Cầu trục tải trọng 10 tấn

Nhu cầu thực tế của đề tài: Trong đời sống hằng ngày cầu trục được sử dụng rất rộng rãi cho các lĩnh vực nâng chuyển, vận chuyển hàng hóa trong thực tế.. Phạm vi nghiên cứu của đề tài

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CẦU TRỤC TRỌNG TẢI 10 TẤN

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN THẾ TRANH

Sinh viên thực hiện: CAO THANH NAM

Đà Nẵng, 2019

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

Số Trang: 96 trang

Số bản vẽ: 8 A0

1 Nhu cầu thực tế của đề tài:

Trong đời sống hằng ngày cầu trục được sử dụng rất rộng rãi cho các lĩnh vực nâng chuyển, vận chuyển hàng hóa trong thực tế

Với việc hàng hóa ngày càng đa dang, kích thước càng lớn nên việc vận chuyển bằng sức người rất khó khăn nên cầu trục đóng góp rất quan trọng đối với vận chuyển

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

Đi sâu vào tính toán và thiết kể các cơ cấu cũng như bộ phận chính của cầu trục

3 Nội dung đề tài đã thực hiện :

• Phần lý thuyết: Nêu lên được tính cấp thiết của đề tài, tổng quan về các loại cầu

trục, lựa chọn phương án thiết kế từ đó đưa ra nguyên lý làm việc Tính toán động học và động lực học của máy để tính toán và thiết kế các cơ cấu, bộ phận của máy

• Cơ sở để tính toán thiết kế máy:

+ Trọng tải: 10 tấn

+ Khẩu độ: 9 mét

+ Độ cao nâng: 6 mét

• Tính toán thiết kế:

- Thiết kế cơ cấu nâng

- Thiết kế cơ cấu di chuyển xe con

- Thiết kế các cơ cấu kim loại

- Thiết kế cơ cấu di chuyển cầu

- Thiết kế hệ thống điều khiển

4 Kết quả đã đạt được:

Sau 03 tháng nhận đề tài tốt nghiệp, về cơ bản nhiệm vụ được giao em đã cố gắng hoàn thành tốt, tuy nhiên sẽ vẫn còn thiếu sót Vì vậy để đồ án của em được hoàn thiện hơn em xin thầy giáo viên hướng dẫn, giáo viên duyệt và hội đồng bảo vệ xem xét và góp

ý để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành

01 CAO THANH NAM 101140238 14C1VA Cơ khí Chế tạo

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế Cầu trục trọng tải 10 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:

- Trọng tải: 10Tấn Khẩu độ: 9m Độ cao nâng: 6m

- Các số liệu khác tham khảo thực tế

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Giới thiệu tổng quan về Máy nâng chuyển và cầu trục

- Tính toán thiết kế cơ cấu nâng

- Tính toán thiết kế xe con

- Tính toán thiết kế dầm chính

- Tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục

- Vận hành, an toàn và hệ thống điều khiển

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

- Bản vẽ các sơ đồ lựa chọn phương án truyền động 1A0

- Bản vẽ kết cấu tổng thể và các bộ phận của cầu trục 5-6A0

- Bản vẽ về hệ thống điện điều khiển 1A0

6 Họ tên ngườihướng dẫn: Phần/ Nội dung:

Nguyễn Thế Tranh Toàn bộ

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …… /01/2019

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

Cao Thanh Nam

Trong thời đại ngày nay, ngành cơ khí nói chung và ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng là một trong những ngành quan trọng, có tính then chốt và cũng là nền tảng để đưa đất nước ta trở thành một nước công nghiệp hiện đại Để đáp ứng nhu cầu khoa học

kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng thì người kỹ sư cơ khí là rất cần thiết đối với một nước công nghiệp phát triển

Hiện nay, nhu cầu về vận chuyển hàng hóa trong các, nhà máy, xưởng càng ngày càng tăng theo số lượng cũng như khối lượng ngày càng lớn Các thiết bị nhỏ hay con người không thể làm được

Trước thực trạng đó để đáp ứng nhu cầu sử dụng của xã hội nói chung và ngành nâng chuyển nói riêng, với sự nhất trí cho phép của khoa cơ khí và thầy giáo hướng dẫn

em xin thiết kế” Cầu trục tải trọng 10 tấn”

