Thiết kế cầu trục 15 tấn

vật nặng, 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 gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng tải,… Như vậy máy nâ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CẦU TRỤC 15 TẤN

Người hướng dẫn: ThS TRẦN NGỌC HẢI

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

Đà Nẵng, 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta hiện nay đang có những chuyển biến lớn về mọi mặt, đặc biệt là sự

phát triển của nền kinh tế Trong sự phát triển đó, ngành Cơ khí đã chứng tỏ được tầm

quan trọng không thể thiếu và còn đóng vai trò mũi nhọn trong quá trình Công nghiệp

hoá - Hiện đại hoá đất nước Hiện nay, người kỹ sư Cơ khí nói chung và kỹ sư Chế tạo

máy nói riêng cũng đang ngày một chứng tỏ được vai trò của mình trong sự phát triển

của ngành Cơ khí cũng như trong nền kinh tế của đất nước

Đồ án tốt nghiệp là minh chứng cho sự quan trọng trong quá trình đào tạo trở thành

người kỹ sư Quá trình thực hiện đồ án giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về những kiến

thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập, đồng thời nâng cao khả năng vận dụng

sáng tạo những kiến thức này để làm đồ án cũng như công tác khi làm việc sau này

Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô

giáo trong ngành Cơ khí – Chế tạo máy trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, em đã kết

thúc khoá học và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định Và được sự đồng ý của nhà

trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp: “ Thiết kế cầu trục

15 Tấn”.

Đồ án tốt nghiệp của gồm 7 chương:

➢ Chương 1: Giới thiệu chung về thiết bị nâng chuyển

➢ Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án

➢ Chướng 3: Tính toán thiết kế cơ cấu nâng

➢ Chương 4: Tính toán cơ cấu di chuyển xe lăn

➢ Chương 5: Tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục

➢ Chương 6: Tính kết cấu kim loại

➢ Chương 7: Hướng dẫn an toàn và sử dụng máy

DUT.LRCC

Bằng sự cố gắng nổ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của

thầy Trần Ngọc Hải em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn Do thời gian làm đồ án có

hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh viên để đồ

án hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Mạnh Cường

DUT.LRCC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN 6

1.1 Giới thiệu về máy nâng chuyển 6

1.1.1 Phân loại máy nâng chuyển 6

1.1.2 Các thông số cơ bản của máy trục 9

1.2 Giới thiệu về cầu trục 12

1.2.1 Đặc điểm 12

1.2.2 Cấu tạo cơ bản của cầu trục 13

1.2.3 Phân loại cầu trục 13

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 15

2.1 Chọn phương án truyền động cơ cấu nâng 15

2.1.1 Phương án 1 15

2.1.2 Phương án 2 16

2.1.3 Phương án 3 16

2.2 Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 17

2.2.1 Phương án 1 17

2.2.2 Phương án 2 18

2.2.3 Phương án 3: 18

2.3 Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu 19

2.3.1 Phương án 1 19

2.3.2 Phương án 2 20

2.3.3 Phương án 3 20

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG 22

3.1 Phân tích chung 22

3.2 Tính toán cơ cấu nâng 23

3.2.1 Chọn loại dây cáp 23

3.2.2 Palăng giảm lực 24

3.2.3 Tính kích thước dây cáp 25

3.2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc 25

3.2.5 Chọn động cơ điện 28

DUT.LRCC

3.2.6 Tỷ số truyền chung 28

3.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt 29

3.2.8 Tính và chọn phanh 32

3.2.9 Bộ truyền 35

3.3 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng 58

3.3.1 Khớp nối trục 58

3.3.2 Móc và ổ móc treo 60

3.3.3 Bộ phận tang 61

CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE LĂN 67

4.1 Sơ đồ dẫn động cơ cấu 67

4.2 Chọn bánh xe và ray 67

4.3 Tải trọng lên bánh xe 67

4.4 Động Cơ Điện 70

4.5 Tỷ Số Truyền Chung 71

4.6 Kiểm Tra Động Cơ Điện Về Mômen mở máy 71

4.7 Phanh 72

4.8 Bộ Truyền 73

4.9 Các bộ phận của cơ cấu di chuyển xe lăn 73

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU TRỤC 80

5.1 Bánh Xe Ray 80

5.2 Chọn Động Cơ 82

5.3 Tỷ số truyền chung 83

5.4 Kiểm tra động cơ điện 83

5.5 Phanh 84

5.6 Bộ Truyền 84

CHƯƠNG 6: TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI 86

6.1 Phân tích và lựa chọn kết cấu dầm 86

6.1.1 Phương án 1 86

6.1.2 Phương án 2 86

6.1.3 Phương án 3 87

DUT.LRCC

6.2 Tính Tải Trọng 88

6.3 Xác Định Kích Thước Tiết Diện Của Dầm chính 89

6.4 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính 91

6.5 Tính Tiết Diện Gối Tựa Của Dầm Chính 94

6.6 Tính độ bền của ray dưới xe lăn 95

6.7 Tính mối ghép hàn 96

6.8 Tính dầm cuối 98

6.9 Tính dầm đặt ray di chuyển cầu 101

CHƯƠNG 7: HƯỚNG DẪN AN TOÀN VÀ SỬ DỤNG MÁY Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 7.1 An toàn trong sử dụng máy Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định 7.2 Hướng dẫn sử dụng máy 80

KẾT LUẬN 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN

1.1 Giới thiệu về máy nâng chuyển

vật nặng, 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 gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng tải,… Như vậy máy nâng chuyển đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất như giảm nhẹ sức lao động cho công nhân và nâng cao năng suất lao động

1.1.1 Phân loại máy nâng chuyển

a Căn cứ vào chuyển động chính

- Máy nâng(còn gọi là máy trục): Đây là loại thiết bị mà quá trìn h làm việc lặp lại

có chu kỳ Một chu kỳ công tác bao gồm thời gian có tải và thời gian chạy không

- Máy vận chuyển liên tục: ở loại thiết bị này, vật liệu được vận chuyển theo từng dòng liên tục

➢ Đối với máy nâng người ta còn phân biệt:

+ Máy nâng đơn giản: Chỉ có một chuyển động công tác là nâng và hạ vật 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 Ví dụ các loại kích, tời, palăng xíc, vận thăng xây dựng…

Hình 1.1: Palang DUT.LRCC

+ Máy trục dạng cầu: Cầu trục, cổng trục ở các loại thiết bị này, ngoài chuyển động nâng hạ vật, còn có các chuyển động tịnh tiến ngang và dọc

để di chuyển vật nâng đến vị trí yêu cầu

Hình 1.2: Cầu trục + Cần trục các loại: Quá trình di chuyển vật được thực hiện nhờ cơ cấu quay cần hoặc thay đổi khẩu độ của 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 + 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,…

DUT.LRCC

Hình 1.4: Xe nâng hàng

➢ Đối với máy vận chuyển liên tục người ta phân thành các loại

+ Máy VCLT có bộ phận kéo: băng tải, vít tải, gàu tải

+ Máy VCLT không có bộ phận kéo: băng chuyền con lăn, vít tải, máng lắc, băng tải rung,…

+ Máy vận chuyển bằng thủy khí: dùng sức nước, không khí để vận chuyển vận liệu

Hình 1.5: Máy vận chuyển liên tục

b Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc

1.1.2 Các thông số cơ bản của máy trục

a Tải trọng (Sức nâng):

- Là trọng lượng lớn nhất mà máy có thể nâng được theo tính toán thiết kế

- Trọng tải có thể phải kể đến trọng lượng của bộ phận mang vật Trọng tải được

ký hiệu là [Q], có đơn vị đo là Tấn hoặc KG hoặc N Đại lượng này thường được tiêu chuẩn hóa

b Các thông số động học của các bộ phận công tác

- Tốc độ nâng vật (Vn)

- Tốc độ di chuyển (Vdc)

- Tốc độ quay của cần trục (n),…

c Các thông số hình học

Tùy thuộc vào loại thiết bị, ta có:

- Độ cao nâng, Khẩu độ đối với máy trục dạng cầu;

