Có thể xem chế độ làm việc (CĐLV) của máy trục như là một thông số tổng hợp căn cứ trên cơ sở phối hợp các tiêu chí về mức độ sử dụng máy theo tải và theo thời gian.. Đối với các cơ cấu[r]
Trang 1KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
-*** -
BÀI GIẢNG
MÁY NÂNG CHUYỂN (Bậc Đại học ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí)
(Đào tạo tín chỉ: 02 tín chỉ)
Biên soạn: Nguyễn Vĩnh Phối Nguyễn Văn Trúc
Quảng Ngãi, 2016
Trang 2MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 1
1.1 Các định nghĩa 1
1.2 Các thông số của máy trục 2
1.3 Chế độ làm việc của máy trục 2
Câu hỏi ôn tập chương 1 6
CHƯƠNG 2 CÁC CHI TIẾT VÀ BỘ PHẬN TRONG MÁY NÂNG 7
2.1 Các thép và các thiết bị cố định đầu cáp 7
2.2 Ròng rọc 12
2.3 Pa lăng cáp 15
2.4 Tang quấn cáp 17
2.5 Thiết bị mang tải 21
Câu hỏi ôn tập chương 2 29
CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ DỪNG VÀ PHANH HÃM 30
3.1 Giới thiệu chung 30
3.2 Thiết bị dừng bánh cóc 31
3.3 Thiết bị phanh 33
3.4 Phanh có áp trục dọc trục 40
Câu hỏi ôn tập chương 3 43
CHƯƠNG 4 CÁC CƠ CẤU CỦA MÁY NÂNG CHUYỂN 44
4.1 Cơ cấu nâng 44
4.2 Cơ cấu di chuyển 50
4.3 Cơ cấu thay đổi tầm với 60
4.4 Cơ cấu quay 62
Câu hỏi ôn tập chương 4 67
CHƯƠNG 5 MỘT SỐ THIẾT BỊ NÂNG THÔNG DỤNG 68
5.1 Các thiết bị nâng đơn giản 68
5.2 Cầu trục lăn 71
5.3 Cổng trục 73
Trang 3CHƯƠNG 6 MÁY VẬN CHUYỂN LIÊN TỤC 75
6.1 Đại cương 75
6.2 Băng tải 76
6.3 Xích tải 86
6.4 Vít tải 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 4Khoa học phát triển và phát triển liên tục không ngừng, làm cho công cụ lao động dưới sự sáng tạo của con người ngày càng tinh gọn, hiện đại và hiệu quả, mang lại năng suất cao
Chính vì lẽ đó mà học phần Máy nâng chuyển (MNC) tính toán, nghiên cứu
nâng, hạ, di chuyển các vật nặng, hay dây chuyền sản xuất để giải phóng sức lao động của con người
Học phần trang bị kiến thức cơ bản về quá trình nâng, hạ vật, kết cấu cơ bản của máy nâng, vận chuyển Những kiến thức cơ bản của các máy cần trục dùng trong xây dựng công trình, cầu cảng và trong sản xuất công – nông nghiệp
Rèn luyện kỹ năng tính toán, thiết kế cho sinh viên đối với các chi tiết cơ cấu điển hình dùng trong máy nâng chuyển
Nội dung học phần được viết dựa vào đề cương chi tiết của khoa đã được phê duyệt Học phần gồm 6 chương nêu lên các nội dung cơ bản giới thiệu tổng quan về máy nâng chuyển và các thông số cơ bản của chúng cũng như các chế độ làm việc của máy trục Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các bộ phận trong máy nâng: cáp thép, ròng rọc, palăng cáp, tang, các bộ phận trong máy nâng….và các thiết
bị dừng và phanh: thiết bị dùng bánh cóc, các loại phanh đai, phanh điện từ…
Nội dung học phần MNC được trình bày một số thiết bị nâng thông dụng: các loại kích, cầu trục, cổng trục…và một số máy vận chuyển liên tục
Quá trình biên soạn không tránh những thiếu sót, mong nhận được sự góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp xin trân trọng cám ơn!