Em hy vọng với đề tài này sẽ giúp em kiểm tra lại kiến thức đã học được và trang

bị thêm kiến thức để làm nền tảng cho em sau này

Đây là lần đầu tiên em thiết kế đề tài có kiến thức tổng hợp khá rộng Trong thời gian thiết kế em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học vào nhiệm vụ thiết kế của mình Tuy đã rất cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án có nhiều sai sót, kính mong sự chỉ dẫn thêm của các quý thầy cô, bạn

bè

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Th.S Nguyễn Thế Tranh

và quý thầy cô đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Cao Thanh Nam

Lời đầu tiên em xin thành thật tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể quý thầy cô trong khoa Cơ Khí đã tận tâm, tận tình truyền đạt những kiến thức bổ ích cũng như những kiến thức sau này trong những năm đại học

Đó là những tài sản quý giá mà em nguyện mang theo làm hành trang trên con đường phía trước và trong suốt cuộc đời và sự nghiệp của mình

Em đặc biệt cảm ơn thầy giáo Th.s Nguyễn Thế Tranh đã tận tình chỉ dẫn và

truyền đạt những kinh nghiệm cho em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp

Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn đến những người bạn của tôi, những mối quan hệ tốt của tôi, đã động viên, chia sẽ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Vì thời gian có hạn, hơn nữa đây cũng là lần đầu tiên em nghiên cứu đề tài, cho nên có những sai sót là điều tất nhiên không thể tránh khỏi Em chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để em tiếp thu học hỏi góp phần hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất

Sinh viên

Cao Thanh Nam

DANH SÁCH HÌNH ẢNH Trang

Hình 1.1 Cầu trục 3

Hình 1.2 Cổng trục 3

Hình 1.2 Cổng trục 4

Hình 1.4 Cần trục cột quay 4

Hình 1.5 Cần trục chân đế 4

Hình 1.6 Cần trục cáp 5

Hình 1.7 Kết cấu hai dầm dang hộp 7

Hình 1.8 Kết cấu hai dầm kiểu giàn 8

Hình 1.9 Kết cấu một dầm 8

Hình 1.10 Sơ đồ lực tác dụng giữa bánh xe và ray 9

Hình 1.11 Các bộ chung của một cầu trục 10

Hình 2.1 Cơ cấu nâng 14

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý Palăng 15

Hình 2.3 Sơ đồ xác định chiều dài tang 17

Hình 2.4 Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng 19

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý phanh má điện 23

Hình 2.6 Sơ đồ các kích thước của hộp giảm 37

Hình 2.7 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục 38

Hình 2.8 Biểu đồ mômen 39

Hình 2.9 Biểu đồ mômen trục II 41

Hình2.10 Biểu đồ mômen trục III 42

Hình 2.11 Móc treo 47

Hình 2.12 Cặp cáp trên tang bằng tấm cặp cặp hai bulông 48

Hình 2.13 Sơ đồ tính trục tang 49

Hình 2.14 Kết cấu bộ phận tang 50

Hình 3.1 Sơ đồ dẫn động xe lăn .56

Hình 3.2 Sơ đồ xác định tải trọng lên các bánh xe 57

Hình 3.3 Sơ đồ tính bánh xe 58

Hình 3.4 Kết cấu trục dẫn .61

Hình 4.1 Tiết diện ngang của dầm chính cầu 69

Hình 4.2 Sơ đồ xác định ứng suất ở giữa của dầm chính 71

Hình 4.3 Sơ đồ xác định tải trọng do lực quán tính tác dụng lên dầm chính 72

Hình 4.4 Phân bố thanh dầm trên dầm chính 73

Hình 4.5 Sơ đồ kiểm tra ổn định của thành dầm chính 73

Hình 4.6 Sơ đồ tính dầm đặt ray 80

Hình 5.1 Sơ đồ di chuyển cầu trục 85

Hình 5.2 Sơ đồ tính tải trọng 85

Hình 5.3 Tính sức bền bánh xe 87

Hình 6.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển cầu trục lăn 91

MỤC LỤC

Mục Trang

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU i

LỜI CẢM ƠN ii

CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 2

1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 2

1.1.1 Phân loại máy nâng chuyển 3

1.1.2 Điều kiện an toàn máy nâng chuyển 5

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC 5

1.2.1 Phân loại cầu trục 6

1.3 TẢI TRỌNG 6

1.3.1 Tải trọng nâng danh nghĩa 6

1.3.2 Tải trọng do trong lượng bản thân 6

1.3.3 Tải trọng do gió 6

1.3.4 Tải trọng phát sinh khi vận chuyển 7

1.3.5 Tải trọng khi dựng lắp 7

1.3.6 Tải trọng động 7

1.4 ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN CỦA CẦU TRỤC 7

1.4.1 Lựa chọn kết cấu dầm 7

1.4.2 Trình tự tính toán của cầu trục 8

1.4.3 Xác định khoảng cách giữa các bánh xe 9

1.4.4 Đăc điểm tính toán của dầm chính 9

1.5 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 10

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG 11

2.1 PHÂN TÍCH CHUNG 11

2.1.1 Yêu cầu tính toán và thiết kế cơ cấu nâng 11

2.1.2 Phân tích lựa chọn cơ cấu nâng 11

2.2 TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG 14

2.2.1 Chọn loại dây cáp 14

2.2.2 Palang giảm lực 15

2.2.3 Tính kích thước dây cáp 16

2.2.4 Tính các kích thước của tang và ròng rọc 16

2.2.5 Chọn động cơ điện 18

2.2.6 Tỉ số truyền chung 19

2.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt 19

2.2.8 Tính và chọn phanh 22

2.2.9 Bộ truyền 25

2.3 CÁC BỘ PHẬN KHÁC CỦA CƠ CẤU NÂNG 45

2.3.1 Khớp nối trục 45

2.3.2 Móc và ổ móc treo 47

2.3.3 Bộ phận tang 47

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN XE LĂN 54

3.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DI CHUYỂN XE LĂN 54

3.2 SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG CƠ CẤU 56

3.2.1 Chọn bánh xe và ray 56

3.2.2 Tải trọng lên bánh xe 56

3.2.3 Động cơ điện 58

3.2.4 Tỷ số truyền chung 59

3.2.5 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy 59

3.2.6 Phanh 60

3.2.7 Các bộ truyền 60

3.2.8 Các bộ phận của cơ cấu di chuyển xe con 61

3.2.9 Ổ đỡ trục bánh xe 64

CHƯƠNG 4 TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CẦU TRỤC 67

4.1 TÍNH TẢI TRỌNG 67

4.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN DẦM CHÍNH 68

4.2.1 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chinh 70

4.2.2 Tính tiết diện gối tựa của dầm chính 74

4.2.3 Tính độ bền của ray dưới xe lăn 75

4.2.4 Tính mối ghép hàn 75

4.3 TÍNH DẦM CUỐI 78

4.4 TÍNH DẦM ĐẶT RAY DI CHUYỂN CẦU 80

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU TRỤC 82

5.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DI CHUYỂN CẦU TRỤC 82

5.2 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 84

5.3 TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU 85

5.3.1 Bánh xe ray 85

5.3.2 Chọn động cơ 87

5 3 3 T ỷ s ô t r u y ề n c h u n g 8 8 5 3 4 K i ể m t r a đ ộ n g c ơ đ i ệ n 8 8 5.3.5 Phanh 89

5.3.6 Bộ truyền 89

CHƯƠNG 6 HƯỚNG DẪN AN TOÀN TRONG SỬ DỤNG MÁY 90

6.1 HƯỚNG DẪN AN TOÀN TRONG SỬ DỤNG MÁY 90

6.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY 91

KẾT LUẬN 94

TÀI LIÊU THAM KHẢO 95

MỞ ĐẦU

Trong ngành công nghiệp cơ khí và các ngành khác, máy móc chiếm vị trí quan trọng không thể thiếu Có nhiều loại máy móc thiết bị cho các lĩnh vực khác nhau Trong thời đại ngày nay, ngành cơ khí nói chung và ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng là một trong những ngành quan trọng, có tính then chốt và cũng là nền tảng để đưa đất nước ta trở thành một nước công nghiệp hiện đại Để đáp ứng nhu cầu khoa học kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng thì người kỹ sư cơ khí là rất cần thiết đối với một nước công nghiệp phát triển