- Độ cao nâng, tầm với đối với các loại cần trục

d Chế độ làm việc của máy trục

- Có thể xem chế độ làm việc của máy trục như là một thông số tổng hợp căn cứ

trên cơ sở phối hợp các chỉ tiêu về mức độ sử dụng máy theo tải và theo thời gian

- Trên cơ sở tiêu chuẩn ISO, ở Việt Nam đã có tiêu chuẩn TCVN 5862 -1995 quy định 8 nhóm chế độ làm việc cho máy trục được ký hiệu từ A1 đến A8 Đối với các cơ cấu trong máy nâng tiêu chuẩn quy định 8 nhóm chế độ làm việc được ký

e Các loại tải tác dụng lên máy

Trong quá trình làm việc, máy trục có thể chịu tải trọng sau đây:

f Các trường hợp tải trọng tính toán

Trường hợp 1: - Tải trọng bình thường trong điều kiện làm việc bình thường

Trong trường hợp này các tải trọng phải kể đến là trọng tải, trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động bình thường Các chi tiết máy trong trường hợp này được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo sức bền mỏi Động cơ được chọn theo công suất tĩnh và được kiểm nghiệm theo điều kiện phát nhiệt

Trường hợp 2: -Tải trọng lớn nhất trong điều kiện làm việc

Trong trường hợp này các tải trọng phải kể đến là trọng tải, trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động l ớn nhất xuất hiện do phanh đột ngột Các chi tiết máy trong trường hợp này được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo sức bền tĩnh

Trường hợp 3: - Tải trọng lớn nhất trong điều kiện không làm việc Trong trường

hợp này các tải trọng phải kể đến là trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện bất bình thường Các chi tiết máy trong trường hợp này được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo độ ổn định

g Điều kiện an toàn của máy trục:

- Trong thực tế tần suất xảy ra tai nạn trong sử dụng máy nâng là lớn hơn rất nhiều

so với các loại máy khác Do vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy nâng là vấn

đề quan trọng được đặt lên hàng đầu

DUT.LRCC

- 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 như lỏng 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 cố khi chi tiết máy hoạt động

- 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 thường xuyên 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 vi làm việc của máy đều phải học tập các quy định về an toàn lao động có làm bài kiểm tra và phải đạt kết quả

- Trong khi máy làm việc công nhân không được đứng trên vật nâng hoặc bộ phận mang để di chuyển cùng với vật cũng như không được đứng dưới vật nâng đang

di chuyển

- Đối với máy không không hoạt động thường xuyên (nhiều ngày không sử dụng) khi đưa vào sử dụng phải kiểm tra toàn bộ kết cấu máy Để kiểm tra tiến hành 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 nâng danh 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 ra thì tiếp tục tiến hành thử động

+ Bước thử động: Treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,1 trọng lượng nâng danh nghĩa sau đó tiến hành mở máy nâng, di chuyển, hạ vật, mở máy đột ngột, phanh đột 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 thêm các thiết bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nhân khi làm việ c

- Một số thiết bị an toàn có thể sử dụng đó l : Sử dụng các công tắc đặt trên những

vị trí cuối hành trình của xe lăn hay cơ cấu di chuyển cổng trục Các công tắc này được nối với các thiết bị đèn hoặc âm thanh báo hiệu nhằm báo cho người sử dụng

DUT.LRCC

biết để dừng máy Đồng thời củng có thể nối trực tiếp với hệ thống điều khiển 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 dụng máy phải có

ý thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên

1.2 Giới thiệu về cầu trục

1.2.1 Đặc điểm

Hình 1.6: Cầu trục

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

- khá gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt và sử dụng, bảo dưỡng

- 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

➢ Nhược điểm của cầu trục:

- Đối với cầu trục dầm đôi trong quá trình di chuyển sẽ xảy ra sự xô lệch dầm cầu do lực cản hai bên ray không đều

- Phạm vi sử dụng hẹp chủ yếu trong nhà xưởng, nhà máy

DUT.LRCC

1.2.2 Cấu tạo cơ bản của cầu trục

+ 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

1.2.3 Phân loại cầu trục

- Phân loại theo công dụng:

+ Cầu trục có công dụng chung: Chủ yếu dùng với móc teo 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

