Thiết kế cổng trục tải trọng 25 tấn

Thiết kế cổng trục tải trọng 25 tấn Thiết kế cổng trục tải trọng 25 tấn Thiết kế cổng trục tải trọng 25 tấn luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CỔNG TRỤC TẢI TRỌNG 25 TẤN

Người hướng dẫn: PGS.TS ĐINH MINH DIỆM

Sinh viên thực hiện: HOÀNG ĐẠI NGHĨA

Họ tên sinh viên: HOÀNG ĐẠI NGHĨA Số thẻ sinh viên: 101140100

Lớp:14C1B Khoa:Cơ khí Ngành: Chế tạo máy

1 Tên đề tài đồ án:Thiết kế cổng trục tải trọng 25 tấn

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

• Tải trọng: 25 ( t )

• Khẩu độ: 30 (m)

• Chiều cao nâng: 9 (m)

• Vận tốc nâng: 3,7 (m/ph)

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

• Giới thiệu tổng quan về thiết bị nâng chuyển, cổng trục

• Phân tích và chọn phương án thiết kế cổng trục

• Tính toán và thiết kế cơ cấu nâng hạ của cổng trục 25 tấn

• Tính toán và thiết kế cơ cấu di chuyển xe con

• Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển cổng trục

• Tính toán và thiết kế dầm chính

• Tính toán thiết kế cơ cấu an toàn ( phanh, móc treo, cáp,…)

• Các quy phạm an toàn trong lắp đặt và sử dụng hệ thống điều khiển của

cổng trục

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

• Bản vẽ cơ cấu nâng (1A0)

• Bản vẽ cơ cấu xe di chuyển ( 1A0)

• Bản vẽ kết cấu dầm chính (1A0)

• Bản vẽ kết cấu khung xe ( 1A0)

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 18/02/2019

7 Ngày hoàn thành đồ án: 25/05/2019

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 02 năm 2019

Trưởng Bộ môn công nghệ vật liệu Người hướng dẫn

TS TÀO QUANG BẢNG PGS.TS: ĐINH MINH DIỆM

LỜI NÓI ĐẦU

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các Thầy (Cô) giáo trường

Đại học bách khoa Đà Nẵng đã chỉ dạy em tận tình trong 5 năm học qua Em xin chân thành cảm ơn các Thầy (Cô) trong khoa Cơ Khí, ngành chế tạo máy trường Đại học bách khoa Đà Nẵng đã nhắc nhở, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và làm đề tài tốt nghiệp

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sâu sắc Thầy giáo hướng dẫn đã nhiệt tình chỉ dạy, hướng dẫn, giúp đỡ em trong thời gian làm đề tài tốt nghiệp

Em cũng xin chân thành cảm ơn Thầy (Cô) giáo bộ môn đã bỏ thời gian quý báu của mình để đọc, nhận xét, duyệt đồ án của em

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy trong khoa cơ khí đã bỏ thời gian quý báu của mình để đọc, nhận xét và chấm đề án này

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 02 năm 2019

Sinh viên thực hiện

HOÀNG ĐẠI NGHĨA

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN 2

1.1.1 Giới thiệu chung 2

1.1.2 Phân loại máy nâng chuyển 3

1.2 GIỚI THIỆU CỔNG TRỤC VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA CỔNG TRỤC 4

1.2.1 Tìm hiểu chung về cổng trục 4

1.2.2 Các thông số cơ bản của máy trục 5

1.3 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN ( RAY, THIẾT BỊ MANG VẬT, CÁP,…) 7

