Thiết kế cầu trục 15 tấn

Nhu cầu thực tế của đề tài Nói đến cầu trục thì ai cũng nghĩ ngay đến đây là một thiết bị nâng hạ vô cùng quan trọng và khá phổ biến trong nhà xưởng, các khu công nghiệp.. Thiết bị này

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: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY

Sinh viên thực hiện: PHẠM ĐÌNH HUY

Đà Nẵng, 2019

i

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài

Nói đến cầu trục thì ai cũng nghĩ ngay đến đây là một thiết bị nâng hạ vô cùng quan trọng và khá phổ biến trong nhà xưởng, các khu công nghiệp

Ngày nay thì các sản phẩm cầu trục được thiết kế và chế tạo theo yêu cầu thực

tế của khách hàng nên việc đảm bảo tiêu chuẩn cũng như chất lượng ngày càng được nâng cao Chính là khi nào khách hàng có nhu cầu thực sự thì nhà chế tạo mới lập kế hoạch, lên phương án sản xuất chi tiết Thiết bị này rất hiếm thậm chí là không có nhà sản xuất cầu trục nào mà sản xuất rao bán cầu trục đại trà như các thiết bị khác

mà cần phải có kế hoạch sản xuất phù hợp vì điều kiện và môi trường làm việc của từng thiết bị sẽ khác nhau Hiện với sự phát triển của công nghệ và các thiết bị máy móc thì việc sản xuất cầu trục đạt tiêu chuẩn cũng được rút ngắn lại và đảm bảo chất

lượng hơn

Do đó, thiết kế cầu trục đảm bảo được nhu cầu cần thiết cho ngành công nghiệp, cần thiết cho các nhà xưởng các khu công nghiệp

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

 Tính toán thiết kế cầu trục 15 tấn

3 Nội dung đề tài đã thực hiện : Thiết kế cầu trục 15 tấn

4 Kết quả đã đạt được:

 Phần lý thuyết

 Giới thiệu chung về mấy nâng chuyển

 Giới thiệu về cầu trục

 Hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa, an toàn lao động khi

sử dụng máy

 Phần tính toán thiết kế

 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cầu trụ 15 tấn

 Thiết lập sơ đồ động học máy

DUT-LRCC

Phạm Đình Huy

DUT-LRCC

1- Tên đề tài tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 15 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 ban đầu:

- Khối lượng lớn nhất của vật nâng: Q = 15 (tấn)

- Chiều cao nâng: H = 10 (m)

- Khẩu độ: L = 20 (m)

4- Nội dung thuyết minh và tính toán:

 Chương 1: Giới thiệu chung về máy nâng chuyển

 Chương 2: Các thông số cơ bản và phân tích lựa chọn phương án tính toán

 Chương 3: Tính toán động lực học của các bộ phận

 Chương 4: Tính kết cấu kim loại của cầu trục

 Chương 5: Hướng dẫn an toàn và vận hành máy

5- Các bản vẽ và đồ thị

 Bản vẽ giới thiệu phương án cầu trục 1Ao

 Bản vẽ chung tổng thể toàn cầu trục 2Ao

 Bản vẽ lắp một số bộ phận chủ yếu của cầu trục 3Ao

 Bản vẽ chế tạo một số chi tiết quan trọng của cầu trục 1Ao

6 - Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày 26 tháng 9 năm 2019

7 - Ngày hoàn thành thiết kế tốt nghiệp: Ngày 15 tháng 12 năm 2019

Đà nẵng, ngày 15 tháng 12 năm 2019

Trưởng Bộ môn Giáo viên hướng dẫn

DUT-LRCC

iv

Sau hơn ba tháng tìm hiểu và thực hiện cuối cùng em cũng đã hoàn thành tốt đồ án

tốt nghiệp của mình với đề tài “ Thiết kế cầu trục 15 tấn” Để hoàn thành đồ án này,

ngoài sự nổ lực tìm hiểu, nghiên cứu của bản thân, em cũng cần sự giúp đỡ của rất nhiều người

Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cám ơn đến toàn thể các thầy cô trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, những người đã tận tâm, tận tình truyền đạt những kiến thức bổ ích suốt năm năm theo học tại trường Đây là một hành trang vô cùng to lớn và bổ ích không chỉ giúp em hoàn thành khóa học tại trường mà còn là sự chuẩn bị vững chắc cho tương lai, trong công việc sau này

Tiếp theo,em xin đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS.Trần Xuân Tùy,

người đã luôn tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án Những kinh nghiệm và kiến thức bổ ích mà thầy truyền đạt sẽ giúp ích nhiều cho em trong việc bảo vệ đồ án và cho công việc sau này

Em cũng xin được gửi lời cám ơn đến các bạn của em, những người đã cùng em tìm hiểu và nghiên cứu để đồ án được hoàn thiện đúng thời hạn

Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn đến những người thân trong gia đình em đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm đồ án

Vì thời gian có hạn và đây là lần đầu tiên em tự tay thiết kế đề tài mang tính ứng dụng cao nên những sai sót trong đồ án là không thể nào tránh khỏi Em kính mong quý thầy cô đóng góp, bổ sung để đồ án được hoàn thiện một cách tốt nhất

Em xin chân thành cám ơn!

v

CAM ĐOAN

Với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và tham khảo các tài liệu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình và xin cam kết rằng:

- Các số liệu, công thức trích dẫn đều từ các tài liệu tham khảo đáng tin cậy

- Tuân thủ các quy định của nhà trường đề ra về cách thức trình bày đồ án

- Nội dung các phần trong đồ án được giáo viên hướng dẫn cụ thể và kiểm tra thường xuyên

- Không trích dẫn, sao chép từ các nguồn tài liệu khi chưa được sự đồng ý cũng như các tài liệu vi phạm pháp luật

Sinh viên thực hiện

Phạm Đình Huy

DUT-LRCC

v

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN,CÁC THÔNG SỐ

CƠ BẢN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN i

1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN: 1

1.1.1 Định nghĩa và phân loại máy nâng chuyển: 1

1.1.2 Các thông số cơ bản của máy nâng chuyển: 2

1.1.2.1 Trọng tải (sức nâng): 2

1.1.2.2 Các thông số động học của các bộ phận công tác: 2

1.1.2.3 Các thông số hình học: 2

1.1.3 Chế độ làm việc của máy nâng chuyển: 2

1.1.4 Tải trọng và các trường hợp tải trọng tính toán: 3

1.1.4.1 Tải trọng: 3

1.1.4.2 Các trường hợp tải trọng tính toán: 3

1.1.5 Điều kiện an toàn của máy nâng chuyển: 4

1.2 GIỚI THIỆU CẦU TRỤC: 6

1.2.1 Cầu trục: 6

1.2.2 Phân loại cầu trục: 7

1.2.2.1 Theo công dụng: 7

1.2.2.2 Theo kết cấu dầm: 7

1.2.2.3 Theo cách tựa của dầm : 7

1.2.2.4 Theo cách bố trí cơ cấu cơ cấu di chuyển cầu trục: 7

1.2.3 Các thông số chủ yếu của cầu trục: 7

1.2.3.1 Tải trọng Q: 7

1.2.3.2 Chiều cao nâng hàng H(m): 7

1.2.3.4 Khẩu độ L(m): 7

1.2.4 Đặc điểm tính toán thiết kế cầu trục: 8

1.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN Error! Bookmark not defined. 1.3.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CẦU TRỤC THIẾT KẾ: 11