Hiện nay, nhu cầu về vận chuyển hàng hóa trong các, nhà máy, xưởng càng ngày càng tăng theo số lượng cũng như khối lượng ngày càng lớn Các thiết bị nhỏ hay con người không thể làm được

Với mục tiêu và tầm quan trọng trên thì việc thiết kế cầu trục rất cần thiết Được sự nhất trí cho phép của khoa cơ khí và thầy giáo hướng dẫn Th.S Nguyễn Thế Tranh em xin thiết kế’’ Cầu trục trọng tải 10 tấn’’ làm đề tài tốt nghiệp

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương:

- Chương 1: Giới thiệu tổng quan

- Chương 2: Tính toán và thiết kế cơ cấu nâng

- Chương 3: Tính toán cơ cấu di chuyển xe con

- Chương 4: Tính toán kết cấu kim loại của cầu trục

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

- Chương 6: Hướng dẫn an toàn và sử dụng máy

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN

1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN

Máy nâng chuyển là thiết bị dùng để thay đổi vị trí của đồi tượngnhờ thiết bị mang vật trực tiêp như mĩc treo, hoặc thiết bị gian tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng tải,…

Như vậy máy nâng chuyển đĩng vai trị rất quan trọng trong quá trình sản xuất: giả nhẹ sức lao động cho cơng nhân và nâng cao năng suất lao động

Máy nâng chuyển là các loại máy cơng tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng cơng tác với thiết bị mang vật như mĩc 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 hố các quá trình sản xuất trong các ngành cơng nghiệp

và xây dựng

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

Trong ngành cơng nghiệp mỏ thì cần cĩ các loại thang tải, xe kíp băng tải …

Trong ngành luyện kim cĩ những cần trục nặng phục vụ kho chứa quặng và

nhiên liệu…

Máy nâng và vận chuyển phục vụ nhà ở, những nhà cơng cộng, các cửa hiệu lớn và các ga tàu điện ngầm như thang máy, trong đĩ cĩ 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 …

Ngành máy nâng và vận chuyển hiện đại đang thực hiện rộng rãi việc cơ giới hố quá trình vận chuyển trong các ngành cơng nghiệp và kinh tế quốc dân Sự phát triển của kỹ thuật nâng – vận chuyển phải theo cải tiến các máy mĩc, tinh xảo hơn, giảm nhẹ trọng lượng, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sử dụng, tăng mức sản

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

1.1.1 Phân loại máy nâng chuyển

a Căn cứ vào chuyển động chính: Chia làm hai loại

-Máy nâng

-Máy vận chuyển liên tục

b Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc:

-Cầu trục

Hình 1.1 Cầu trục -Cổng trục

Hình 1.2 Cổng trục

-Cần trục tháp

Hình 1.3 Cần trục tháp -Cần trục cột buồm và cần trục cột quay

Hình 1.4 Cần trục cột quay -Cần trục chân đế và cần trục nối

Hình 1.5 Cần trục chân đế

-Cần trục cáp

Hình 1.6 Cần trục cáp

1.1.2 Điều kiện an toàn của máy trục

Trong thực tế tần suất xảy ra tai nạn trong sử dụng máy nâng là lớn hơn rất nhiều so với các loại máy khác.Do vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy nâng là vấn đề quan trọng được đặt lên hàng đầu

Với cầu trục lăn do có nhiều bộ phận máy lắp với nhau và được đặt trên cao do vậy cần phải thường xuyên kiểm tra để kịp thời phát hiện những hư hỏng như lỏng các mối ghép,rạn nứt tại các mối hàn do thời gian sử dụng lâu …

Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe,trục quay phải có vỏ bọc an toàn nhằm ngăn những mảnh vỡ văng ra nếu có sự cố khi chi tiết máy hoạt động toàn bộ hệ thống điện trong máy phải được nối đất

Với các động cơ đều có phanh hãm tuy nhiên phải kiểm tra phanh thường xuyên không để xảy ra hiện tượng kẹt phanh gây nguy hiểm khi sử dụng

Tất cả những người điều khiển máy làm việc hay phục vụ máy trong phạm vi làm việc của máy đều phải học tập các quy định về an toàn lao động có làm bài kiểm tra và phải đạt kết quả