1.3.1 Giới thiệu chung về ray và bánh xe 7

1.3.2 Giới thiệu chung về thiết bị mang tải 9

1.3.3 Giới thiệu chung về cáp 10

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CỔNG TRỤC 12

2.1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU 12

2.2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾT CẤU NÂNG HẠ 12

2.2.1 Phân tích chung 12

2.2.2 Chọn phương án thiết kế cơ cấu nâng hạ 13

2.3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CƠ CẤU XE NÂNG HẠ 15

2.3.1 Phân tích chung 15

2.3.2 Chọn phương án thiết kế cơ cấu di chuyển xe nâng hạ 16

2.4 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN CỔNG TRỤC 17

2.4.1 Phân tích chung 17

2.4.2 Chọn phương pháp thiết kế cơ cấu di chuyển cổng trục 18

2.5 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CỔNG TRỤC 20

2.5.1 Phân tích chung 20

2.5.2 Chọn phương án thiết kế dầm chính 20

2.5.2 Chọn phương án liên kết giữa chân cổng trục với dầm chính 23

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CỦA CỔNG TRỤC 25 TẤN 25

3.1 TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG 25

3.1.1 Chọn palăng giảm lực 25

3.1.2 Trình bày phương án thiết kế cơ cấu nâng hạ 27

3.1.3 Tính kích thước của tang và ròng rọc 27

3.1.4 Chọn động cơ điện: 30

3.1.5 Tỷ số truyền chung 31

3.1.6 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt 32

3.2 THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC CƠ CẤU NÂNG HẠ 36

3.2.1 Phân phối tỷ số truyền 37

3.2.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh 38

3.2.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian 45

3.2.4 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm 46

3.2.5 Thiết kế các trục của hộp giảm tốc 47

3.2.6 Tính toán ổ trượt 67

3.3 CÁC BỘ PHẬN KHÁC CỦA CƠ CẤU NÂNG 70

3.3.1 Khớp nối trục vòng đàn hồi 70

3.3.2 Bộ phận tang 72

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON 82

4.1 BÁNH XE VÀ RAY 82

4.2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN 86

4.3 TỶ SỐ TRUYỀN CHUNG 87

4.4 KIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆN VỀ MOMEN MỞ MÁY 87

4.5 THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC CHO CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON 90

4.5.1 Phân phối tỉ số truyền 90

4.5.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh 91

4.5.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian 93

4.5.4 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm 95

4.5.5 Tính đường kính sơ bộ của các trục 96

4.6 CÁC BỘ PHẬN KHÁC CỦA CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON 97

4.6.1 Trục bánh dẫn 97

4.7 Ổ ĐỠ TRỤC BÁNH XE 104

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN CỔNG TRỤC 107

5.1 BÁNH XE VÀ RAY 107

5.2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN 110

5.3 TỶ SỐ TRUYỀN CHUNG 111

5.4 KIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆN VỀ MOMEN MỞ MÁY 111

5.5 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CƠ CẤU DI CHUYỂN CỔNG TRỤC 113

5.6 CÁC BỘ PHẬN KHÁC CỦA CƠ CẤU DI CHUYỂN CỔNG TRỤC 114

5.6.1 Trục bánh dẫn 114

5.6.2 Ổ đỡ trục bánh xe 120

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 124

6.1 TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN 124

6.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CỦA DẦM 125

6.3 ỨNG SUẤT Ở TIẾT DIỆN GIỮA CỦA DẦM CHÍNH 129 6.4 TÍNH TIẾT DIỆN GỐI TỰA CỦA DẦM ĐƯỢC HÀN LIỀN VỚI DẦM

6.5 TÍNH ĐỘ BỀN CỦA RAY DƯỚI XE LĂN 136

6.6 TÍNH MỐI GHÉP HÀN 137

6.7 KIỂM TRA THỜI GIAN TẮT DẦN DAO ĐỘNG CỦA DẦM CHÍNH 138

CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU AN TOÀN (PHANH, MÓC, DÂY CÁP) 140

7.1 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH 140

7.1.1 Tính và chọn phanh của cơ cấu nâng 140

7.1.2 Tính chọn phanh của cơ cấu di chuyển xe con 144

7.1.3 Tính và chọn phanh của cơ cấu di chuyển cổng trục 145

7.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ DÂY CÁP 146

7.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓC CÁP 147

CHƯƠNG VIII: CÁC QUY PHẠM AN TOÀN TRONG LẮP ĐẶT VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA CỔNG TRỤC 152

8.1 QUY PHẠM AN TOÀN TRONG LẮP ĐẶT 152

8.2 QUY PHẠM AN TOÀN TRONG SỬ DỤNG 152

8.3 CÁC THIẾT BỊ AN TOÀN DÙNG TRONG CỔNG TRỤC 154

8.3.1 Công tắc hạn chế hành trình nâng 154

8.3.2 Công tắc hạn chế quá tải 155

8.3.3 Công tắc cuối của cơ cấu di chuyển 155

8.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CỔNG TRỤC 155

KẾT LUẬN 159

TÀI LIỆU THAM KHẢO 160

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 3.1: Bảng thông số tính toán các trường hợp tải trọng Q1, Q2, Q3, Q4

Hình 1.1: Hình ảnh về cầu trục tại một công ty

Hình 2.14: Cổng trục có một chân liên kết cứng và một chân liên kết với dầm chính nhờ khớp quay

Hình 2.15: Cổng có một liên kết với dầm và một liên kết với khớp cầu Hình 3.1: Hình ảnh palăng đơn (A) và palăng kép (B)

Hình 3.2: Pa lăng

Hình 3.3: Sơ đồ động của cơ cấu nâng

Hình 3.4: Sơ đồ xác định chiều dài tang

Hình 3.5: Biểu đồ gia tải chuẩn của cơ cấu

Hình 3.6: Hộp giảm tốc ba cấp khai triển

Hình 3.7: Sơ đồ phân tích lực

Hình 3.8: Biểu đồ mômen trục I

Hình 3.9: Biểu đồ mômen trục II

Hình 3.10: Biểu đồ mômen trục III

Hình 3.11: Biểu đồ mômen trục IV

Hình 3.12: Cặp cáp quấn trên tang với tấm cặp hai bulông

Hình 5.2: Sơ đồ phân tích lực cơ cấu di chuyển

Hình 5.3: Sơ đồ tính sức bền của bánh xe

Hình 5.6: Các tải trọng tác dụng lên ổ

Hình 6.1: Tiết diện ngang dầm chính

Hình 6.2: Xác định sơ đồ ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính

Hình 6.3: Sơ đồ xác định tải trọng phụ do lực quán tính tác dụng lên dầm chính của cổng trục

Hình 6.4: Phân bố thanh giằng trên dầm chính

Hình 6.5: Sơ đồ kiểm tra độ ổn định của thành dầm chính

Hình 6.6: Sơ đồ tính tiết diện hàn ghép của dầm chính

Hình 6.7: Tiết diện thanh ngang của gối tựa

Hình 6.8: Phân bố thanh giằng trên dầm chính

Hình 7.1: Phanh điện từ

Hình 7.2 Kết cấu của cáp

Hình 7.3: Sơ đồ móc cáp

Hình 7.4: Hình biểu diễn móc treo

Hình 8.1: Sơ đồ công tắc hạn chế hành trình nâng

MỞ ĐẦU

❖ Mục đích đề tài:

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

❖ Mục tiêu đề tài:

- Phân tích, tính toán và thiết kế các bộ phận của máy

❖ Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

- Phạm vi: Sách chuyên ngành, tài liệu liên quan

- Đối tượng: Cổng trục trọng tải 25 tấn

❖ Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu thực tế: Khảo sát thực tế thu thập thông tin về đề tài

- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu tìm hiểu các tài liệu giáo trình

- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm: Từ việc nghiên cứu tài liệu, giáo trình và các nguồn thông tin tiến hành tính toán thiết kế các phần của đề tài

- Giới thiệu tổng quan về kết cấu máy

- Chọn phương án thiết kế cổng trục

- Tính toán thiết kế cơ cấu nâng hạ

- Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển xe con

- Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển cổng trục

- Tính toán thiết kế cơ cấu dầm chính cổng trục

- Tính toán thiết kế các bộ phận an toàn cổng trục (phanh, cáp, …)

- Các quy phạm an toàn trong sừ dụng cổng trục

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NÂNG

CHUYỂN, CỔNG TRỤC

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN

1.1.1 Giới thiệu chung

Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác với thiết bị mang vật như móc treo, gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu… 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

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 …

Hình 1.1: Hình ảnh về cầu trục tại một công ty

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

1.1.2 Phân loại máy nâng chuyển

Theo đặc điểm làm việc các loại máy nâng và vận chuyển có thể phân thành hai loại

➢ 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 1.2: Hình ảnh về băng tải

Bao gồm máy hoạt động có tính chất chu kì, có tác dụng di chuyển nâng hạ, hoặc kéo tải, trong đó cơ cấu nâng tải là cơ cấu chính được gọi là máy trục Loại này gồm các sản phẩm như kích tời, palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục…

và trong đó thương có vận tốc chậm Vn = 0,05 ÷ 0,1 m/ph , tốc độ di chuyển chỉ 0,1 m/ph

Cổng trục có công dụng chung dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng khối, vât liệu rời bãi , bến cảng hoặc nhà ga Cổng trục chuyên dùng thương được sủ dụng để lắp ráp trong nhà máy thủy điện , nhiệt điện …

Theo kết cấu của dầm chính thì cổng trục không có công xôn và cổng trục có công xôn Dầm cầu có thể được chế tạo dưới dạng dầm hộp dàn, dầm ống, dầm dàn không gian và có thể là một dầm hoặc hai dầm Ray di chuyển xe con trên dầm cầu có thể đặt ở phía dưới dầm

➢ Khẩu độ máy nâng: là khoảng cách tâm giữa hai đường ray của bánh xe

di chuyển máy, được ký hiệu là L ( m)

➢ Khoảng cách hai cầu: là khoảng cách tâm trục bánh trước và bánh sau

của máy, ký hiệu là a (m)

➢ Tầm vươn: là khoảng cách nằm ngang từ tâm quay của máy đến tâm vật

nâng, ký hiệu là L1 ( m) Tầm vươn chỉ có ở các máy cẩu có tay cần

➢ Chiều cao nâng: là khoảng cách thẳng đứng từ vị trí thấp nhất đến vị trí

cao nhất của cơ cấu mang vật khi làm việc, ký hiệu là H (m)

b Các thông số động học

➢ Vận tốc nâng: là tốc độ nâng danh nghĩa của máy nâng, ký hiệu Vn ( m/s

) hay ( m/ph ) Vận tốc nâng phụ thuộc tải trọng nâng, tính chất công việc mà máy nâng phục vụ và nhiều yếu tố khác nữa