Mọi góp ý xin gởi về:
Nguyễn Vĩnh Phối - Khoa kỹ thuật công nghệ - Trường ĐH Phạm Văn Đồng -
TP Quảng Ngãi
Nguyễn Văn Trúc – Khoa kỹ thuật công nghệ - Trường ĐH Phạm Văn Đồng TP Quảng Ngãi
Trang 5Máy nâng chuyển Trang 1
Chương 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN
Mục tiêu : Trang bị những kiến thức cơ bản về máy nâng chuyển, thông số làm việc của
máy trục
1.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA
Máy nâng chuyển là thiết bị cơ khí, giúp cho quá trình nâng chuyển các vật nặng một cách dễ dàng và hiệu quả, nhằm nâng cao năng suất lao động, giảm bớt sức lao động của con người
Máy nâng (còn gọi là máy trục): Đây là loại thiết bị mà quá trình làm việc lặp lại
có chu kỳ Một chu kỳ công tác bao gồm thời gian có tải và thời gian chạy không
Với máy nâng người ta còn phân biệt:
- Máy nâng đơn giản: Chỉ có một chuyển động công tác là nâng và hạ vật Ví dụ các loại kích, tời, palăng xích, vận thăng xây dựng
- 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
- Cần trục các loại: Quá trình di chuyển vật nâng được thực hiện nhờ cơ cấu quay cần hoặc thay đổi khẩu độ của cần
Máy vận chuyển liên tục: ở loại thiết bị này, vật liệu được vận chuyển theo từng dòng liên tục
Máy vận chuyển liên tục dùng để vận chuyển vật liệu rời vụn hoặc các vật liệu rời vụn đã được đóng gói… Máy vận chuyển liên tục thực hiện ở công đoạn trung gian nhằm chuyển tải các sản phẩm theo một quy trình công nghệ sản xuất nhất định đã được chọn trước Máy có thể làm việc riêng lẻ, độc lập ở một công đoạn như chuyển cát sỏi cho máy trộn, chuyển than khai thác trong hầm lò… Máy vận chuyển liên tục đóng vai trò chủ đạo
cơ giới hoá và tự động hoá trong các dây chuyền sản xuất hàng loạt như sản xuất xe máy, chế tạo cơ khí, nhà máy thực phẩm, đồ hộp đông lạnh, bao gói…
Từ những đặc điểm của quá trình vận chuyển ta có các loại máy vận chuyển liên tục như:
+ Băng tải cao su: băng chuyền lắc, băng chuyền rung, băng con lăn … + Băng bản, vận chuyển thuỷ lực, cáp treo…
+ Máng cào, vận chuyển khí nén, xích treo không gian…
Trang 6Máy nâng chuyển Trang 2
+ Vít tải, guồng tải, băng gàu…
1.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY TRỤC
1.2.1 Trọng tải (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 kí hiệu [Q], đơn vị đo Tấn, KG hoặc N Đại lượng này thường được tiêu chuẩn hóa
1.2.2 Các thông số động học của các bộ phận công tác
1.2.3 Các thông số hình học
Tùy thuộc vào loại thiết bị ta có các thông số hình học: Độ cao nâng, khẩu độ đối với máy trục dạng cầu, tầm với, độ dài, độ cao, độ sâu, vận tốc
1.3 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY TRỤC
Có thể xem chế độ làm việc (CĐLV) của máy trục như là một thông số tổng hợp căn cứ trên cơ sở phối hợp các tiêu chí về mức độ sử dụng máy theo tải và theo thời gian
Trên cơ sở tiêu chuẩn ISO, ở VN đã có tiêu chuẩn TCVN 5862 – 1995 qui định 8 nhóm chế độ làm việc cho máy trục được kí hiệu từ A1 → A8 Đối với các cơ cấu trong máy nâng tiêu chuẩn qui định 8 nhóm chế độ làm việc được kí hiệu M1 → M8