DUT.LRCC

- 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 dùng để

bốc thép tấm,

 Kết luận chung:

Theo như những gì đã trình bày, ta thấy hiện nay thiết bị nâng chuyển được sử dụng rất rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp, và đặc biệt là cầu trục Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế

Qua đó, Việc đi vào nghiên cứu và thiết kế cầu trục đối với mỗi sinh viên cơ khí

là rất bổ ích, cũng như nắm vững những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy, tính toán thiết kế, chọn cấp chính xác, lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, về dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

2.1 Chọn phương án truyền động cơ cấu nâng

2.1.1 Phương án 1

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối và phanh; 3 Hộp giảm tốc; 4 Khớp nối; 5 Tang

Hình 2.1: Phương án truyền động cơ cấu nâng 1

- Đặc điểm: 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

- Ưu điểm: Trục ra hộp giảm tốc không trùng với trục tang nên dễ chế tạo, lắp ráp và bảo dưỡng

- Nhược điểm: Kết cấu này phức tạp nhiều chi tiết, tốn nhiều ổ, còn có bộ truy ền ngoài không an toàn

- Phạm vi sử dụng: Kết cấu này thích hợp khi dùng palăng đơn

DUT.LRCC

2.1.2 Phương án 2

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối kết hợp phanh; 3 Hộp giảm tốc; 4 Tang

Hình 2.2: Phương án truyền động cơ cấu nâng 2

- Đặc điểm: Động cơ truyền động đến hộp giảm tốc qua khớp nối Trục ra của hộp giảm tốc trùng với trục tang

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu nhỏ gọn

- Nhược điểm: Trục tang và hộp giảm tốc là một nên khó chế tạo, lắp rắp và bảo dưỡng, lực phân bố trên tang không ổn định ảnh hưởng đến hộp giảm tốc

- Phạm vi sử dụng: Kết cấu này thích hợp khi dùng palăng đơn

2.1.3 Phương án 3

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối kết hợp với phanh; 3 Hộp giảm tốc; 4 Tang;

5 Khớp nối Hình 2.3: Phương án truyền động cơ cấu nâng 3 DUT.LRCC

- Đặc điểm: Trường hợp này giống phương án 2 nhưng có thêm khớp nối

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu nhỏ gọn, dễ chế tạo, lắp ghép, bảo dưỡng

- Nhược điểm: Có nhiều chi tiết hơn PA2

- Phạm vi sử dụng: phạm vi sử dụng rộng rãi phù hợp với nhiều kết cấu

❖ Kết luận: Theo như đã phân tích ở trên thì ta chọn phương án 3

2.2 Phương án truyền động và di chuyển xe lăn

2.2.1 Phương án 1

1 Động cơ điện; 2 Phanh kết hợp với nối trục; 3 Hộp giảm tốc; 4 Nối trục; 5

Bánh xe Hình 2.4: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 1

- Ưu điểm: Phương án nhỏ gọn gồm một hộp giảm tốc, một động cơ, bốn khớp nối Truyền động đơn giản, chiếm ít trên xe lăn thuận tiện cho việc bố trí trên các xe lăn

- Nhược điểm: Sự đồng bộ giữa 2 bánh xe không tốt

DUT.LRCC

2.2.2 Phương án 2

Hình 2.5: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 2

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, truyền động chắc chắn có sự đồng bộ giữa hai bánh xe cao,

- Nhược điểm: Khoảng cách giữa hai bánh xe bị hạn chế

2.2.3 Phương án 3:

1 Động cơ điện 4 Khớp nối

2 Phanh kết hợp với nối trục 5 Bánh xe

3 Hộp giảm tốc

Hình 2.6: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn3

- Ưu điểm: Hai bánh xe được dẫn động bằng 2 động cơ riêng biệt

DUT.LRCC

- Nhược điểm: Phương án này tốn nhiều động cơ, phanh ,việc giải quyết đồng tốc giữa hai bánh xe khó khăn