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

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

➢ 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

c Tải trọng nâng và tải trọng tính toán

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

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

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

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

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 được lập trên cơ sở quy về sơ đồ một, hai, ba hay nhiều khối lượng

1.3 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ LIÊN QUAN ( RAY, THIẾT BỊ MANG VẬT, CÁP,…)

1.3.1 Giới thiệu chung về ray và bánh xe

Số lượng bánh xe bố trí trên mỗi gối tựa có thể là 1, 2, 3 hoặc 4 bánh Trong trường hợp số lượng bánh xe trên mỗi gối tựa lớn hơn 1 người ta phải dùng các cân bằng để đảm bảo phân bố đêu tải cho bánh xe

Hình 1.5: Hình ảnh về bánh xe

Bánh xe được chế tạo từ thép đúc 40, 55 hoặc trong một số trường hợp có thể dùng thép rèn, thép cán Bánh xe đúc bầng gang chỉ được dùng trong các cần trục dẫn động bằng tay Bề mặt lăn của bánh xe phải được gia công cơ khí với độ chính xác cao

và nhiệt luyện đến độ cứng HB = 300 – 400 song độ cứng mặt lăn bánh xe phải nhỏ hơn độ cứng bề mặt làm việc của ray

Phân loại theo công dụng được phân thành 2 loại: bánh xe chủ động và bị động Bánh xe chủ động nhận chuyển động từ cơ cấu di chuyển và nhờ lực bám giữa mặt lăn của bánh xe và ray mà cần trục hoặc xe con di chuyển trên ray Bánh xe bị động là những bánh xe tựa, có thể quay tự do quanh trục của nó

xe

Hình 1.7: Các dạng ray Tùy theo hình dạng bánh xe ta có trường hợp tiếp xúc đường và trường hợp tiếp xúc điểm

1.3.2 Giới thiệu chung về thiết bị mang tải

Thường dùng để cặp các vật nặng hình khối nhờ ma sát giữa 2 má kẹp với bề mặt vật nâng Để có thể nâng được thì lực ma sát phải đủ lớn

- Thiết bị cặp không đối xứng

Để nâng các vật thể mỏng như dầm thép, tấm thép…

- Thiết bị cặp lệch tâm Chi tiết chính của thiết bị cặp lệch tâm là bánh lêch tâm được nối khớp với khung cặp có lò xo làm bánh lệch tâm luôn có xu hướng xoay theo chiều kim đồng hồ

c Gầu ngoạm

Bộ phận mang tải chuyên dùng với vật liệu rời mang tính tự động cao

Được sử dụng rộng rãi ở bến cảng, kho bãi, nhà ga, các công trường khai thác cát, sỏi, các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng

Hình 1.9: Hình ảnh gầu ngoạm

1.3.3 Giới thiệu chung về cáp

Cấu tạo: Được chế tạo từ các sợi thép bằng phương pháp bện Các sợi thép được

thép bên thành tao cáp hoặc là cáp bện đơn Tao cáp có thể có nhiều lớp sợi với đường kính sợi thép có thể khác nhau

Phân loại:

- Theo cấu tạo: + cáp bện đơn, nếu được bện trực tiếp từ các sợi thép

+ cáp bện kép: được hình thành từ những tao cáp ( cáp bện đơn ) bằng phương pháp bện

+ cáp bện ba: được hình thành bện từ những tao cáp ( cáp bện kép )

Hình 1.10: Các loại cáp theo số lớp bện Theo đặc điểm tiếp xúc: nếu các sợi thép trong cáp tiếp xúc nhau theo điểm, ta

có cáp tiếp xúc điểm

Ngoài ra 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 này là ngược nhau

So với cáp bện chéo thì cáp bện xuôi mềm do vậy tuổi thọ nó 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 1.11: Các loại cáp thép theo cách bện

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CỔNG TRỤC

2.1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU

Trọng tải: 25T => Q = 250000 (N) Trọng lượng bộ phận mang:

Qm = 0.05 × Q = 0.05 × 250000 = 12500 ( N ) (trang 14[2])

Độ cao nâng: H = 9 (m) Khẩu độ: L = 30 (m) Chế độ làm việc của cơ cấu nâng: Theo TCVN 5862 – 1995 dựa vào cấp tải và cấp sử dụng ( theo bảng 2.13 [1] ) ta chọn chế độ làm việc cơ cấu là M4 tức là máy sử dụng ở phân xưởng và sử dụng gián đoạn, đều đặn