DUT-LRCC

vi

1.3.1.1 Trọng tải: 15 Tấn 11

1.3.1.2 Chiều cao nâng: H = 10 m 11

1.3.1.3 Khẩu độ: L = 20 m 11

1.3.1.4 Vận tốc nâng hạ: Vn = 12 m/phút 11

1.3.1.5 Vận tốc di chuyển xe: Vx = 30 m/phút 11

1.3.1.6 Vận tốc di chuyển cầu: Vc = 45 m/phút 11

1.3.1.7 Chế độ làm việc: Trung bình 11

1.3.2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ CỦA CÁC BỘ PHẬN CẦU TRỤC: 11

1.3.2.1 Các phương án thiết kế dầm chính : 11

1.3.2.2 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu nâng: 14

1.3.2.3 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe : 16

1.3.2.4 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu: 17

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN BỘ PHẬN CƠ CẤU NÂNG 20

2.1 CƠ CẤU NÂNG: 20

2.1.1 Số liệu thiết kế ban đầu: 20

2.1.2 Tính toán cơ cấu nâng: 21

2.1.2.1 Chọn dây cáp: 21

2.1.2.2 Pa lăng giảm lực: 30

2.1.2.3 Chọn kích thước dây cáp: 31

2.1.2.4 Tính chọn tang và ròng rọc: 31

2.1.2.5 Chọn động cơ điện: 33

2.1.2.6 Tỷ số truyền chung: 34

2.1.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt: 34

2.1.2.8 Tính và chọn phanh: 37

2.1.2.9 Hộp tốc độ: 39

2.1.3 Tính bộ phận khác của cơ cấu nâng 53

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON: 61

3.1 Số liệu thiết kế ban đầu: 62

3.2 Chọn bánh xe và ray: 62

3.3 Tải trọng lên bánh xe: 62

3.4 Động cơ điện: 65

DUT-LRCC

vii

3.5 Tỷ số truyền chung: 66

3.6 Kiểm tra động cơ điện về mômen mở máy: 66

3.7 Phanh: 67

3.8 Bộ truyền: 67

3.9 Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển xe: 73

3.10 Ổ Đỡ Trục Bánh Xe 72

CHƯƠNG 4:TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CẦU TRỤC 75

4.1 Tính toán thiết kế dầm ngang (dầm chính) 75

4.1.1 Tính tải trọng 75

4.1.2 Xác định kích thước tiết diện của dầm 77

4.1.3 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính 80

4.1.4 Tính độ bền của ray dưới xe: 86

4.1.5 Tính mối ghép hàn: 86

4.2 Tính dầm cuối: 87

4.3 Tính dầm đặt ray di chuyển cầu : 90

4.4 Tính toán Cơ Cấu Di Chuyển Cầu Trục 92

4.4.1 Các số liệu ban đầu: 92

4.4.2 Tính bánh xe và ray: 93

4.4.3 Động cơ điện: 94

4.4.4 Tỷ số truyền chung : 95

4.4.5 Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám : 95

4.4.6 Kiểm tra phanh theo điều kiện bám : 96

4.4.7 Bộ truyền : 97

HƯỚNG DẪN AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 99

 An toàn trong sử dụng máy: 99

KẾT LUẬN 99101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

DUT-LRCC

viii

DANH MỤC HÌNH VẼ – BẢNG

Hình 1.1: Cầu trục tại nhà xưởng ở nhà máy Dung Quất Hình 1.2: Cầu trục được lắp đặt trong xưởng cơ khí

Hình 1.11: Sơ đồ động học cơ cấu nâng (PA.1)

Hình 1.12: Sơ đồ động học cơ cấu nâng (PA.2)

Hình 1.13: Sơ đồ động học cơ cấu nâng (PA.3)

Hình 1.14: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con (PA.1) Hình 1.15: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con (PA.2) Hình 1.16: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con (PA.3) Hình 1.17: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu (PA.1) Hình 1.18: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu (PA.2) Hình 1.19: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu (PA.3) Hình 2.1: Sơ đồ động học cơ cấu nâng

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý palăng

Hình 2.3: Sơ đồ kích thước tang

Hình 2.4: Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Hình 2.5: Sơ đồ phanh điện xoay chiều hai má