❖ Kết luận: như đã phân tích ta chọn phương án 1

2.3 Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu

2.3.1 Phương án 1

1 Động cơ điện 4 Khớp nối

2 Khớp nối kết hợp với phanh 5 Bánh xe

3 Hộp giảm tốc

Hình 2.7: Phương án truyền động di chuyển cầu 1

- Ưu điểm: Phương án này dùng hai hộp giảm tốc, và nhiều khớp nối, nhưng Hộp giảm tốc ở gần bánh xe nên quá trình truyền mômen từ động cơ đến hộp giảm tốc nhỏ nên có thể giảm đường kính trục

- Nhược điểm: Phương án có kết cấu phức tạp, dùng hai hộp giảm tốc và nhiều khớp nối

DUT.LRCC

2.3.2 Phương án 2

Hình 2.8: Phương án truyền động di chuyển cầu 2

1 Động cơ điện 4 Khớp nối

2 Phanh kết hợp với khớp nối 5 Bánh xe

3 Hộp giảm tốc

- Ưu điểm: Phù hợp với những cầu trục tải trọng lớn

- Nhược điểm: Phương án này phải dùng nhiều động cơ và hộp giảm tốc, khó giải quyết vấn đề đồng vận tốc ở hai bánh xe

2.3.3 Phương án 3

1 Động cơ điện 4 Nối trục

2 Phanh kết hợp với nối trục 5 Bánh xe

3 Hộp giảm tốc

Hình 2.9: Phương án truyền động di chuyển cầu 3

DUT.LRCC

- Ưu điểm: Đảm bảo đồng tốc giữa hai bánh xe

- Nhược điểm: Phương án này dùng hộp giảm tốc gần với động cơ nên khoảng cách

từ hộp giảm tốc đến bánh xe lớn nên phải dùng trục lớn

❖ Kết luận: Như đã phân tích trên thì ta chọn phương án 1

 Kết Luận chung:

Ta đã chọn được các phương án tối ưu nhất như đã trình bày ở trên để tiếp tục đi vào phần tính toán, thiết kế

DUT.LRCC

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

3.1 Phân tích chung

❖ Yêu cầu khi tính toán và thiết kế cơ cấu nâng:

Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng Ngoại lực là trọng lưc và lực quán tính tác dụng lên vật nâng

Có hai loại cơ cấu nâng:

+ Cơ cấu nâng dẫn động bằng tay

Hình 3.1: Cơ cấu nâng bằng tay + Cơ cấu nâng dẫn động bằng điện

Hình 3.2: Cơ cấu nâng bằng điện

Cơ cấu dẫn động bằng tay không phù hợp yêu cầu thiết kế nên ở đây không đi vào phân tích Cơ cấu nâng dẫn động bằng điện, do tính chất quan trọng và yêu cầu cao nên

cơ cấu phải đảm độ an toàn, độ tin cậy, độ ổn định cao khi làm việc

Do đó, cơ cấu nâng phải được chế tạo với chất lượng tốt của tất cả các khâu, ở đây dùng tang kép quấn một lớp cáp, có cắt rãnh đảm bảo độ bền lâu cho cáp

DUT.LRCC

Bộ truyền phải được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín, ngâm dầu, bôi trơn tốt, các ổ trục thường dùng ổ lăn.Thiết bị phanh hãm thường dùng là phanh má thường đóng

❖ Các số liệu ban đầu:

Chế độ làm việc của các cơ cấu là chế độ trung bình

❖ Sơ đồ động học cơ cấu nâng:

Hình 3.3: Sơ đồ động cơ cấu nâng

3.2 Tính toán cơ cấu nâng

3.2.1 Chọn loại dây cáp

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

- An toàn trong sử dụng

- Độ mềm cao, dễ uốn cong, đảm bảo độ nhỏ gọn của cơ cấu và máy

- Đảm bảo độ êm dịu, không gây ồn khi làm việc

- Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp

- Đảm bảo độ bền lâu, thời hạn sử dụng lớn

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

DUT.LRCC

rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền 1200÷2100(N/mm2) chọn cáp LK-O- 6x19+7x7 [2]

Loại cáp này LK, với 6 dánh, mỗi dánh 19 sợi có lớp sợ thép ngoài cùng như nhau, lỏi thép của dánh được bện từ 7 dánh, mỗi dánh 7 sợi thép

