Thiết kế cầu trục 10 tấn

CHƯƠ G 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN Máy n ng chuyển là khoa học nghiên cứu việc cơ giới hóa quá trình n ng chuyển các vật nặng, là thiết bị dùng để thay đ i vị trí của đ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CẦU TRỤC 10 TẤN

Người hướng dẫn: TS BÙI MINH HIỂN

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TUẤN HOÀNG

Đà Nẵng, 2019

ỜI I Ầ

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

Đ án tốt nghiệp là minh chứng cho sự quan trọng trong quá trình đào tạo trở thành người kỹ sư Quá trình thực hiện đ án giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về những kiến thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập, đ ng thời n ng cao khả n ng vận dụng sáng tạo những kiến thức này để làm đ 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 ách Khoa Đà N ng, em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định Và được sự đ ng của

nhà trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp: cầu rục 10 ấn”.

Đ án tốt nghiệp của g m 8 chương:

 Chương 1: Giới thiệu chung về thiết bị n ng chuyển

 Chương 2: Ph n tích và lựa chọn phương án

 Chướng 3: Tính toán thiết kế cơ cấu n ng

 Chương 4: Tính toán cơ cấu di chuyển xe l n

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

 Chương 6: Tính kết cấu kim loại

 Chương 7: Tính sức bền cơ cấu bằng phần mềm

 Chương 8: Hướng dẫn an toàn và sử dụng máy

ằng sự cố g ng n lực của bản th n và đặc biệt là sự giúp đ tận tình, chu đáo của

thầy TS BÙI MI H HIỂ , em đã hoàn thành đ án đúng thời hạn o thời gian làm

đ án có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi nhiều thiếu sót m rất mong nhận được sự đóng góp kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh viên

để đ án hoàn thiện hơn

Đà N ng, ngày 30 tháng 5 n m 2019 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tuấn Hoàng