Hình 2.6: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục

Hình 2.7: Biểu đồ momen trục I

Hình 2.8: Biểu đồ momen trục II

Hình 2.9: Biểu đồ momen trục III

Hình 2.10: sơ đồ móc treo

DUT-LRCC

Hình 2.16: Biểu đồ phân bố tải trọng

Hình 3.1: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con

Hình 3.2: Sơ đồ tính tải trọng đặt tác dụng lên xe con

Hình 3.3: Bánh xe con

Hình 3.4: Kết cấu trục bánh dẩn

Hình 3.5: Các tải trọng tác dụng lên ổ

Hình 4.1 :Tiết diện ngang của dầm chính

Hình 4.2 : Biểu đồ momen uốn do tải trọng dầm các cơ cấu khác

Hình 4.3: Biểu đồ momen uốn lực quán tính của xe lăn và vật nâng

Hình 4.4: Sơ đồ xác định tải trọng phụ do lực quán tính tác dụng lên dầm chính của dầm

Hình 4.5: Phân bố thanh giăng trên dầm chính

Hình 4.6: Tính tiết diện gối tựa của dầm chính

Hình 4.7: Sơ đồ tính mối ghép dầm chính

Hình 4.8: Dầm cuối

Hình 4.9: Sơ đồ tính dầm đặt ray

Hình 4.10: Mặt cắt ngang dầm đặt ray di chuyển cầu

Hình 4.11: Sơ đồ đặt ray cơ cấu di chuyển cầu

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN,CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN

1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN:

1.1.1 Định nghĩa và phân loại máy nâng chuyển:

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

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

Công nghiệp xây dựng trước kia rất ít cần trục, ngày nay thậm chí khi xây dựng nhà nhỏ cũng không thể thiếu cần trục, chưa kể đến việc xây dựng tòa nhà cao tầng và kỹ thuật xây lắp từng khối lớn, trong thời kỳ hội nhập lại càng chú trọng và không ngừng cải tiến kỹ thuật để đáp ứng được yêu cầu của ngành công nghiệp xây dựng

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

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

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

Trong nhà máy hay phân xưởng cơ khí thì người ta trang bị nhiều máy nâng chuyển

di động như cần trục, cầu trục, cổng trục dùng điện hay khí nén, thủy lực năng suất cao

để di chuyển các chi tiết máy hoặc máy

Ngành máy nâng và vận chuyển hiện đại đang thực hiện rộng rãi việc cơ giới hóa 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

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 2

xuất, đơn giản hóa và tự động hóa việc điều khiển và chế tạo những máy mới nhiều

hiệu quả để thỏa 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 hóa 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

Phân loại máy nâng chuyển: Căn cứ vào chuyển động chính chia làm hai loại: máy

nâng và máy vận chuyển liên tục Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc gồm có

các loại sau: cầu trục, cổng trục, cần trục tháp, cần trục quay di động (cần trục ô tô,

bánh lốp, bánh xích), cần trục cột buồm và cần trục cột quay, cần trục chân đế và cần

trục nối, cần trục cáp…

1.1.2 Các thông số cơ bản của máy nâng chuyển:

1.1.2.1 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 được ký hiệu là Q, có đơn vị đo là Tấn hoặc KG hoặc N Đại lượng này

thường được tiêu chuẩn hóa

1.1.2.2 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), …

1.1.2.3 Các thông số hình học: Tùy thuộc vào thiết bị ta có: Độ cao nâng,

Khẩu độ đối với máy trục dạng cầu, Độ cao nâng, tầm với đối với các loại cầu trục