Với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1600÷1800N/mm2,

Palăng gồm hai ròng rọc di động và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật

a t

m

Q S

)1(

max −

−

= ct 2.19[1]

Trong đó: Q= 150000 (N): Trọng lượng vật nâng

λ = 0,98: hiệu suất một ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên ổ lăn bôi trơn tốt bằng mỡ Bảng 2-5[1]

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

Vậy : max (1 ) 150000(1 0,98)2 0 37878

(1 a) t 2(1 0,98 ).0,98

Q S

Qo

DUT.LRCC

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý Palăng

3.2.3 Tính kích thước dây cáp

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

Sd ≥ Smax.n

Sđ : Lực kéo đứt dây theo bảng tiêu chuẩn, N

Smax: Lực căng lớn nhất trong dây, N

n = 5,5: Hệ số an toàn bền của cáp Bảng 2-2-[I]

Sđ = 37878.5,5 = 208329 (N)

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, đường kính dây cáp dc = 18 mm ta chọn được loại cáp bện đôi kiểu 6x7-WSC có lực kéo đứt là Sđ = 228000 N > Sđ yêu cầu

3.2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc

a Đường kính tang

Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc phải thích hợp với cáp

để tránh cáp bị uốn nhiều gây ra mỏi và đảm bảo độ bên lâu cho cáp

Đường kính nhỏ nhất cho phép của tang được xác định theo công thức 2-12[I]

Dt ≥ dc.(e −1)

e = 25 – Hệ số đường kính tang, theo Bảng 2 4-[I]

dc = 18 mm – Đường kính dây cáp quấn trên tang

 Dt ≥ 18.(25-1) = 432(mm)

DUT.LRCC

Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau : Dt = Dr = 450(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 = 0,8.450 = 360(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 dự 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

Hình 3.5: Sơ đồ xác định chiều dài tang

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H= 6m

và bội suất pa lăng a=2

l = H.a = 6.2 = 12 m

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

0 '

) (D d Z

L Z

c t

+ +

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

L3 = L4-2.hmin.tgα Trang 21[I]

trong đó: L4 – Khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng giữa hai ổ móc treo

hmin – Khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang với trục các ròng rọc treo móc Dựa vào kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:

n

max





 =

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- [I]

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

DUT.LRCC

t

S k

n

max





 = = 1.0,8.37878 101

15.20 = (N/mm2)

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

/1135

565

mm N k

ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng Tra mục 2- chương I – [I]

ηt = 0,96 hiệu suất tang, tra bảng1-9- [I]

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

Vậy : 0 150000.14,5

41.6760.1000 60.1000.0,87

n

Q v N

h

Tương ứng với chế độ trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện MT-62-10 máy nâng chuyển tờ 91 có các đặc tính sau đây:

Công suất danh nghĩa Ndc = 45 ( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 577 (vòng/phút)

Hệ số quá tải: max

0

14,5.2

19.7 3,14.(0, 4 0, 0165)

n t

v a n

D p

n i n

= = =

3.2.6 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt

Hình 3.6: Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải cho trên hình 3.6

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 có 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

n a t

Q S m

a t

Q S

m

l l l

(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 n

m =  − + −

2

i

i D G

 ≈(GiDi2)rôto+GiDi2)khớp= 44 + 20,25 = 64,25 Nm2

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

( GiDi2)khớp = 20,25 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

5,28,1(2

min max+ =  + =

Thời gian mở máy khi hạ vật: theo công thức 3-9-[I]





)

(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

m =  + + +

t m h = 0,16s

Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định:

s v

H t

n

v 24 , 8

5 , 14

6 60

M

2 2

Mm momen mở máy của động cơ điện, Nm

M

2 2

=

73,250

2,197267632

M n

N = = Kw Kết quả phép tính kiểm tra về nhiệt cho thấy động cơ điện được chọn là AOC2-81-8

DUT.LRCC

Có công suất danh nghĩa là Ndn = 45 Kw hoàn toàn thoả mãn yêu cầu khi làm việc

3.2.7 Tính và chọn phanh

a Đặc điểm 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

 Theo như đã phân tích ở trên ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng và được

bố trí trên trục động cơ vì những lý do sau :