Trong khi máy làm việc công nhân không được đứng trên vật nâng hoặc bộ phận mang để di chuyển cùng với vật 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 thữ tĩnh: Treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,25 lần trọng lượng nâng danh nghĩa của cầu trục thiết kế và để trong thời gian từ 10 đến 20 phút

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

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC

1.2.1 Phân loại cầu trục

1.3.1 Tải trọng nâng dang nghĩa Q,N

-Là trọng lượng lớn nhất mà máy có thể nâng được

Q = Qm +Qh

Qm :Trọng lượng thiết bị mang

Qh:trọng lượng danh nghĩa của vật nâng ma máy có thể nâng được

1.3.2 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)

1.3.3 Tải trọng của gió

-Đối với máy làm việc trong nhà thì áp lực gió không đáng kể có thể bỏ qua

1.3.4.Tải trọng phát sinh khi vận chuyển

-Bao gồm các tải trọng do trọng lượng bản thân và các tải trọng động phát sinh khi vận chuyển:

+Tải trọng theo phương đứng khi vận chuyển trên ray lấy bằng 60% ÷ 80% tải trọng do trọng lượng bản thân

+Tải trọng động theo phương ngang lấy bằng 80% ÷ 90% tải trọng do trọng lượng của bản thân

a.Phương án 1: Hai dầm kết cấu dạng hộp

-Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn di chuyển

-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

b.Phương án 2 :Kết cấu hai dầm kiểu giàn

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

Hình 1.7: kết cấu hai dầm dang hộp

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

c.Phưong án 3: Kết cấu loại một dầm

-Kết cấu dầm có dạng chữ I

A

A

A A

-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 đọ nhỏ

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

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

1.4.2 Trình tự tính toán của cầu trục

-Xác dịnh các vị trí tính toán

Thiết kế các cơ cấu: cơ cấu nâng thiết bị mang, cơ cấu di chuyển xe,…

-Thiết kế, tính toán kết cấu thép

-Thiết kế các hệ thống điều khiển

-Thiết kế thiết bị an toàn

1.4.3 Xác định khoảng cách giữa các bánh xe di chuyển cầu trục trên dầm cuối

Trong quá trình di chuyển cầu dễ xãy ra hiện tượng xô lệch cầu Khi bị xô lệch

thì tạo ra lực cản phụ W nên sinh ra môn men xô lệch

2

Để đảm bảo cho bánh xe vẫn quay và không bị xô lệch cầu thì:

Hình 1.10 Sơ đồ lực tác dụng giữa bánh xe và ray

1.4.4 Đặc điểm tính toán của dầm chính cầu trục

Độ võng lớn nhất của dầm cầu trục dưới tác dụng của trọng lượng xe và tải trọng

danh nghĩa, cùng thiết bị mang vật đặt ở giữa dầm không được vượt quá :

+ L

700

1

với cầu trục hai dầm dẫn động bằng máy.[1]

- Ứng suất uốn lớn nhất tại mặt cắt dầm chính khơng vượt quá ứng suất uốn cho phép

- Đối với cĩ dầm hộp phải kiểm tra thời gian dao đọng tắt dần ủa kết cấu thép

1.4.5 Tính trục truyền của cơ cấu di chuyển

-Tính trục phải thực hiện đầy đủ các phép tính trụcthơng thường tính sơ bộ, tính

độ bền mỏi, cĩ thể kiểm tra độ cứng xoắn và dao động cơ

Hình 1.11 Các bộ chung của một cầu trục

-Khẩu độ: L = 9 (mét)

- Độ cao nâng: H = 6(mét)

-Vận tốc nâng: Vn = 14,7 (m/phút);

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

 Nhiệm vụ

- Chương 1: Giới thiệu tổng quan

- Chương 2: Tính tốn và thiết kế cơ cấu nâng

- Chương 3: Tính tốn cơ cấu di chuyển xe lăn

- Chương 4: Tính tốn cơ cấu di chuyển cầu trục

- Chương 5: Tính tốn kết cấu kim loại của cầu trục

- Chương 6: Hướng dẫn an tồn và sử dụng máy

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

2.1 PHÂN TÍCH CHUNG

2.1.1.Yêu cầu khi tính toán và thiết kế cơ cấu nâng

Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng Ngoại lực là trọng lưc và lực quán tính tác dụng lên vật nâng Có hai loại cơ cấu nâng: Cơ cấu nâng dẫn động bằng tay, và cơ cấu nâng dẫn động bằng điện Do cơ cấu dẫn động bằng tay không phù hợp yêu cầu thiết kế nên ở đây không đi vào phân tích