1.1.3 Chế độ làm việc của máy nâng chuyển:

Máy trục làm việc theo chế độ ngắn hạn, lặp đi lặp lại Bộ phận làm việc bộ phận

nâng hạ, di chuyển qua lại theo chu kỳ Ngoài thời kỳ làm việc có thời dừng máy, tức

là động cơ tắt Thời gian dừng dùng để sử dụng móc hay tháo vật để chuẩn bị cho các

thời kỳ tiếp theo Ngoài ra mỗi quá trình chuyển động qua lại có thể phân ra

trung bình khoảng 15%, số lần mở máy trong một giờ, dưới 60 lần và có nhiều quãng

ngắt lâu Trong nhóm này có cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển của cần trục sửa chữa,

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 3

cần trục đặt trong không gian máy, cơ cấu di chuyển cần các cần trục xây dựng và cần trục cảng, v.v

Chế độ trung bình: Đặc điểm của các cơ cấu chế độ trung bình là chúng làm việc với trọng tải khác nhau, hệ số sử dụng trọng tải, vận tốc làm việc trung bình Cường độ làm việc khoảng 25%, số lần mở máy trong một giờ đến 120 lần, trong nhóm máy này

có các cơ cấu nâng và di chuyển cần trục trong các phân xưởng cơ khí và lắp ráp

việc lớn, cường độ làm việc 40%, số lần mở máy trong 1 giờ là 240 lần Trong nhóm này có tất cả các cơ cấu cần trục ở phân xưởng công nghệ, ở kho các nhà máy sản xuất hàng loại lớn, cơ cấu nâng của cần trục xây dựng

Chế độ rất nặng: Đặc điểm là cơ cấu thường xuyên làm việc tải trọng danh nghĩa

kq=1, vận tốc cao, cường độ làm việc trong khoảng 40-60%, số lần mở máy trong 1 giờ là 360 lần Thuộc nhóm máy này là tất cả các cơ cấu cần trục ở phân xưởng công nghệ và các kho thuộc ngành luyện kim

1.1.4 Tải trọng và các trường hợp tải trọng tính toán:

1.1.4.1 Tải trọng:

Tải trọng nâng danh nghĩa Q: Là trọng lượng lớn nhất mà máy có thể nâng được

Q = Qm + Qh

Qm: Trọng lượng thiết bị mang

Tải trọng do trọng lượng bản thân: Trong khi tính toán, thiết kế máy mới thường

bỏ qua trọng lượng các chi tiết (trừ một số chi tiết có trọng lượng lớn)

Tải trọng của gió: Đối với máy làm việc trong nhà thì áp lực gió không đáng kể

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 4

Tải trọng khi dựng lắp: lúc này tải trọng do trọng lượng bản thân lấy tăng 15% ÷ 20% Và phải kể đến tải trọng gió cũng như các lực phát sinh trong quá trình lắp Tải trọng động: Để khảo sát động lực học máy cần xây dựng mô hình bài toán về động lực học của máy Các cơ cấu máy nên tìm cách qui về sơ đồ đơn giản nhất

1.1.4.2 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 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 hay 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 của trạng thái 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 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

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

1.1.5 Điều kiện an toàn của máy nâng chuyển:

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

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

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 5

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 cùng như không được dùng 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 thử 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 việc

Một số thiết bị an toàn có thể sử dụng đó là: 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 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

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 6

1.2 GIỚI THIỆU CẦU TRỤC:

1.2.1 Cầu trục:

Cầu trục là loại máy nâng và vận chuyển không liên tục, sử dụng trong nhà xưởng phục vụ cho việc chế tạo, sửa chữa, lắp ráp Do được bố trí trên cao nên không chiếm diện tích mặt bằng phân xưởng Cầu trục được trang bị các cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe và cơ cấu di chuyển cầu nên có thể chuyển vật nâng đến bất cứ một tọa độ nào trong không gian phân xưởng