DUT.LRCC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN 5

1.1 Giới thiệu về máy nâng chuyển 5

1.1.1 Phân loại máy nâng chuyển 5

1.1.2 Các thông số cơ bản của máy trục 7

1.2 Giới thiệu về cầu trục 10

1.2.1 Đặc điểm 10

1.2.2 Cấu tạo cơ bản của cầu trục 11

1.2.3 Phân loại cầu trục 11

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 13

2.1 Chọn phương án truyền động cơ cấu nâng 13

2.1.1 Phương án 1 13

2.1.2 Phương án 2 13

2.1.3 Phương án 3 14

2.2 Phương án truyền động và di chuyển xe l n 14

2.2.1 Phương án 1 14

2.2.2 Phương án 2 15

2.2.3 Phương án 3: 15

2.3 Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu 16

2.3.1 Phương án 1 16

2.3.2 Phương án 2 16

2.3.3 Phương án 3 17

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG 18

3.1 Phân tích chung 18

3.2 Tính toán cơ cấu nâng 19

3.2.1 Chọn loại dây cáp 19

3.2.2 Pal ng giảm lực 20

3.2.3 Tính kích thước dây cáp 21

3.2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc 21

3.2.5 Chọn động cơ điện 23

3.2.6 Tỷ số truyền chung 24

3.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt 25

3.2.8 Tính và chọn phanh 28

3.2.9 Bộ truyền 31

3.3 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng 53

DUT.LRCC

3.3.1 Khớp nối trục 53

3.3.2 Móc và móc treo 54

3.3.3 Bộ phận tang 55

CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN X LĂN 61

4.1 Sơ đ dẫn động cơ cấu 61

4.2 Chọn bánh xe và ray 61

4.3 Tải trọng lên bánh xe 61

4.4 Động Cơ Điện 64

4.5 Tỷ Số Truyền Chung 65

4.6 Kiểm Tra Động Cơ Điện Về Mômen mở máy 65

4.7 Phanh 66

4.8 Bộ Truyền 66

4.9 Các bộ phận của cơ cấu di chuyển xe l n 66

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU TRỤC 73

5.1 Bánh Xe Ray 73

5.2 Chọn Động Cơ 75

5.3 Tỷ số truyền chung 76

5.4 Kiểm tra động cơ điện 76

5.5 Phanh 77

5.6 Bộ Truyền 77

CHƯƠNG 6: TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI 78

6.1 Phân tích và lựa chọn kết cấu dầm 78

6.1.1 Phương án 1 78

6.1.2 Phương án 2 78

6.1.3 Phương án 3 79

6.2 Tính Tải Trọng 80

6.3 Xác Định Kích Thước Tiết Diện Của Dầm chính 81

6.4 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính 83

6.5 Tính Tiết Diện Gối Tựa Của Dầm Chính 86

6.6 Tính độ bền của ray dưới xe l n 88

6.7 Tính mối ghép hàn 88

6.8 Tính dầm cuối 90

6.9 Tính dầm đặt ray di chuyển cầu 92

CHƯƠNG 7: TÍNH SỨC BỀN CƠ CẤU BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS 95

7.1 Giới thiệu chung về phần mềm solidwork 95

7.1.1 T ng quan 95

DUT.LRCC

7.1.2 Một số chức n ng cơ bản trong solidworks 95

7.2 Phân tích lực, tính ứng suất dầm chính 95

7.2.1 Phân tích lực 95

7.2.2 Tính ứng suất của dầm bằng phần mềm solidworks 96

CHƯƠNG 8: HƯỚNG DẪN AN TOÀN VÀ SỬ DỤNG MÁY 99

8.1 An toàn trong sử dụng máy 99

8.2 Hướng dẫn sử dụng máy 100

KẾT LUẬN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DUT.LRCC

CHƯƠ G 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN

Máy n ng chuyển là khoa học nghiên cứu việc cơ giới hóa quá trình n ng chuyển

các vật nặng, là thiết bị dùng để thay đ i vị trí của đ i tượng nhờ thiết bị mang vật trực tiêp như móc treo, hoặc thiết bị gián tiếp như gầu ngoạm, nam ch m điện, b ng tải,… Như vậy máy n ng chuyển đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất như giảm nhẹ sức lao động cho công nh n và n ng cao n ng 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): Đ y là loại thiết bị mà quá trình làm việc lặp lại

có chu kỳ Một chu kỳ công tác bao g m 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 n ng người ta còn ph n biệt:

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, pal ng xíc, vận th ng x y dựng…

Hình 1.1: Palang

 Máy trục dạng cầu: Cầu trục, c ng trục ở các loại thiết bị này, ngoài chuyển động n ng hạ vật, còn có các chuyển động tịnh tiến ngang và dọc để di chuyển vật n ng đến vị trí yêu cầu

DUT.LRCC

Hình 1.2: Cầu trục

quay cần hoặc thay đ i khẩu độ của cần Vị trí của vật đƣợc xác định với R góc quay trong mặt phẳng ngang và độ cao z Nhóm máy này có các loại nhƣ cần trục tháp, cần trục tự hành, cần trục thiếu nhi,…

Hình 1.3: Cần trục

đặt thẳng đứng, vật đƣợc n ng hạ dọc theo cột Nhóm này có các loại nhƣ thang máy, xe n ng hàng,…

Hình 1.4: Xe nâng hàng

DUT.LRCC

 Đối với máy vận chuyển liên tục người ta ph n thành các loại

l c, b ng tải rung,…

chuyển vận liệu

Hình 1.5: Máy vận chuyển liên tục

b Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc

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

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

k 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 n ng 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 n ng, Khẩu độ đối với máy trục dạng cầu;