Vận tốc nâng: Vn = 3,7 (m/ph)

2.2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾT CẤU NÂNG HẠ

2.2.1 Phân tích chung

Trong một cơ cấu bao giờ cũng có ba phần chính:

Bộ phận công tác: là chi tiết hay bộ phận máy nhận năng lượng hoặc cơ năng của các bộ phận trước đó để thực hiện mục đích chính, nhiệm vụ chính của cơ cấu

Bộ phận truyền động: là phần trung gian nhận biến đổi, phân phối năng lượng và truyền năng lượng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác

Bộ phận dẫn động: là phần phát ra lực ban đầu, sản sinh ra năng lượng đủ để cung cấp cho bộ phận công tác thực hiện chức năng công việc Bộ phận dẫn động gồm

có các loại động cơ điện, thủy lực, khí nén…

Cơ cấu nâng được thiết kế như sau

+ Động cơ điện có hai loại động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều Động cơ điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với ưu điểm năng suất cao, tính bền cao, mômen khởi động lớn, dễ đảo chiều Do đó, khi thiết kế cơ cấu nâng của cổng trục nên ta chọn động cơ điện xoay chiều ba pha là phù hợp

+ Hộp giảm tốc: sử dụng bộ truyền bánh răng trụ, bộ truyền bánh răng bôi trơn ngâm dầu

+ Tang được chế tạo bằng gang xám, có xẻ rãnh Cáp vào rãnh có ứng suất phân

bố đều, tránh được ứng suất tập trung trên cáp, giảm được giá thành so với thép

+ Lựa chọn dựa trên hệ số an toàn cho phép, và tuổi thọ của dây cáp Có hai loại dây cáp có thể sử dụng là cáp bện xuôi và cáp bện chéo

Cáp bện xuôi: có tính mềm, dễ uốn qua ròng rọc và tang, khả năng chống mòn tốt Tuy nhiên do tiếp xúc giữa các sợi cáp là tiếp xúc nên nó có nhược điểm dễ bị tớ khi cáp bị đứt và dễ bị xoắn lại khi một đầu cáp ở trạng thái tự do

Cáp bện chéo: có tính cứng, dễ bị mòn khi làm việc nhưng lại khó bị tớ và không

bị xoắn lại một đầu khi ở trạng thái tự do

Dựa trên ưu nhược điểm của hai loại trên ta chọn cáp bện chéo

+ Phanh sử dụng cơ cấu nâng có nhiều loại như phanh má, phanh đĩa, phanh đai, phanh nón, phanh áp trục, phanh ly tâm Để đảm bảo an toàn và thích hợp với hệ thống dẫn động điện độc lập ta lựa chọn loại phanh thường đóng

2.2.2 Chọn phương án thiết kế cơ cấu nâng hạ

Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng Ngoại lực là trọng lượng và lực quán tính tác dụng lên vật nâng Có hai loại cơ cấu nâng dẫn động bằng tay và cơ cấu nâng dẫn động bằng điện.trong trường hợp này sử dụng cơ cấu nâng dẫn động bằng điện

Sau đây là các phương án để thiết kế cơ cấu nâng hạ

+ Phương án 1:

Hình 2.1: Phương án 1

1 Động cơ 2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc 4 Nối trục

Với phương án này, chuyển động được truyền từ động cơ đến hộp giảm tốc qua khớp nối Trục ra của khớp nối không trùng với trục tang mà thông qua một bộ truyền bánh răng ngoài Cơ cấu này dễ tháo lắp thành các bộ phận riêng biệt, thích hợp khi dùng palăng đơn, tỉ số truyền trong hộp giảm tốc nhỏ nên hộp giảm tốc nhỏ Tuy nhiên kết cấu và kích thước cồng kềnh, phức tạp, nhiều chi tiết, tổn nhiều ổ, tồn tại một bộ truyền ngoài nên không an toàn

+ Phương án 3:

Hình 2.3: Phương án 3

1 Động cơ 2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc 4 Khớp 5 Tang Phương án này kết cấu nhỏ gọn, làm việc an toàn Tháo lắp, sửa chữa, bảo dưỡng dễ dàng

Kết luận: Qua việc phân tích sơ đồ động học của cơ cấu nâng, ta thấy phương

án 3 là tối ưu hơn cả, nên sử dụng phương án 3 làm phương án để tính toán, thiết kế cơ cấu nâng

2.3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CƠ CẤU

XE NÂNG HẠ

2.3.1 Phân tích chung

Cơ cấu di chuyển xe được thiết kế gồm các bộ phận cơ bản sau:

+ Động cơ điện có hai loại là động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều Động cơ điện xoay chiều ba pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với công suất, tính bền cao, momen khởi động lớn, dễ đảo chiều Động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng Tuy nhiên động cơ điện xoay chiều tuy có tính chất thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện một chiều nhưng với tính thông

dụng, bền và kinh tế hơn thì những khuyết điểm của loại động cơ này vẫn chấp nhận được

2.3.2 Chọn phương án thiết kế cơ cấu di chuyển xe nâng hạ

+ Phương án 1:

Hình 2.4: Phương án 1

1 Động cơ 2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc 4 Khớp nối 6 Bánh xe

Phương án này nhỏ gọn , truyền động đơn giản, chiếm không gian nhỏ và thuận tiện cho việc bố trí lên các xe lăn Phương án này tiện tháo lắp các chi tiết ra thành từng cụm, tuy nhiên trục truyền quay với tốc độ bé, mômen xoắn lớn nên kích thước trục to

+ Phương án 2:

Hình 2.5: Phương án 2

1 Động cơ 2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc 4 Khớp nối 6 Bánh xe

Phương án này đơn giản làm việc chắc chắn Tuy nhiên hai ánh xe lắp cùng một trục, khoảng cách không lớn lắm Hai bánh xe quay với vận tốc bé, mômen xoắn trên trục khá cao nên kích thước của trục lớn

Kết luận: Qua việc phân tích hai phương án trên, ta chọn phương án 1 làm

phương án thiết kế và tính toán xe lăn

+ Kết cấu máy gọn nhẹ, dễ chế tạo

+ Giá thành rẻ hơn các phương án khác

+ Đảm bảo sự đồng tốc giữa các bánh xe

2.4 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN CỔNG TRỤC

2.4.1 Phân tích chung

Cơ cấu di chuyển xe con được thiết kế bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

+ Động cơ điện chọn động cơ điện ba pha xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với công suất, tính bền cao, mômen khởi động lớn, dễ đảo chiều, tính thông dụng, bền và kinh tế hơn so với động cơ điện một chiều

+ Hộp giảm tốc: Sử dụng bộ truyền bánh răng trụ, bộ truyền bánh răng bôi trơn ngâm dầu

+ Bánh xe: được chế tạo bằng thép đúc 40, 55 hoặc trong một số trường hợp có thể dùng thép rèn, thép cán Bề mặt lăn của bánh xe phải được gia công cơ khí với độ chính xác cao và nhiệt luyện đến độ cứng HB = 300 – 400 nhưng phải nhỏ hơn độ cứng bề mặt làm việc của ray

+ Phanh sử dụng trong cơ cấu di chuyển có nhiều loại như phanh má, phanh đĩa, phanh đai, phanh nón, phanh áp trục, phanh ly tâm Để đảm bảo an toàn và thích hợp với hệ thống dẫn động điện độc lập ta sử dụng loại phanh thường đóng Trong cơ cấu

di chuyển hiện nay người ta thường dùng phanh đĩa vì sự làm việc chắc chắn và hiệu quả của nó

2.4.2 Chọn phương pháp thiết kế cơ cấu di chuyển cổng trục

+ Phương án 1:

Hình 2.7: Phương án 1

1 Động cơ 2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc 4 Khớp nối 6 Bánh xe

Phương án này chắc chắn, an toàn, khoảng cách hai bánh xe có thể hơn 5 m Tuy nhiên, phương án này có số khớp nối và đoạn trục truyền nhiều, cơ cấu phức tạp Trục truyền làm việc với số vòng quay lớn, mômen xoắn bé nên kích thước trục lớn

+ Phương án 2:

Hình 2.8 Phương án 2

1 Động cơ 2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc 4 Khớp nối 6 Bánh xe

Phương án này cho phép dẫn động ở khoảng cách lớn (L > 12) Các trục truyền quay với tốc độ cao nên mômen xoắn bé, kích thước trục không lớn lắm Tuy nhiên phương án này vẫn tồn tại nhiều khớp nối và trục truyền nên kết cấu cồng kềnh, phức tạp

+ Phương án 3:

Hình 2.9: Phương án 3

1 Động cơ 2 Nối trục đàn hồi

3 Hộp giảm tốc 4 Khớp nối 6 Bánh xe

Phương án này kết cấu nhỏ gọn, có thể truyền động ở khoảng cách khá xa Số khớp nối cũng như trục truyền ít nên cơ cấu ít cồng kềnh, làm việc an toàn Tuy nhiên hai bánh xe thường quay không đồng bộ, vì vậy cần phải thực hiện đồng bộ chuyển động quay bằng điện, cơ khí hay điện tử

Kết luận: Qua việc phân tích những ưu điểm của các phương án, cùng với yêu cầu của cầu trục cần thiết kế, ta chọn phương án 3 làm phương án thiết kế cơ cấu di chuyển cổng trục

2.5 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CỔNG TRỤC

2.5.1 Phân tích chung

Trong máy trục phần kết cấu kim loại chiếm 60 – 80 % khối lượng của toàn máy Vì vậy chọn vật liệu và phương pháp tính để kết cấu kim loại bảo đảm đủ bền khi làm việc và đạt được chỉ tiêu kinh tế là rất quan trọng Phần kết cấu kim loại thường có hai dạng chính: dạng hộp và dạng dàn, liên kết các bộ phận kết cấu với nhau bằng hàn hoặc đinh tán Do có nhiều ưu điểm về kinh tế và công nghệ gia công nên thông

thường sử dụng phương pháp hàn là chính

Vật liệu sử dụng là thép tấm hoặc thép hình Để đảm bảo tính hàn cao nên

thương dùng thép cacbon, thép kết cấu hợp kim thấp hay hợp kim nhôm Tuy nhiên khi dùng thép hợp kim cần chú ý sử dụng biện pháp công nghệ hợp lý để giảm ứng suất tập trung vì loại này có độ nhạy cao đối với sự tập trung ứng suất khi thay đổi, một nhược điểm nữa khi dùng thép hợp kim giá thành cao

Biện pháp để giảm khối lượng kết cấu là dùng hợp kim nhôm So với thép

cacbon thì khối lượng hợp kim nhôm nhỏ hơn 2,8 ÷ 3 lần, có tính chống ăn mòn cao,

cơ tính tương đương thép cacbon, nhưng có mô đun đàn hồi thấp, bằng một nửa thép cacbon nên làm tăng tính biến dạng đàn hồi và chu kì dao động của kết cấu Do vậy sử dụng dạng hộp hay dạng ống thì chiều cao dầm phải cao hơn loại thép cacbon 20 ÷ 30%

2.5.2 Chọn phương án thiết kế dầm chính

Với cổng trục lăn có các thông số ban đầu như trên ta có nhiều phương án thiết

kế khác nhau

+ Phương án 1: Cổng trục hai dầm có kết cấu dạng hộp

Hình 2.10: Kết cấu cổng trục hai dầm dạng hộp

Gồm hai dầm có kết cấu dạng hộp và được liên kết với chân cổng bằng bulông

và hàn Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn di chuyển trên đó và thực hiện nâng

hạ, di chuyển vật nâng

Loại cổng này có kết cấu toàn bộ là dạng hộp nên việc tính toán thiết kế cho toàn

bộ cổng trục cũng đơn giản, giảm thời gian chế tạo và lắp ghép do có sử dụng phương pháp hàn tự động Việc bảo dưỡng cổng cũng đơn giản Vì vậy giá thành loại cổng này không cao

+ Phương án 2: Cổng trục hai dầm kiểu giàn

Gồm một hệ khung giàn từ các hệ thanh liên kết cùng với nhau bằng các mối hàn Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn di chuển trên đó và thực hiện nâng hạ

di chuyển vật

Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm kiểu dàn là một hệ không gian phức tạp Nhưng trọng lượng của cổng trục loại này nhỏ Tuy nhiên, vì có nhiều thanh xiên và thanh đứng phức tạp trong chế tạo và giá thành cao hơn các loại khác, chất lượng các mối hàn không cao, phụ thuộc vào tay nghề công nhân, không áp dụng được phương pháp hàn tự động, việc bảo trì, kiểm tra không thuận lợi

+ Phương án 3:

Hình 2.12: Kết cấu cổng trục một dầm Chỉ có một dầm với hai bản má gá dầm và giá đỡ dầm Dầm chính dạng chữ I nhờ cơ cấu di chuyển của palăng để thực hiện nâng hạ, di chuyển vật nâng

Với phương án này, cổng trục thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, không gian hoạt động lớn Tuy nhiên loại cổng này chỉ thích hợp với chế độ làm việc nhẹ

Ngoài ba phương án trên trong thực tế còn nhiều phương án nữa nhưng không phổ biến nên ít được sử dụng

Kết luận: Qua việc phân tích kết cấu cũng như ưu nhược điểm của từng phương

án nhận thấy phương án 1 ( cổng trục hai dầm kiểu hộp) là phù hợp với yêu cầu thiết

kế hơn cả vì ngoài những ưu nhược điểm đã nêu thì cổng trục hai dầm dạng hộp còn

có thể làm việc ở chế độ trung bình và nặng Nhược điểm chủ yếu của cổng trục này là khối lượng toàn cổng trục nhiều hơn so với các cổng trục khác, nhưng bù lại giá thành không cao, kiểm tra bảo dưỡng dễ dàng

2.5.2 Chọn phương án liên kết giữa chân cổng trục với dầm chính

+ Phương án 1:

Hình 2.13: Cổng trục có hai chân liên kết cứng

Cổng trục có khẩu độ nhỏ thua hoặc bằng 25m có thể chế tạo cả hai chân cổng

có liên kết cứng với dầm và như vậy để giảm thời gian chế tạo và lắp dựng cổng trục Với phương án này, cổng trục thiết kế có kết cấu đơn giản, không gian hoạt động lớn, giá thành chế tạo rẻ

+ Phương án 2:

Hình 2.14: Cổng trục có một chân liên kết cứng và một chân liên kết với dầm

Cổng trục có chân cổng bên trái liên kết cứng với dầm còn chân cổng bên phải liên kết với dầm nhờ khớp xoay hình trụ ( nút A) với trục xoay nằm trong mặt phẳng ngang Với sơ đồ này chân mềm có thể lắc quanh trục thẳng đứng tới 5° về cả hai phía

và góc lắc cho phép được khống chế bởi khe hở giữa vỏ khớp phía dưới và phía trên Phương án này kết cấu cũng hơi phức tạp hơn so với phương án một nhưng chưa khắc phục được hết Trong trường hợp này, khi cổng trục bị xô lệch do hai bên có tốc độ không đều nhau thì dầm cầu bị uốn trong mặt phẳng ngang

+ Phương án 3:

Hình 2.15: Cổng có một liên kết với dầm và một liên kết với khớp cầu

Ở phương án này thì chân cứng bên trái liên kết với dầm bằng gối trượt cho phép dầm có thể xoay tương đối quanh vấu định thẳng, chân mềm bên phải liên kết với dầm bằng khớp cầu cho phép xoay theo hướng bất kì Do đó khi cổng bị xô lệch thì dầm cầu không bị uốn và hoàn toàn tránh được khả năng kẹt

Kết luận: Qua việc phân tích kết cấu và theo khẩu độ của cổng trục cần thiết kế cũng như ưu nhược điểm của từng phương án nhận thấy phương án 1 là phù hợp với yêu cầu thiết kế hơn cả Lúc này cổng trục cần thiết kế có:

- Khoảng cách giữa hai ray: L = 20 m

- Chiều dài công xôn mỗi bên: L1 = 5 m

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ

Có 2 loại palăng thường dùng đó là: palăng đơn và palăng kép

Loại palăng đơn (A) do chỉ có một nhánh dây chạy trên tang nên mỗi khi cuốn

và nhả cáp có sự di chuyển của dây dọc trục làm khó hạ vật đúng vị trí gây ra tải tác động lên ổ đỡ thay đổi

Loại palăng kép (B) có 2 nhánh dây cuốn lên tang nên nâng hạ vật đúng vị trí,

áp lực lên các ổ trục sẽ được phân đều và ít thay đổi

Hình 3.1: Hình ảnh palăng đơn (A) và palăng kép (B)

Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang Do cầu lăn thực hiện việc nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang, tương ứng với trọng tải của cổng trục lăn Theo bảng 2-6[5] chọn bội suất palăng a = 4 Palăng gồm bốn ròng rọc di động và một

) 1 (

0 max −

a = 4 : Bội suất của palăng ( bảng 2.6 [5] )

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

98 , 0 ).

98 , 0 1 ( 2

) 98 , 0 1 ( 262500 ).

1 (

) 1 (

0 4 0

2 4

262500

. max

0 max

=

S m a

Q S

S p

3.1.2 Trình bày phương án thiết kế cơ cấu nâng hạ

Hình 3.3: Sơ đồ động của cơ cấu nâng

1 Động cơ 2 Nối trục 3 Phanh 4 Hộp giảm tốc

5 Khớp nối mềm 6 Tang 7 Dây cáp

8 Ròng rọc cố định 9 Ròng rọc di động 10 Móc treo vật Với sơ đồ động như trên ta thấy cơ cấu nâng có kết cấu nhỏ gọn, đảm bảo yêu cầu thiết kế, đồng thời đảm bảo chế tạo từng cụm riêng và tháo lắp dễ dàng

3.1.3 Tính kích thước của tang và ròng rọc

3.1.3.1 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 bền lâu cho cáp

Đường kính nhỏ nhất cho phép của tang được xác định theo công thức 3-56 [1]

Dt ≥ h1dc

h1 = 16 hệ số đường kính tang, theo Bảng 3-11[1]

Dt ≥ 16 * 15 = 240 (mm)

Chọn đường kính tang:

Đường kính nhỏ nhất cho phép của ròng rọc dẫn hướng được xác định theo công thức 3-56 [1]

3.1.3.2 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 )

Hình 3.4: Sơ đồ xác định chiều dài tang

Chiều dài toàn bộ của tang xác định theo công thức 3-56b [1] đối với trường

hợp palăng kép