Các nhóm CĐLV đối với máy trục được xác định trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu từ U0 → U9, và 4 cấp sử dụng máy theo tải được kí hiệu
từ Q1 → Q4
Bảng 1.1 Chế độ làm việc của máy trục
Cấp
tải
Cấp sử dụng
Trang 7Máy nâng chuyển Trang 3
Tương tự CĐLV đối với cơ cấu trong máy nâng cũng được xác định trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu T0 → T9 và 4 cấp sử dụng máy theo tải được kí hiệu từ L1 → L4
Bảng 1.2 Nhóm chế độ làm việc của máy nâng
máy
Đặc điểm
Sử dụng thất thường
đặn
Sử dụng căng
Đặc trưng cho mức độ sử dụng máy theo tải trọng là hệ số phổ tải được xác định theo công thức:
n
i
i T
i p
P
P C
C k
1
3 max
Trong đó:
C T = ∑C i: Tổng chu kỳ vận hành với các mức tải khác nhau
Trang 8Máy nâng chuyển Trang 4
Bảng 1.3 Cấp tải và hệ số phổ tải
Hệ số phổ tải danh
Đặc điểm
nâng tải vừa
thường nâng tải nặng
Tương tự, đối với các cơ cấu trong máy nâng, hệ số phổ tải được tính theo công thức:
n
i
i T
i m
P
P t
t k
1
3 max
Trong đó:
t T = ∑t i: Tổng thời gian vận hành với các mức tải khác nhau
Để xác định các hệ số phổ tải, cần thiết phải xây dựng các sơ đồ gia tải Các sơ đồ gia tải được xây dựng trên cơ sở thực tế hoặc kinh nghiệm tham khảo
Hình 1.1 Sơ đồgia tải CĐLV nhẹ và nặng
Trang 9Máy nâng chuyển Trang 5
Ngoài tiêu chuẩn để phân CĐLV của máy trục như đã trình bày, hiện nay phân theo bốn nhóm: Nhẹ, trung bình (TB), nặng và rất nặng dựa trên các tiêu chí sau:
1 Hệ số sử dụng cơ cấu theo tải trọng
Q
Q
k tb
Q
Trong đó:
Q: Trọng tải
2 Cường độ làm việc của động cơ
CĐ% =
T
T0
T: thời gian một chu kỳ làm việc của cơ cấu
T = T 0 + Σt ph + Σt d
Σt d : Tổng thời gian dừng máy
3 Hệ số sử dụng cơ cấu trong ngày
4 Hệ số sử dụng cơ cấu trong năm
5 Số chu kỳ làm việc trong một giờ
6 Số lần mở máy trong một chu kỳ
7 Nhiệt độ môi trường xung quanh
1.4 TẢI TRỌNG VÀ CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
1.4.1 Các loại tải tác dụng lên máy
Trong quá trình làm việc, máy trục có thể chịu các tải trọng sau:
- Trọng tải
- Tải trọng do trọng lượng bản thân máy
- Tải trọng gió
Trang 10Máy nâng chuyển Trang 6
- Tải trọng động Trong bài toán động lực học có thể xem cơ cấu quy dẫn thành một hay nhiều khối lượng Trường hợp đơn giản nhất là quy dẫn cơ cấu về sơ đồ một khối lượng và liên kết giứa các khối lượng là tuyệt đối cứng
1.4.2 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 phải kể đến trọng tải và tải trọng 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 hoăc tính kiểm nghiệm theo sức bền mõi 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 trọng tải, tải trọng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động xuất hiện lớn nhất 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
- - CÂU HỎI
1 Vẽ sơ đồ gia tải và giải thích với chế độ làm việc nhẹ và nặng?
2 Ứng dụng máy nâng chuyển trong lĩnh vực công nghiệp như thế nào?
Trang 11Máy nâng chuyển Trang 7
Chương 2 CÁC CHI TIẾT VÀ BỘ PHẬN TRONG MÁY NÂNG
Mục tiêu: Chương này nêu lên các khái niệm, cách phân tích lực và tính toán các
thông số của các bộ phận trong máy nâng
2.1 CÁP THÉP VÀ CÁC THIẾT BỊ CỐ ĐỊNH ĐẦU CÁP
2.1.1 Cáp thép
2.1.1.1 Cấu tạo:
Được chế tạo từ các sợi thép bằng phương pháp bện Các sợi thép được chế tạo
thành tao cáp hoặc cáp bện đơn Tao cáp có thể có nhiều lớp sợi với đường kính sợi thép
có thể khác nhau
2.1.1.2 Phân loại:
Theo cấu tạo:
- Cáp bện đơn: được bện trực tiếp từ các sợi thép Có lõi thép ở giữa và được các dây thép bện theo đồng tâm
- Cáp bện kép (đôi): gồm các dánh là các cáp bện đơn và các dánh được bện quanh một lõi (thép, đay, amian)
- Cáp bện ba: gồm các cáp bện kép, được coi là đánh, bện quanh một lõi một lần nữa Do có nhiều lõi nên cáp bện ba mềm hơn cáp bện kép song chế tạo phức tạp, giá thành cao và các sợi thép trong cáp quá bé dễ bị đứt do mòn
Hình 2.1 Tiết diện cáp
a Cáp bện đơn; b Cáp bện đôi
Trang 12Máy nâng chuyển Trang 8
Theo đặc điểm về tiếp xúc:
Nếu các sợi thép trong cáp tiếp xúc nhau theo điểm, ta có cáp tiếp xúc điểm
Tương tự, ta có cáp tiếp xúc đường
Theo chiều bện:
- Cáp bện trái
- Cáp bện phải Theo chiều bện các sợi thép và các tao tạo thành cáp:
- Cáp bện xuôi: Chiều bện các sợi thép tạo thành tao và từ tao tạo thành cáp là cùng chiều
- Cáp bện chéo: Chiều bện các sợi thép tạo thành tao và từ tao tạo thành cáp là ngược chiều
- Cáp bện hỗn hợp: Chiều bện hai tao kế nhau thì ngược nhau
- Cáp bện xuôi có số sợi thép nhiều hơn nên diện tích mặt cắt ngang được điền đầy cao Vì vậy khi tiếp xúc với ròng rọc sẽ ít mòn hơn
Dùng cáp bện xuôi để treo vật: nếu vật quay theo chiều ngược lại sẽ làm cáp bị bung ra Để khắc phục nhược điểm này là dùng cáp bện chéo, hỗn hợp
Người ta còn phân biệt cáp bện xuôi khi chiều bện của các lớp sợi và tao cáp là như nhau, cáp bện chéo khi chiều bện của các thành phần nầy là ngược nhau So với cáp bện chéo cáp bện xuôi mềm và do vậy có tuổi thọ cao hơn Tuy nhiên cáp dễ bị bung ra khi một đầu cáp tự do
Trong một số trường hợp người ta dùng cáp chống xoay có kết cấu bện hỗn hợp
Hình 2.2 Phân theo chiều bện
a Cáp bện xuôi; b Cáp bện chéo; c Cáp bện hỗn hợp
Trang 13Máy nâng chuyển Trang 9
2.1.1.3 Tính chọn cáp:
Trong quá trình làm việc, các sợi thép trong cáp chịu lực phức tạp như: uốn, nén, xoắn, dập… trong đó kéo là chủ yếu Để tính chọn cáp người ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau:
S max n≤ [S đ ], (2-1) Trong đó:
n: Hệ số an toàn [S đ ]: Lực kéo đứt cho phép, thường được xác định bằng thực nghiệm