- Độ cao n ng, tầm với đối với các loại cần trục

DUT.LRCC

d Ch độ làm việc của máy trục

- Có thể xem chế độ làm việc của máy trục như là một thông số t ng hợp c n 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 k hiệu từ A1 đến A8 Đối với các cơ cấu trong máy n ng tiêu chuẩn quy định 8 nhóm chế độ làm việc được

k hiệu từ M1 đến M8

- Các nhóm chế độ làm việc đối với máy trục được xác định trên cơ sở phối hợp

10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu U0 đến U9 và 4 cấp sử dụng máy

theo tải được k hiệu từ Q1 đến Q4

- Tương tự chế độ làm việc đối với các cơ cấu trong máy n ng cũng được xác định trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu T0 đến T9

và 4 cấp sử dụng máy theo tải được kí hiệu từ L1 đến L4

e Các loại tải tác dụng lên máy

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

f Các rường hợp tải trọng tính toán

rường ợp 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 th n 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

rường ợp 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 th n máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động lớn 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

DUT.LRCC

rường ợp 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 th n 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 n định

g ều kiện an toàn của máy trục:

- Trong thực tế tần suất xảy ra tai nạn trong sử dụng máy n ng là lớn hơn rất nhiều so với các loại máy khác o vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy n ng

là vấn đề quan trọng được đặt lên hàng đầu

- Với cầu trục l n do có nhiều bộ phận máy l p 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 l u …

- Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe, trục quay phải có vỏ bọc an toàn nhằm ng n những mảnh v v ng 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 g y 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 nh n không được đứng trên vật n ng hoặc bộ phận mang để di chuyển cùng với vật cũng như không được đứng dưới vật n ng 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

DUT.LRCC

- Trong công tác an toàn sử dụng cầu trục người quản l có thể cho l p thêm các thiết bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nh n khi làm việc

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

vị trí cuối hành trình của xe l n hay cơ cấu di chuyển c ng trục Các công t c này được nối với các thiết bị đèn hoặc m thanh báo hiệu nhằm báo cho người

sử dụng biết để dừng máy Đ ng thời củng có thể nối trực tiếp với hệ thống điều khiển để tự động ng t thiết bị khi có sự cố xảy ra

Như vậy để hạn chế tối đa tai nạn xảy ra đòi hỏi người công nh n sử dụng máy phải có

thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên

1.2.1 ặc đ ểm

Hình 1.6: Cầu trục

Cầu rục: là một loại thiết bị dùng để n ng, 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 đ ểm của cầu rục:

- Cầu trục là một trong những thiết bị n ng 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 l p đặt và sử dụng, bảo dư ng

- Ngoài ra, cầu trục có thể đáp ứng được nhu cầu n ng hạ vật có tải trọng rất nặng đến cả nghìn tấn mà không một thiết bị n ng hạ nào có thể đáp ứng được Tải trọng cầu trục đa dạng từ 500kg đến tối đa cả nghìn tấn

 ược đ ểm của cầu rục:

- 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

DUT.LRCC

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

1.2.2 Cấu tạo cơ bản của cầu trục

Ở Việt Nam thường chỉ t hợp các loại pa l ng có tải trọng lớn, yêu cầu đặc biệt

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

- Ph n loại theo công dụng:

chuyển l p ráp và sửa chữa máy móc

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

- Ph n loại theo cách dẫn động cơ cấu:

kéo tay (hệ thống đĩa xích kéo tay )

(Pal ng )

- Ph n loại theo kết cấu dầm:

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

hoặc dầm t hợp với các dầm thép t ng cứng cho dầm, cầu trục một dầm

thường dùng pa l ng điện chạy dọc theo dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển

pa l ng

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

chữa thay thế tua bin máy phát, trạm ngu n,

nhiệt độ rất cao

bốc vật liệu rời (than, cát )

bốc thép tấm,

 K luận c ung:

Theo như những gì đã trình bày, ta thấy hiện nay thiết bị n ng 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

b ích, cũng như n m vững những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy, tính toán thiết kế, chọn cấp chính xác, l p ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, về dung sai l p ghép

và các số liệu tra cứu

DUT.LRCC

CHƯƠ G 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌ PHƯƠ G Á

2.1.1 P ương 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 n ng 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 r ng

- Ưu điểm: Trục ra hộp giảm tốc không trùng với trục tang nên dễ chế tạo, l p ráp

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 n ng 2

DUT.LRCC

- 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, l p r p và bảo

dư ng, lực ph n bố trên tang không n định ảnh hưởng đến hộp giảm tốc

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

2.1.3 P ương 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 n ng 3

- 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, l p ghép, bảo dư ng

- Nhược điểm: Có nhiều chi tiết hơn PA2

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

 K luận: Theo như đã ph n tích ở trên thì ta chọn phương án 3

2.2.1 P ương án 1

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

Hình 2.4: Phương án truyền động và di chuyển xe l n 1

DUT.LRCC

- Ưu điểm: Phương án nhỏ gọn g m một hộp giảm tốc, một động cơ, bốn khớp nối

- Truyền động đơn giản, chiếm ít trên xe l n thuận tiện cho việc bố trí trên các xe l n

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

2.2.2 P ương án 2

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

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, truyền động ch c ch n có sự

đ ng bộ giữa hai bánh xe cao,

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

2.2.3 P ương 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 l n3

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

- Nhược điểm: Phương án này tốn nhiều động cơ, phanh ,việc giải quyết đ ng tốc giữa hai bánh xe khó kh n

 K luận: như đã ph n tích ta chọn phương án 1

DUT.LRCC

2.3 Lựa chọn p ương án ruyền động di chuyển cầu

2.3.1 P ương 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

2.3.2 P ương 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

DUT.LRCC

- 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 đ ng vận tốc ở hai bánh xe

2.3.3 P ương 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

- Ưu điểm: Đảm bảo đ ng 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

 K luận: Như đã ph n tích trên thì ta chọn phương án 1

 K uận c ung:

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

CHƯƠ G 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

 Yêu cầu khi tính toán và thiết kế cơ cấu n ng:

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

Có hai loại cơ cấu n ng:

Hình 3.1: Cơ cấu n ng bằng tay

Hình 3.2: Cơ cấu n ng bằng điện

Cơ cấu dẫn động bằng tay không phù hợp yêu cầu thiết kế nên ở đ y không đi vào phân tích Cơ cấu n ng 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 n định cao khi làm việc

o đó, cơ cấu n ng phải được chế tạo với chất lượng tốt của tất cả các kh u, ở

đ y dùng tang kép quấn một lớp cáp, có c t rãnh đảm bảo độ bền l u cho cáp

DUT.LRCC

ộ truyền phải được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín, ng m dầu, bôi trơn tốt, các trục thường dùng l n.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 đ động học cơ cấu n ng:

Hình 3.3: Sơ đ động cơ cấu n ng

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 d y khác như xích hàn, xích tấm và loại d y 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 g y n khi làm việc

- Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp

- Đảm bảo độ bền l u, thời hạn sử dụng lớn

Trong các kiểu kết cấu d y 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 l u hỏng và được sử dụng 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]

DUT.LRCC

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

Pal ng g m hai ròng rọc di động và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm





)

1(

)1(max 

a = 2 : Bội suất của pal ng

m = 2 : Số nhánh cáp cuốn lên tang

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

98,01(2

)98,01(102100)

1(

)1(

t a

m

Q S







≈ 25800(N) Hiệu suất của pal ng xác định theo công thức 2-21[I]

25800.2.2

102100max



S a m

Qo S

So p



Trong đó : So =

a m

Qo

.DUT.LRCC

Hình 3.4: Sơ đ nguyên l Pal ng

Xuất phát từ điều kiên theo công thức (2-10) với loại d y đã chọn trên,

được loại cáp bện đôi kiểu ΠΚ-P có lực kéo đứt là Sđ = 160500 N > Sđ yêu cầu

3.2.4 ín các íc ước cơ bản của tang và ròng rọc

a ường 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 g y ra mỏi và đảm bảo độ bên l u 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 ảng 2 4-[I]

dc = 16,5 mm – Đường kính d y cáp quấn trên tang

 Dt ≥ 16,5.(25-1) = 396(mm)

Ròng rọc c n 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)

DUT.LRCC

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 Pal ng kép

L’= L0’+2L1+2L2+L3

Hình 3.5: Sơ đ xác định chiều dài tang

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

và bội suất pa l ng a=2

l = H.a = 6.2 = 12 m

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

0 '

)

L Z

c t

12 )

L Z

c t

nên phải c t thêm 3 vòng rãnh nữa trên tang, o đó :

L1 = 3.t = 3.20 = 60 (mm)

DUT.LRCC

Vì tang được c t rãnh, cáp cuốn một lớp, nên không phải làm thành bên, tuy nhiên ở

Khoảng cách L3: ng n cách giữa hai nữa c t rãnh:

L3 = L4-2.hmin.tgα Trang 21[I]

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 c ng cáp lớn nhất ở nhánh cáp cuốn lên tang

ζ: Chiều dầy thành tang ; t bước rãnh

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

θ = 0,8: Hệ số tính đến sự s p xếp không đều của d y cáp trên tang

t

S k

n

max





20.15

25800.8,0

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

k= 5

/1135

565

mm N k

.1000.60

ηp = 0,97 hiệu suất pa l ng 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

r ng trụ

87,0.1000.60

5,14.100000

1000.60

Tương ứng với chế độ trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện AOC2-81-8 theo atlat máy n ng chuyển tờ 22 có các đặc tính sau đ y:

Công suất danh nghĩa Ndc = 27,5 ( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 700 (vòng/phút)

Hệ số quá tải: max  2 , 0

dn

M M

Momen vô l ng :(GiDi2)rôto = 44 Nm2

14 , 3

2 5 , 14

3.2.7 Kiểm ra động cơ đ ện về nhiệt

Hình 3.6: Sơ đ gia tải của cơ cấu n ng

Sơ đ thực tế sử dụng cầu l n 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 lƣợng

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 đƣợc kiểm tra về nhiệt

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

98,01(2

)98,01(102100)

1(

)1(

t a n

m

Q S







≈ 25800(N) c) Momen trục động cơ khi n ng vật, theo công thức 2-79- [I]

88 , 0 5 , 31 2

2 4165 , 0 25800

2

max

0



t i

m D S

98,01.(

2

98,0)

98,01.(

102100)

1(

)

1.(





= 25300 N e) Momen trục động cơ khi hạ vật, theo công thức 2-80 [I]

DUT.LRCC

Nm

i

m D S

5 , 31 2

88 , 0 2 4165 , 0 25300

2

.

( 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

i

i D G

 ≈(GiDi2)rôto+GiDi2)khớp= 44 + 20,25 = 64,25 Nm2Với Momen vô l ng: (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

( GiDi2)khớp = 0,45.G.d2 = 20,25 Nm2

Ta có: β=1,1 ÷ 1,2 , Hệ số ảnh hưởng quán tính các chi tiết trên các trục sau trục

7,7025,64.1,

D G

i



chiều kiểu d y cuốn, Mm xác định theo công thức 2-75[I]

5,28,1(2

387675(375

700.4165,0.102100)

387675.(

375

700.7,70

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

87,0.5,31.2)

387675(375

700.4165,0.102100)

387675.(

375

700.7,70

2 2

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 3.1:

h m

Thời gian chuyển động với vận tốc n định:

s v

H t

n

5 , 14

6 60

M

2 2

tv: Thời gian chuyển động với vận tốc n định khi làm việc với từng tải trọng

làm việc trong các thời kỳ chuyển động n định và không n định

M

2 2

=

73 , 250

2 , 19726763 2

,

= 289,2 (Nm)

DUT.LRCC

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

9550

700.2,2899550

- Phanh dùng để hãm hoặc điều chỉnh tốc độ cơ cấu, triệt tiêu được động n ng 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 n ng hạ đều phụ thuộc vào hệ thống phanh, do đó cơ cấu n ng 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 t m … vvv… có thể phanh thường đóng hoặc thường

mở

 Theo như đã ph n tích ở trên ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng và được bố trí trên trục động cơ vì những l do sau :

an toàn sẽ cao hơn cho cơ cấu n ng khi làm việc với tải trọng lớn

xảy ra thì phanh vẫn đóng vật n ng ở tư thế treo, không bị rơi đột ngột

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

87 , 0 4165 , 0 102100

75 , 1

2

.