Còn cơ cấu nâng dẫn động bằng điện, do tính chất quan trọng và yêu cầu cao nên cơ cấu phải đảm độ an toàn, độ tin cậy, độ ổn định cao khi làm việc Do đó, cơ cấu nâng phải được chế tạo nghiêm chỉnh với chất lượng tốt của tất cả các khâu, khác với cơ cấu bằng tay, ở đây dùng tang kép quấn một lớp cáp, có cắt rãnh đảm bảo độ bền lâu cho cáp Bộ truyền phải được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín, ngâm dầu, bôi trơn tốt, các ổ trục thường dùng ổ lăn Thiết bị phanh hãm thường dùng là phanh má thường đóng

2.1.2 Phân tích lựa chọn cơ cấu nâng

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

c.Phương án 3:

Kết luận: với các ưu điểm trên nên ta chọn phương án 3 là phù hợp

2.1.3 Cơ cấu nâng

Các số liệu ban đầu:

-Trọng tải : Q = 10T = 100000N

-Trọng lượng bộ phận mang: Qm = 2100N

-Khẩu độ: L = 9 (mét)

- Độ cao nâng: H = 6(mét)

-Vận tốc nâng: Vn = 14,7 (m/phút);

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

2.1.4 Sơ đồ động học cơ cấu nâng:

2.2 TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG

2.2.1 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 là loại dây có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay

Ta không chọn dây xích vì xích nặng hơn khoảng 10 lần so với cáp, xích có thể đứt đột ngột do chất lượng mối hàn kém (nếu là xích hàn)

Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛK -P theo ГOCT 2588-55có tiếp xúc đường giữa với các sợi thép các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử

dụng rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép có dưới hạn bền 1200÷2100(N/mm2)

chọn cáp LK-O- 6x19+7x7 (theo trang II)

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

Hình 2.1 :Cơ cấu nâng



).

1 (

) 1 (

0 max





 Bảng 2 19[I]

Trong đó:Q0 = Q+Qm = 100000+2100 = 102100(N)

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(I)

a = 2 : Bội suất của palăng

m = 2 : Số nhánh cáp cuốn lên tang

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

hướng

98 , 0 ).

98 , 0 1 ( 2

) 98 , 0 1 ( 102100 ).

1 (

) 1 (

0 2 0

102100max



S a m

Qo S

So p



Trong đó : So =

a m

Qo

Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý Palăng

2.2.3 Tính kích thước dây cáp

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

Sd ≥ Smax.n

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

Smax : Lực căng lớn nhất trong dây , N

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

Sđ = 25800.5,5 = 142000 (N)

Xuất phát từ điều kiên theo công thức (2-10) với loại dây đã chọn trên, với dưới hạn bền của sợi σb = 1600 N/mm2.Chọn đường kính dây cáp dc = 16,5 mm có lực kéo đứt là Sđ = 141500 (phụ lục 12 của TCVN 4244-86)

Vậy dây cáp được chọn đạt yêu cầu

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

Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau : Dt = Dr = 400(mm)

Ròng rọc cân bằng không phải là rọc làm việc nên có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20%, so ròng rọc làm việc

Dc = 0,8 Dr = 0,8.400 = 320(mm)

b) Chiều dài tang

Chiều dài tang phải được tính toán sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất trên vẫn còn ít nhất 1,5 vòng cáp dữ trữ, không kể những vòng cáp nằm trong kẹp

(quy định về an toàn )

Chiều dài toàn bộ của tang xác định theo công thức 2-14-[I] đối với trường hợp Palăng kép

L’= L0’+2L1+2L2+L3

c t







trong đó : Z’0 = 2 số vòng dữ trữ không dùng đến :

) 5 , 6 01 , 0 4 , 0 ( 14 , 3

L Z

c t

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

L3 = L4-2.hmin.tgα Theo trang 21[I]

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

hmin :khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang với trục các ròng rọc treo móc