Trong thực tế quá trình phá hỏng cáp không xảy ra đột ngột Các sợi thép trong quá trình chịu lực sẽ bị đứt dần vì mõi, cho đến khi số sợi thép bị đứt tính trên một bước bện cáp quá nhiều sẽ dẫn đến đứt cáp
Tuổi thọ của dây cáp được quy định trên cơ sở số sợi thép bị đứt tính trên một bước bên cáp
Bảng 2.1 Hệ số an toàn của cáp thép
Cáp nâng vật trong các thiết bị dẫn động bằng động cơ
Trang 14Máy nâng chuyển Trang 10
Để hạn chế phá hỏng các sợi thép do mõi, người ta định tỷ số đường kính cáp và đường kính ròng rọc (tang):
e d
D
c
Bảng 2.2 Hệ số e dùng cho các loại cơ cấu nâng vật, nâng cần và palăng điện
Bảng 2.3 Quy định số sợi thép bị đứt tính trên một bước cáp bện cáp
Hệ số an toàn n
Kết cấu cáp
2.1.2 Thiết bị cố định đầu cáp
Dây cáp phải được cố định một đầu trên thân máy (vào chốt, trục), đầu kia cố định trên tang
Để cố định đầu cáp trên thân máy có thể dùng các phương pháp sau:
- Phương pháp tết cáp
Trang 15Máy nâng chuyển Trang 11
- Phương pháp dùng bu lông kẹp
- Phương pháp dùng ống côn
- Phương pháp dùng khóa chêm
Để tránh sự tiếp xúc giữa dây cáp và chốt người ta thường dùng vòng lót cáp
- Trường hợp dùng bu lông, tính lực siết theo công thức:
c
S n P
2
Trong đó:
c: Hệ số cản chuyển động (c = 0,35 ÷ 0,4) n: Hệ số an toàn kép cáp (n = 1,25 ÷ 1,5) S: Lực căn dây
Hình 2.3 Các phương pháp cố định đầu cáp
a Tết cáp; b, c Dùng bu lông kẹp; e Dùng ống côn; f Dùng chêm
Kiểm tra bền cho bu lông:
4
.
3 , 1
2 1
d Z
P
Trong đó:
P: Lực siết bu lông
Z: Số bu lông
d 1 : Đường kính bu lông
Trường hợp dùng khóa chêm: góc chêm α/2<ρ với ρ là góc ma sát, α là góc chêm
Trang 16Máy nâng chuyển Trang 12
Để cố định cáp trên tang, có thể dùng các phương pháp như:
- Tấm đệm đặt trong lòng tang kết hợp với bu lông
- Chêm đặt trong lòng tang
- Tấm kẹp kết hợp với bu lông giữ cáp trên bề mặt tang
Tính toán cho trường hợp dùng tấm kẹp giữ cáp trên bề mặt tang bằng bu lông
Để giảm tải cho bu lông kẹp cáp trên tang thường xuyên phải tồn tại ít nhất 1,5 vòng cáp Do đó lực căng cáp tạo vị trí có giá trị;
f A
e
S S
S max
1
Trong đó:
f: Hệ số ma sát giữa cáp với mặt tang
Ma sát giữa cáp – mặt tang và cáp – tấm kẹp
Ma sát giữa cáp – mặt tang
Lực siết bu lông P được xác định theo công thức sau:
c
S n
P 1
65 , 0
Trong đó:
n: Hệ số an toàn kẹp cáp n = (1,25 ÷ 1,5)
c: Hệ số cản chuyển động của cáp trong tấm kẹp c = (0,35 ÷ 0,4)
0,65 là giá trị kể đến ảnh hưởng của ma sát giữa cáp với bề mặt tang
tra bu lông theo công thức:
1 2
1 0 , 1
4
.
3 , 1
d Z
l f P d
Z
P
2.2 RÒNG RỌC
Ròng rọc thường được chế tạo từ vật liệu thép hoặc gang xám bằng phương pháp đúc hoặc gia công cơ Thường được chế tạo liền khối nếu đường kính không lớn (<600 mm) hoặc chế tạo ghép với mayơ
Phân biệt puly có đường trục cố định (puly cố định) và puly có đường trục di động