D Q n

= 498 Nm Trong đó η hiệu suất cơ cấu n ng

Qua Việc ph n tích tính toán ở trên, ta chọn loại phanh má điện xoay chiều, ký

Hình 3.7: Sơ đ nguyên l 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 dƣ ng hoặc thay mới má phanh;

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

15 Vít hạn chế hành trình phanh

DUT.LRCC

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

l f D

l M

P ph

.0

l M P

o

ph

9,10539

,0.35,0.3,0

200.498

Khi m phanh lò xo chính bị ép thêm một khoảng dẫn đến lực sẽ t ng lên

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

Mn = P.a = 1159,29.0,06 = 69,56 Nm

vậy có thể chọn nam ch m điện có các thông số đ y:

Momen nam châm hút: Mn = 69,56 Nm

P c   P  ng Trong đó :

Pp = 2÷8 Lấy Pp = 5kg

a

M P

P

P c P ng 1279,29

60

420050

29,

Định luật húc cho biến dạng lò xo: F = k.Δx

Với k: là độ cứng của lò xo

Δx: độ biến dạng lò xo

004,0

2,1407

Áp lực má phanh lên bánh phanh

N f

D

M

N ph 4742,85

35,0.3,0

360



 D B

N

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

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

360

70.80.300.14,3

7,3606

360.0

Khe hở lớn nhất giữa má phanh và bánh phanh xác định theo công thức 35-[I]

2-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

3.2.9 Bộ truyền

Bộ truyền sẽ được thiết kế dưới dạng hộp giảm tốc hai cấp bánh r ng trụ, trục ra

và trục vào quay về một phía

Các thông số cần thiết :

Số vòng quay trục vào: n1 = 700 vòng/phút

Động cơ dẫn động : N = 27,5 Kw

Tỉ số truyền chung của hộp là: i = 31,5

a 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 r ng cấp nhanh

DUT.LRCC

cc cn

i i

i i

2,1

5,31

*

Vậy tỷ số truyền đƣợc ph n phối lại nhƣ sau:

55 ,

55 ,

53 , 22 10 55 , 9 10

55 ,

ζb = 540 N/mm2

ζ chảy = 270 N/mm2

HB = 200

- Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất cho phép

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

M M

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn

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

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:

K n

u

.1

344

mm N

2,232

mm N

10.05,1

n

N k

113.4,0

26,26.3,1.2,6.520

10.05,1

700 310 14 , 3 2 ) 1 ( 1000 60

2 1000

60

.

s m i

n A n

d V

310 2 1

2

i

A d

3,158,1

3 , 1

58 , 1

A

Z 22,2

)12,6(4

320.2)1(

.2

Hệ số dạng r ng : ảng 3-18[6]

y1=0,392 ; y2=0,517

128.700.22.4.392,0

26,26.45,1.10.1,19

10.1,19

2 6

1 2 1

6 1

b n Z m y

N k

=> ζu2<[ζ]u2 thoả mãn điều kiện

Kiểm nghiệm sức bền bánh r ng 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

/7,496113

.128

26,26.3,1.)12,6(.2,6.320

10.05,1

mm N

Thoả mãn điều kiện

 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

DUT.LRCC

2

2055363

2

- Định ứng suất tiếp xúc và ứng uốn cho phép:

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

M M

16

6 0  



td N

N

N K

Vậy số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ :

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

Giới hạn mỏi uốn của bánh nhỏ

mm N

322

mm N

10.05,1

n

N k

1,22.45,0

53,22.3,1.1,5.650

10.05,1

113 430 14 , 3 2 ) 1 ( 1000 60

2 1000

60

.

i

n A n

410.21

.2

5,184

d

b

với ψd1 = 1,37 tra bảng 3-12[6] tìm đƣợc kttbảng = 1,19

Hệ số tải trọng tập trung thực tế :

2

119,12