Hình 1.1 Cầu trục đặt tại phân xưởng boong ở nhà máy đóng tàu Dung Quất

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 7

Hình 1.2 Cầu trục được lắp ráp trong xưởng cơ khí

1.2.2 Phân loại cầu trục:

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 8

Tải trọng nâng gồm trọng lượng của vật cộng với trọng lượng của cơ cấu móc hàng Tải trọng nâng có giới hạn rất lớn từ vài chục T đến hàng chục ngàn N Trong thực tế sử dụng để thuận tiện người ta dùng đơn vị khối lượng: Kg, tấn

1.2.3.2 Chiều cao nâng hàng H(m):

Chiều cao nâng là khoảng cách từ mặt sàn, bãi làm việc của máy trục đến vị trí cao nhất của cơ cấu móc

1.2.3.3 Tốc độ làm việc V(m/ph hay m/s):

Tốc độ làm việc xác định theo điều kiện làm việc và theo từng loại máy trục, tốc

độ nâng hàng nằm trong giới hạn từ 10-30 (m/ph)

1.2.3.4 Khẩu độ L(m):

Đây là thông số biểu thị phạm vi hoạt động của máy trục, khẩu độ L của cần trục hay cổng trục là khoảng cách từ tâm bánh xe di chuyển này đến tâm bánh xe di chuyển kia

1.2.4 Đặc điểm tính toán thiết kế cầu trục:

Các bước tính toán:

- Xác định thông số cơ bản của cầu trục: Q, H, L, Vn, Vxe, Vcầu, CĐLV

đặt trên cầu như cabin, xe lăn…

chuyển cầu trục,…)

điều kiện về độ võng f ≤ [f]

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 9

Hình 1.4: Hình phân tích lực trên dầm chính

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 10

thành bánh xe tiếp xúc với đường ray Để đảm bảo lực dẫn động mỗi bên (W/2) thắng được ma sát khi có N, thì có:

Trong tính toán lấy f = 1/5 – 1/7

Tính trục truyền các cơ cấu di chuyển: phải thực hiện đầy đủ các phép tính trục thông thường tính sơ bộ, tính độ bền mỏi, có thể kiểm tra độ cứng xoắn và dao động cơ

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 11

1.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 12

Hình 1.6: Dầm đơn chữ I

Dạng kết cấu này đơn giản, dễ tính toán, chế tạo, lắp ghép đơn giản, bảo dưõng kiểm tra dễ dàng, nhưng chịu tải ít Phù hợp với những cầu trục có tải trọng nhỏ dưới 5 tấn

và khẩu độ nhỏ

1.3.1.1.2.Phương án 2: Hai dầm kết cấu dạng hộp, trên dầm chính có hai

thanh ray để xe lăn di chuyển

Hình 1.7: Kết cấu dầm dạng hộp

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 13

Hình 1.8:Dầm đôi dạng hộp

Kết cấu dầm dạng hộp nên việc tính toán đơn giản, thời gian chế tạo và lắp ghép

nhanh, việc bảo dưỡng cũng đơn giản Do đó giá thành giảm

1.3.1.1.3.Phương án 3: Kết cấu hai dầm kiểu giàn

Dầm là một khung giàn gồm các thanh liên kết với nhau bằng hàn và bắt bulông

Hình 1.9: Kết cấu dầm kiểu giàn

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 14

Hình 1.10:Dầm dạng giàn

Với kết cấu kiểu này thì khối lượng dầm nhỏ, nhưnng phức tạp, khó chế tạo vì nhiều chi tiết, quá trình chế tạo và lắp ráp mất thời gian, việc kiểm tra bảo dưỡng khó khăn Do đó giá thành chế tạo cầu trục cao

Kết luận: Từ yêu cầu về số liệu ban đầu về cầu trục, như vậy ta chọn kết cấu

dầm dạng: hai dầm dạng hộp, thì đủ khả năng chịu tải và kết cấu đơn giản

1.3.2.Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu nâng:

1.3.2.1.Phương án 1: Dùng một động cơ và một hộp giảm tốc có hai đầu trục ở

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 15

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

1.3.2.2.Phương án 2:Dùng một động cơ và một hộp giảm tốc có hai đầu trục ở

cùng 1 phía,trục tang với trục ra hộp giảm tốc là một

Hình 1.12:Sơ đồ động học cơ cấu nâng(PA.2)