Dựa vào kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:

max





 

Smax: Lực căng cáp lớn nhất ở nhánh cáp cuốn lên tang

σ: Chiều dầy thành tang ; t bước rãnh

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

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

t

S k

n

max





20.15

25800.8,0.1

 (N/mm2)

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

σbn=565N/mm2 Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k=5

2

/1135

565

mm N k

Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải đựơc xác định:

Theo công thức 2-78 [I]

.1000.60

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

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

η0 = 0,94 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối, xuất phát từ bảng số liệu bảng 1-9 –[I],với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ

87,0.1000.60

5,14.102100

1000.60

Tương ứng với chế độ trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện MT 51 -8 có các đặc tính sau đây

Công suất danh nghĩa : Ndc = 22( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 723 (vòng/phút)

Hệ số quá tải: max  3 , 0

dn M M

Mô men vô lăng: (Gi.Di2)rôto = 44 Nm2

14 , 3

2 5 , 14

n i

2.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt

Hình 2.4 Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải cho trên hình 2.4

Q1 = Q; Q2 = 0,5Q; Q3 = 0,3Q Và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng lượng

này là 3:1:1

Động cơ điện đã chọn có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu

khi làm việc, do đó phải được kiểm tra về nhiệt

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

2 4165 , 0 25800

2

max

0



t i

m D S

98,0)

98,01.(

2

98,0)

98,01.(

102100)

1(

)

1.(

a

t a

5 , 32 2

88 , 0 2 4165 , 0 25400

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

 ≈(GiDi2)rôto+GiDi2)khớp=44 +52,8 = 96,8 Nm2

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

( GiDi2)khớp = 52,8 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

D G i

5,28,1(2

n

N M

382517(375

723.4165,0.102100)

382517.(

375

723.8,52

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

t m h 0,14s

87,0.5,32.2)

284517(375

723.4165,0.102600)

284517.(

375

723.8,52

2 2

Trên đây trình bày cách tính toán các thông số cho trường hợp Q1=Q

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 dưới đây:

n

5 , 14

12 60



Momen trung bình bình phương có thể xác định theo công thức gần đúng (Nm), theo công thức 2-37-[I] :

M tb m m t v

2 2

,

24

)78140284.3141203380.3(75,24

)238,0218,014,0.3376,0456,0823,0.3(517

2 2 2 2

2 2 2

Mà trong đó sự an toàn trong quá trình nâng hạ đều phụ thuộc vào hệ thống phanh,

do đó cơ cấu nâng của cầu trục phải trang bị thiết bị phanh hãm để đảm bảo độ an toàn Quá trình phanh được thực hiện bằng cách đưa vào cơ cấu lực cản phụ dưới dạng ma sát nảy sinh ra momen phanh

Phanh được dùng có thể có nhiều loại: phanh đai, phanh một má, phanh hai

má, phanh áp trục, phanh ly tâm … vvv… có thể phanh thường đóng hoặc thường

mở, ở đây ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng và được bố trí trên trục động cơ vì những lý do sau :

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

Lực phanh tác dụng đối xứng lên trục đặt phanh

Đảm bảo đóng mở nhịp nhàng giữa các má phanh với bánh phanh nên độ an toàn sẽ cao hơn cho cơ cấu nâng khi làm việc với tải trọng lớn

Phanh thường đóng làm việc an toàn hơn phanh thường mở, khi có sự cố xảy

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

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

đó kích thước, trọng lượng của phanh sẽ nhỏ hơn và tính an toàn cũng cao hơn để chọn phanh làm việc có hiệu quả và an toàn ta dựa vào giá trị momen phanh yêu cầu Mph omen phanh của cơ cấu nâng được xác định từ điều kiện giữ vật nâng treo

ở trạng thái tĩnh với hệ số an toàn n

Mph = n Mt ≤ [Mph] 2-2-[2]

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

Phanh được đặt trên trục động cơ nên:

Momen phanh được tính :

5,32.2.2

87,0.4165,0.102100

75,1

.2

D Q n

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

ký hiệu TKT-300 đảm bảo mômen phanh danh nghĩa vừa đúng Mph=500Nm

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

l f

má phanh lên bánh phanh Lúc này trục quay tự do

l M P

o

ph

9,10539

,0.35,0.3,0

200.498

Giả thiết tăng 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 châm điện có các thông số đây:

Momen nam châm hút: Mn = 69,56 Nm

P c   P  ng Trong đó : Pp = 2÷8 Lấy Pp = 5kg

a

M P P

P c P ng 1279,29

60

420050

29,

Lực lò xo chính lớn nhất khi mở phanh có thể giả thiết lớn hơn 10% so với thường tức là Pcmax = 1,1.1279,29 = 1407,2 N

Lấy bước dịch chuyển lớn nhất của thanh lõi ngang với phanh là Δx = 4mm

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 1407,2 = k.0,004

 k = 351800

004,0

2,1407

 N/m

Áp lực má phanh lên bánh phanh

f D

M

N ph 4742,85

35,0.3,0

360



 D B

N

P 

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

β0 Góc ôm của má phanh lên bánh phanh

lấy :β0=700

360

70 80 300 14 , 3

7 , 3606

.

360

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

Khe hở lớn nhất giữa má phanh và bánh phanh xác định theo công thức 2-35-[I]

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

h2 =2,5mm

Khe hở lớn nhất : 0,96

420.2

200.4.2

Max

Khe hở bình thường : 0,6

420.2

200.5,2.2

2.2.9 Bộ truyền

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

ra và trục vào quay về một phía

Các thông số cần thiết :

Số vòng quay trục vào: n = nđc = 723 vòng/phút

Động cơ dẫn động : N = 22 Kw

Tỉ số truyền chung của hộp là: ic = 32,5

a) Phân phối tỷ số truyền

cc cn

i i

i i

2,1

5,32

723

1 

cn i

n

= 116,6 (v/ph)

n3 = 22 , 4

2 , 5

6 , 116

2  

cc i

55 ,

46 , 19 10 55 , 9 10

55 ,

02 , 18 10 55 , 9 10

55 ,

Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất cho phép

ứng suất tiếp xúc cho phép:

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

M M

Ứng suất uốn cho phép :

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn

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

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:

K n u

.

).

6 , 1 4 , 1

1.344.5,1

mm N

1.301.5,1

mm N

Chọn sơ bộ hệ số tải trọng : k = 1,3

Chọn hệ số chiều rộng bánh răng :ψA = b/A = 0,4

Tính khoảng cách trục theo công thức 3-9[6]:

10.05,1

n

N k

6,116.4,0

01,21.3,1.2,6.520

10.05,1

723 300 14 , 3 2 ) 1 ( 1000 60

2 1000

60

.

s m i

n A n

d V

300 2 1

2

i

A d

3,17,1

%k    ( khoảng sai lệch lớn )

Chọn lại khoảng cách trục : A 328mm

3,1

7,1

3003 

chọn A = 330(mm)

Xác định modun số răng và chiều rộng bánh răng :

Modun m = (0,01÷0,02).330 = 3,3 ÷ 6,6

Theo tiêu chuẩn bảng 3-1[4] lấy m = 4mm

Số răng bánh răng nhỏ :theo công thức 3-24[6]:

mm

i m

A

) 1 2 , 6 ( 4

330 2 ) 1 (

2

1,21.45,1.10.1,19

10.1,19

2 6 1

2 1

6 1

b n Z m y

N k

u

ta có :[σ]u1=191 N/mm2

mm N

ta có : [σ]u2=129 N/mm2

=> σu2>[σ]u2 => thoả mãn điều kiện

Kiểm nghiệm sức bền bánh răng 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

A tx

/4,6216

,116.2,72

01,21.3,1.)12,6(.2,6.330

10.05,1

mm N

Vậy ứng suất tiếp xúc quá tải sinh ra nhỏ thua ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép của bánh nhỏ và bánh lớn là : (1300;1560) thoả mãn điều kiện

Kiểm nghiệm sức bền uốn :

Bánh 1 :[σ]uqt1 = kqt σu = 1,3 40,3 = 52,39N/mm2

Bánh 2:[σ]uqt1 = kqt σu = 1,3 30,6 = 39,78 N/mm2

So sánh thấy : σuqt1 < [σ]uqt1 = 360 N/mm2

σuqt2 < [σ]uqt2 = 216 N/mm2

Thoả mãn điều kiện

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền: