 1000 vòng/phút, N = 3,8 KW

c/ Bộ truyền cơ cấu nâng

Bộ truyền sẽ được thiết kế dưới dạng hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ, trục ra và trục vào quay về một phía

Các thông số cần thiết :

Số vòng quay trục vào: n1 = 723 vòng/phút

Động cơ dẫn động : N = 22 Kw

Tỉ số truyền chung của hộp là: i = 32,5

- Phân phối tỷ số truyền:

Trong trường hợp này động cơ nối trực tiếp với trục vào của hộp nên không thông qua bộ truyền ngoài

Gọi : icn tỷ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh

cc cn

i i

i i

2,1

5,32

*

Vậy tỷ số truyền được phân phối lại như sau:

6,116

cc

i n

(v/ph)

46,19.10.55,910

.55,

02,18.10.55,910

.55,

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn xác định theo công thức 3-4:

M M

để tính sức bền sử dụng trị số nhỏ [σ]tx=520 N/mm2

Ứng suất uốn cho phép :

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn

N 2 =60 . 

Trong đó :lấy m = 6: Bậc đường cong mỏi uốn (thép chế tạo là thép thường hoá và

tôi cải thiện )

vậy hệ số chu kỳ ứng suất uốn Kn của hai bánh đều bằng 1

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:

K n

u

.

).

6 , 1 4 , 1

1.344.5,1

mm N

1.301.5,1

mm N

Chọn sơ bộ hệ số tải trọng : k = 1,3

Chọn hệ số chiều rộng bánh răng :ψA = b/A = 0,4

Tính khoảng cách trục theo công thức 3-9:

A ≥ (icn+1).3  

2

2 6

10.05,1

n

N k

6,116.4,0

01,21.3,1.2,6.520

10.05,1

Tính vận tốc vòng bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo :

)/(15,3)12,6(1000.60

723.300.14,3.2)1(1000.60

21000

n A n

d

V

cn

=+

=+

=

Theo bảng 3-11 chọn cấp chính xác chế tạo là cấp 9

Xác định chính xác hệ số tải trọng :

.2

i

A d

cn

=+

=+

=

=> 1,8

3,83

3,17,1

3,1

7,1

Theo tiêu chuẩn bảng 3-1 lấy m = 4mm

Số răng bánh răng nhỏ theo công thức 3-24:

i m

A

)12,6(4

330.2)1(

.2

+

=+

1 , 21 45 , 1 10 1 , 19

.

10 1 , 19

2 6

1 2 1

6

1

b n Z m y

N k

1.344.5,1

mm N

Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :

)1(

10.05,1

n b

N k i i

/4,6216

,116.2,72

01,21.3,1.)12,6(.2,6.330

10.05,1

mm N

Vậy ứng suất tiếp xúc quá tải sinh ra nhỏ thua ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép của bánh nhỏ và bánh lớn là : (1300;1560) thoả mãn điều kiện

Kiểm nghiệm sức bền uốn :

Bánh 1:[σ]uqt1 = kqt σu = 1,3 40,3 = 52,39N/mm2

Bánh 2:[σ]uqt1 = kqt σu = 1,3 30,6 = 39,78 N/mm2

So sánh thấy : σuqt1 < [σ]uqt1 = 360 N/mm2

σuqt2 < [σ]uqt2 = 216 N/mm2

Thoả mãn điều kiện

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

277517

2

Định ứng suất tiếp xúc và ứng uốn cho phép:

Ứng suất tiếp xúc cho phép :

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn xác định theo công thức 3-4[6]

M M

N

N K

Vậy số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ :

K n

u

.)

6,14,1

1.344.5,1

mm N

1.301.5,1

mm N

 Chọn sơ bộ hệ số tải trọng k = ku kd = 1,3

Chọn hệ số chiều rộng của bánh răng :

ΨA = b/A = 0,4

Tính khoảng cách trục : theo công thức 3-10

A ≥ (icn-1)

 3

2 6

3

10.05,1

n

N k

4,22.25,1.4,0

02,18.3,1.2,5.520

10.05,1

=

=

) 1 2 , 5 ( 60000

6 , 116 400 14 , 3 2 ) 1 ( 1000 60

2 1000 60

.

i

n A n

400.21

Hệ số tải trọng tập trung thực tế :

2

135,12

3,136,1

Chọn lại khoảng cách trục : A 384mm

3,1

36,1

Theo tiêu chuẩn bảng 3-1.Lấy :mn = 4

Sơ bộ chọn góc nghiêng răng :β=100 => cosβ=0,985

Tổng số răng của cả hai bánh :

4

985,0.300.2cos 2

=

12,5

1481

4 148

4.5,2sin

.5,2

1 2 1

6

1

5 , 1 120 6 , 116 24 4 492 , 0

46 , 19 41 , 1 10 1 , 19

.

10 1 , 19

mm N b

n Z m y

N k

429,0

=71 N/mm2

ta có: :[σ]u2=172 N/mm2 => σu2<:[σ]u2 : thoả mãn điều kiện

Kiểm nghiệp sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :

Trong đó σtx được xác định từ công thức 3-14[6]

2

3 6

)1(

10.05,1

n b

N k i

i A

/2,8327

,8.160.2,1

19.3,1.)1228,8(.228,8.524

10.05,1

mm N

Thoả mãn điều kiện

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền :

24.4

0 1

Cos Cos

124.4

0 2

Cos Cos

.2

Trục được làm bằng thép 40 thường hoá có :

d  Trong đó : N : công suất trên trục

46,19

02,18

Dựa vào bảng 7-1 ta chọn các kích thước của hộp giảm tốc như sau :

- Khoảng cách tù nắp ổ đến mặt cạnh chi tiết quay ngoài hộp

c = 80+l6+l3+18,5 = 80+15+20+18,5 = 133,5mm

a+b=333,5mm

b+c=333,5mm

Sau khi chọn sơ bộ được các kích thước, tiến hành vẽ hình vẽ sơ bộ giảm tốc

Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các cặp bánh răng:

Xác định phản lực tại các gối ( theo sơ đồ 2.7)

∑mAy=RBy(a+b+c)-Prc.c=o

c b a

c P

467

5,133.6,2295

++

c P

467

5,133.2,6307

++

=

=> RAx = P1 - RBy = 6307,2 – 656,2 = 5651 N

- Tính mômen uốn tại tiết diện nguy hiểm :

Tại tiết diện m-m

Uy Ux m

 

3

.1,

0 td

M

d  Theo bảng 7-2 ta có [σ] = 90

Đường kính trục tại tiết diện m-m

M td = M U2 +0,75.M x2 = 639885,82+0,75.2775172 =697474Nmm

Ta có:

d 42,5mm

90.1,0

, 133 2 , 6307

, 133 2 ,

Tại tiết diện e-e:

15938606

1594123

Từ kết quả tính ở trên chọn : de-e = 65 mm di-i = 55 mm

Biểu đồ momen trục III:

163201,45 279816

2467961

464877,7 2514949

P2 Pr2

RCx

RCy

RDx RDy

B C

Mx Muy