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

+ Lực phanh tác dụng đối xứng lên trục đặt phanh

+ 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 + 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 + Đặt phanh trên trục đông cơ thì mômen phanh nhỏ hơn ở các vị trí khác,

do đó kích thước, trọng lượng của phanh sẽ nhỏ hơn và tính an toàn cũng cao hơn để chọn phanh làm việc có hiệu quả và an toàn ta dựa vào giá trị momen phanh yêu cầu Mph

n - Hệ số an toàn của phanh, phụ thuộc vào chế độ làm việc đối với chế độ làm việc nhẹ: n = 1,5 ; trung bình n = 1,75; nặng n = 2 ; rất nặng n = 2,5

Phanh được đặt trên trục động cơ nên:

Momen phanh được tính:

0 0 0

2.150000.0, 468.0,87

2 2.2.29, 28

ph

n Q D M

Dựa vào điềư kiện (2.2) ta chọn loại phanh, tuy nhiên không nên chọn loại phanh

có momen phanh danh nghĩa lớn hơn momen phanh yêu cầu nhiều quá vì như vậy sẽ tải trọng động lên cơ cấu khi phanh

Qua Việc phân tích tính toán ở trên, ta chọn loại phanh má điện xoay chiều, ký hiệu TKT-500 đảm bảo mômen phanh danh nghĩa vừa đúng Mph=1100Nm

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý phanh má điện từ

1 Bánh phanh; 2, 4 Má phanh; 3,5 Tay đòn phanh; 6 Nam châm điện;

7 Tay đòn của cơ cấu tạo lực mở phanh; 8 Lò xo tạo phanh; 9 Lò xo phụ;

10 đai ốc nén lò xo 11 Dai ốc dùng khi bảo dưỡng hoặc thay mới má phanh;

12 Đai ốc điều chỉnh hành trình phanh; 13 Ống bao; 14 Thanh đẩy;

DUT.LRCC

15 Vít hạn chế hành trình phanh

- Lực đóng phanh được xác định theo công thức 2-34-[I]

l f D

l M

.

D f h l

Khi mỡ 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

Chọn khoảng cách tay đòn a= 60 mm

Mn = P.a = 3118.5.0,06 = 187 Nm

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

Momen nam châm hút: Mn = 69,56 Nm

P c = + P + ng Trong đó :

Pp = 2÷8 Lấy Pp = 5kg

DUT.LRCC

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

7 , 3606

.

360

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

Khe hở lớn nhất giữa má phanh và bánh phanh xác định theo công thức [I]

2-35-với h1 và h2 là khe hở lớn nhất và bình thường của thanh lõi ngang phanh h1= 4mm; h2

=2,5mm

Khe hở lớn nhất : 0,96

420.2

200.4.2

Max

Khe hở bình thường : 0,6

420.2

200.5,2.2

3.2.8 Bộ truyền

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

DUT.LRCC

Các thông số cần thiết :

Số vòng quay trục vào: n1 = 577 vòng/phút

Động cơ dẫn động : N = 45 Kw

Tỉ số truyền chung của hộp là: i = 29.28

a Phân phối tỷ số truyền

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

Gọi : icn tỷ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh

577

I I

N M

n

DUT.LRCC

6 6

2

39.8 9,55.10 9,55.10 3820000 (N.mm)

99.5

II II

N M

19.9

III III

N M

- Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất cho phép

+ Ứng suất tiếp xúc cho phép:

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

Ti: Tổng số giờ làm việc, T = 10.310.2.4= 24800

(số giờ làm việc với giả thiết thời gian làm việc của cơ cấu là 10 năm, mỗi năm làm việc

310 ngày, mỗi ngày làm việc 2 ca mỗi ca 4 giờ)

M M

+ Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn

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

Giới hạn mỏi uốn của thép σ-1 = (0,4÷0,45) σbk

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:

mm N

2,232

mm N

u = =



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[6]:

10.05,1

n

N k

3 1, 05.10 1,3.42.975

.520.5.8 0, 4.99,5

d

b d

k

DUT.LRCC