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 16

1.3.2.3.Phương án 3: Dùng một động cơ và một hộp giảm tốc có hai đầu trục ở

cùng một phía, trục tang nối với trục ra của hộp bằng khớp nối trục

Hình 1.13: Sơ đồ động học cơ cấu nâng (PA.3)

Kết luận: Với các ưu điểm kể trên ta chọn phương án 3 để thiết kế

1.3.3.Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe :

1.3.3.1.Phương án 1: Dùng một động cơ và một hộp giảm tốc, hai bánh xe cùng

phía so với hộp giảm tốc

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 16

Hình 1.14: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con (PA.1)

1.3.3.2.Phương án 2: Dùng một động cơ và một hộp giảm tốc, hai bánh xe ở

khác phía so với hộp giảm tốc

Hình 1.15: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con (PA.2)

SVTH:Nguyễn Văn Hoàng_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 17

1.3.3.3.Phương án 3: : Dùng một động cơ và hai hộp giảm tốc kiểu đối xứng

Hình 1.16: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu (PA.3)

Phương án này dùng một động cơ,hai hộp giảm tốc,hai phanh và nhiều khớp

nối,kết cấu phức tạp hơn.Hộp giảm tốc ở gần bánh xe nên quá trình truyền động tạo

mômen uốn trên trục nhỏ nên có thể giảm đường kính trục

Kết luận: Như đã phân tích, ta nên chọn phương án 2 để thiết kế

1.3.4.Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu:

1.3.4.1.Phương án 1: Dùng một động cơ và một hộp giảm tốc, hai bánh xe ở

khác phía so với hộp giảm tốc

Hình 1.17: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu (PA.1)

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trầm Xuân Tùy Trang: 18

Phương án này dùng hộp giảm tốc gần với động cơ nên khoảng cách từ hộp giảm

Phương án này dùng hai hộp giảm tốc, và nhiều khớp nối, nhưng hộp giảm tốc ở

gần bánh xe nên quá trình truyền động tạo mômen uốn trên trục nhỏ nên có thể giảm

đường kính trục,p hù hợp với những cầu trục có trọng tải bé

1.3.4.3.Phương án 3: Dùng hai động cơ truyền động hai hộp giảm tốc kiểu đối xứng

Hình 1.19: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu (PA.3)

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 19

Phương án này phải dùng nhiều động cơ và hộp giảm tốc, khó giải quyết vấn đề đồng vận tốc ở hai bánh xe, chỉ phù hợp với những cầu trục tải trọng lớn

Kết luận: Cầu trục thiết kế có khẩu độ lớn nên dùng phương án 3 kết hợp với

điều khiển đồng bộ động cơ

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 20

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG

2.1 CƠ CẤU NÂNG:

2.1.1.Số liệu thiết kế ban đầu:

Các số liệu ban đầu của cơ cấu nâng:

Sơ đồ động học cơ cấu nâng:

Hình 2.1: Sơ đồ động học cơ cấu nâng

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 21

2.1.1.1.Tính toán cơ cấu nâng:

2.1.1.1.1.Chọn dây cáp:

Theo yêu cầu thiết kế, do cơ cấu nâng dẫn động bằng động cơ điện có tốc độ cao, nên ta chọn cáp dây do có nhiều ưu điểm hơn so với các loại khác như dẻo, có thể làm việc với vận tốc cao không gây ồn, bền hơn các loại cáp xích, xích hàn trong khi trọng lượng nhỏ hơn khoảng 10 lần Trong các loại dây cáp ta chọn dây cáp thép bện kiểu 19x6 có 19 tao cáp, mỗi tao gồm 7 sợi cáp đơn bện chặt với nhau được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

2.1.1.1.2.Palăng giảm lực:

Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tải trọng lớn ta dùng một palăng Palăng là một kết cấu gồm các ròng rọc di động và ròng rọc cố định liên kết và truyền động với nhau bằng dây cáp Các ròng rọc di động được gắn vào bộ phận mang để mang vật Ròng rọc cố định được cố định lên tường, xe con,… nhằm đổi hướng của cáp Sơ đồ nguyên lý palăng chọn để thiết kế:

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý palăng

Lực căng lớn nhất xuất hiện trên dây cáp tính theo công thức 2.18 [1]:

t a

m

Q S

) 1 (

0 max







DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 22

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 = 1: Số ròng rọc đổi hướng không tham gia tạo bội suất

Thay vào tính được Smax = 40590 N

Smax =40590 N

2.1.1.3.Tính chọn tang và ròng rọc:

Đường kính tang và ròng rọc phải lớn hơn trị số giới hạn để tránh cáp bị mỏi do

bị uốn vòng qua tang hay ròng rọc và đảm bảo bền lâu cho cáp

Đường kính nhỏ nhất của tang xác định theo công thức 2.12 [1]:

Dt ≥ dc.(e-1)

Trong đó, e = 25: hệ số đường kính tang, chọn theo Bảng 2 4-[1]

Dt ≥ 19.(25-1) = 456 mm

Đường kính ròng rọc đổi hướng: Dr2 = 0,8.Dr = 368 mm

Chiều dài tang được tính toán sao cho khi hạ vật đến sàn thì vẫn còn ít nhất 1,5 vòng cáp dự trữ theo quy định an toàn, không kể vòng cáp trong kẹp cáp

Chiều dài tang được xác định theo công thức 2.14 [1], đối với tang kép:

L = 2.L0+ 2.L1+ 2.L2 + L3

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 23

Hình 2.3: Sơ đồ kích thước tang

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H = 10

m và bội suất Palăng a = 2 thì chiều dài cáp có ích là:

l = H.a = 10.2 = 20 m

Số vòng cáp phải cuốn ở một nhánh: Theo công thức trang174 [1]:

)

'

Z d D

L Z

c t

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

L3 = L4 - 2.hmin.tgα Theo trang 21[1]

Trong đó: L4 khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng giữa hai ổ móc treo

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 24

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





t

S k

n

max

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 25

Theo công thức 2-78 [1]



1000 60

số liệu bảng 1.9 –[1], với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ



Tương ứng với chế độ trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện AOC2-82-8 có các đặc tính sau:

Công suất danh nghĩa: Ndc = 33 (kW)

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

v a n

n i n

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 26

2.1.1.6.Kiểm tra động cơ điện về nhiệt:

Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng ở chế độ trung bình như sau:

Hình 2.4: Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Q1 = Q; Q2 = 0,5Q; Q3 = 0,3Q và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng lượng này là 3: 1: 1

Động cơ điện đã chọn các công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu khi làm việc, do đó phải được kiểm tra về nhiệt

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

38977.0, 479.2.0,9

384

h h

S D m M

( 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

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 27

2

i

i D G

 ≈ (GiDi2)rôto + GiDi2)khớp = 12 + 20,25 = 32,25 Nm2 Với Mômen vô lăng: (GiDi2)rôto= 12 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=300 mm, trọng lượng của khớp nối là G=500N

dn m

5,28,1(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 h

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

DUT-LRCC

SVTH:Phạm Đình Huy_Lớp 14C1VA GVHD:PGS.TS.Trần Xuân Tùy Trang : 28

Bảng 2.1: Thông số tính toán cho gia tải cơ cấu nâng

Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định:

50 12

v n

H t

M

2 2

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

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

2

810 (3.30, 24 0,13 0,112 3.0, 06 0, 07 0, 07)50(3.493,78 246,89 148,13 3.384 192 115, 2 )50.10 3.0, 24 0,13 0,11 3.0, 06 0, 07 0, 07