Thiết kế hệ thống mái che tự động

Đề tài “Thiết kế hệ thống mái che tự động” cũng nhằm thiết kế một hệ thống mái hiên hoạt động hiệu quả hơn mà không cần nhiều đến sự điều khiển trực tiếp từ người sử dụng, giúp tiết kiệm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH

Sinh viên thực hiện: VÕ TÂM THỨC

LÊ XUÂN BẢO LONG

Đà Nẵng, 2019

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật,cũng như nhu cầu đòi hỏi của con người ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội.Trong đó có nhu cầu về một cuộc sống tiện nghi, thông minh Điều này đã thôi thúc những nhà khoa học thiết

kế chế tạo ra những sản phẩm đáp ứng những tiện nghi,thông minh đó Một trong số

đó cần kể tới là mái che tự động

Mái che di động là một thiết bị khá phổ biến trên thị trường hiện nay và khá được người dùng ưa chuộng Tuy nhiên, hầu hết tất cả các mái hiên di động trên thị trường hiện nay đều được điều khiển một cách hết sức thô sơ và cơ khí

Trong đời sống hiện nay, tự động hóa các thiết bị để chúng hoạt động hiệu quả hơn

là một xu thế tất yếu Đề tài “Thiết kế hệ thống mái che tự động” cũng nhằm thiết kế một hệ thống mái hiên hoạt động hiệu quả hơn mà không cần nhiều đến sự điều khiển trực tiếp từ người sử dụng, giúp tiết kiệm thời gian, công sức và cũng làm tăng tuổi thọ mái che so với các mái che truyền thống khác Là một sinh viên khoa cơ khí của trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, với những kiến thức đã học cùng với mong muốn thiết kế một mái che tự động hóa nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt, ứng dụng trong thực tế đời sống hằng ngày, em đã chọn “hệ thống mái che tự động” làm đề tài cho đồ

án tốt nghiệp của mình

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình, em đã cố gắng hết sức để hoàn thành một cách tốt nhất Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót mong các thầy cô giáo bỏ qua và đóng góp ý kiến cho đề tài của em hoàn thiện hơn

Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lưu Đức Bình đã tận tình giúp đỡ chúng em trong

quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Vỏ Tâm Thức

Lê Xuân Bảo Long

Với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và tham khảo các tài liệu chúng

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:

Vỏ Tâm Thức Lê Xuân Bảo Long

Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

Hiện nay tuy công nghệ đã phát triển rất tiên tiến, các công việc của người nông

dân cũng đỡ vất vả hơn, nhưng mà trong các công việc đó thì việc phơi, che đậy nông

sản vẫn khiến họ vất vả Hay khi đang xem một bộ phim hay, đang trầm tư suy nghĩ

một chuyện gì đó, hay đang bận làm dở công việc thì cơn mưa ào đến, bạn phải chạy

tất tả ra sân để che đậy nông sản Hoặc đang ở vườn cách xa nhà chẳng hạn, vào các

ngày mưa người nông dân không thể vừa đi làm vừa ở nhà chuẩn bị che đậy, mở bạt

che nông sản được Và nó đặt ra một câu hỏi là taij sao không nghĩ ra một giải pháp để

có thể tự động kéo mái che ra khi trời mưa và che lại, sau đó lại mở mái che ra phơi

tiếp khi trời nắng, mà không cần con người chạm tay vào

Bộ điều khiển mái hiên di động theo thời tiết lúc đầu chỉ đơn giản là: nếu ban ngày,

trời mát, không có nắng và cũng không có mưa thì mái hiên sẽ tự động cuốn vào; nếu

như trời nắng, hoặc mưa thì mái hiên sẽ tự động cuốn ra che Như thế, người sử dụng

sẽ không cần phải quay một cách thô sơ như trước nữa mà vẫn sử dụng mái hiên đó

đúng mục đích Nhưng với mục đích của đề tài là nhằm ứng dụng vào việc che nông

sản khỏi bị ướt bởi những cơn mưa bất chợt khi đang phơi Vì vậy, bộ điều khiển ở

đây sẽ được lập trình là khi trời nắng mái che sẽ được cuốn vào, khi trời mưa mái che

sẽ tự động cuốn ra che Như vậy sẽ không lo nông sản bị ướt khi có những cơn mưa

rào, cơn mưa bất chợt, giúp chúng ta có thể yên tâm phơi nông sản rồi làm những công

việc khác để cải thiện đời sống, tiết kiệm thời gian

Một yêu cầu nữa đặt ra là khi con người muốn can thiệp vào sự điều khiển đó, mà

không cần đến yếu tố tự động thì mạch xử lý của chúng ta cũng đáp ứng được Nghĩa

là, sẽ có hai chế độ, một là điều khiển một cách tự động, hai là có sự can thiệp của con

người Điều khiển tự động theo sự thay đổi của thời tiết, còn khi có bàn tay người điều

khiển sẽ có một hệ thống bảng điều khiển với các nút ấn: điều khiển cuốn ra và điều

khiển cuốn vào

Nhưng thời tiết không phải chỉ có nắng và mưa thôi mà còn các yếu tố khác nữa tác

động đến, ví dụ như là gió Gió cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến sự hoạt động của

mái hiên, vì nếu như gió quá lớn sẽ làm hỏng, làm tốc mái hiên đi Vậy vấn đề đặt ra ở

đây là, khi có gió lớn, có nguy cơ làm hỏng mái hiên ta phải đưa ra được tín hiệu điều

khiển mái hiên đi vào, lúc này tín hiệu gió được quyền ưu tiên nhất, các tín hiệu khác

như nắng, mưa hoặc tín hiệu điều khiển cuốn ra sẽ không có tác dụng Nhưng gió cũng

có nhiều kiểu: gió to, gió vừa, gió xoáy, gió thoảng qua, gió trong một thời gian dài…

và nếu như chỉ là một cơn gió thoáng qua, tức là thời gian tồn tại ngắn thì mặc dù

mạnh tới đâu cũng không thể làm hỏng được mái hiên Chỉ khi nào gió thật lớn, và kéo

dài thì mới cần thiết phải đưa ra tín hiệu điều khiển cho mái hiên cuốn vào

Ngoài tín hiệu gió được quyền ưu tiên nhất, trong bất kỳ trường hợp nào thì khi trời tối

cũng cần phải điều khiển cho mái che đi rache, bởi vì khi trời tối sẽ có độ ẩm cao và có

sương sẽ làm ướt và ẩm nông sản có thể làm mốc, hư hại nông sản, làm mất công sức

phơi cả ngày Ban đêm cho mái che đi ra che nông sản sẽ giúp tiết kiệm, giảm được

công sức không phải mất công đưa nông sản vào kho rồi mai phải đưa ra phơi lại vì

nông sản thường phải phơi đủ số giờ nắng nhất định mới đưa vào kho và đưa đi chế

biến sản xuất

Như vậy, ta sẽ thiết kế một bộ điều khiển có hai chế độ: Tự động và Bằng tay

+ Chế độ Tự động:

- Ban đêm:mái hiên cuốn ra

- Ban ngày: nếu trời nắng hoặc mưa: mái hiên cuốn vào; ngược lại thì cuốn ra

+ Chế độ Bằng tay :

- Có tín hiệu điều khiển ra : mái hiên mở ra

- Có tín hiệu điều khiển vào: mái hiên cuốn vào

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁI CHE TỰ ĐỘNG 1.1 Giới thiệu

Ngày nay, kỹ thuật điện tử đã liên tục có những tiến bộ vượt bậc, đặc biệt là trong kỹ

thuật chế tạo vi mạch điện tử và công nghệ chế tạo cảm biến Sự ra đời và phát triển

nhanh chóng của kỹ thuật điện tử mà đặc trưng là kỹ thuật vi xử lý và kỹ thuật công

nghệ chế tạo cảm biến đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của

khoa học kỹ thuật tạo tiền đề cho việc chế tạo các sản phẩm máy móc có tính năng tự

động hóa cao hơn và thông minh hơn

Với mục đích đơn giản, nếu ban ngày trời nắng không có mưa mái che sẽ tự động

cuốn vào, nếu ban ngày trời mưa và ban đêm mái che sẽ tự động cuốn ra che Như thế

sẽ giúp người phơi nông sản không sợ nông sản đang phơi sẽ bị ướt khi có mưa bất

ngờ bên cạnh đó người sử dụng sẽ không cần phải quay một cách thô sơ như trước nữa

mà vẫn sử dụng mái che đó đúng mục đích tạo sự tiện nghi cho công việc hàng ngày

của những người phơi nông sản Vì vậy chúng em đã bắt tay vào nghiên cứu đề tài

“thiết kế hệ thống mái che tự động”

1.2 Lý do chọn đề tài

Ngày nay khoa học kỹ thuật đã phát triển hết sức mạnh mẽ, đã có rất nhiều thiết bị

phục vụ cho cuộc sống dựa trên các ứng dụng của khoa học công nghệ như máy giặt,

tủ lạnh, ti vi, điện thoại,… tuy nhiên bên cạnh đó chúng em nhận thấy vẫn còn nhiều

công việc có thể áp dụng khoa học công nghệ nhưng lại chưa được áp dụng, chưa

được sử dụng rộng rãi Một ứng dụng nhỏ trong đó mà chúng em nhận thấy vẫn chưa

được chế tạo sử dụng đó là một mái che thông minh có thể tự động kéo mái che ra khi

trời mưa và che lại, sau đó lại mở mái che ra phơi tiếp khi trời nắng Từ tình hình thực

tế trên chúng em đã hình thành một ý tưởng để thực hiện công việc trên đó chính là

“hệ thống mái che tự đông” nhằm ứng dụng chính vào việc phơi nông sản và có thể

ứng dụng để che vào những việc khác

1.3 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

+ Nghiên cứu các cơ cấu truyền động, các mạch cảm biến, các mạch điều khiển

+ Giúp sinh viên tiếp cận gần gũi hơn với công việc thường ngày qua đó sử dụng

vốn kiến thức của mình áp dụng vào thực tế cuộc sống

+ Góp phần nhỏ vào tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

+ Thấy được lợi ích của khoa học kỹ thuật trong đời sống

Ý nghĩa thực tiễn:

+ Mọi người luôn cảm thấy yên tâm khi phơi nông sản mà không sợ trời mưa, trời

tối

+ Tiết kiệm sức lao động

+ Phát triển hệ thống tư duy, sáng tạo để từ đó có thể nghiên cứu, triển khai các hệ

thống khác phức tạp hơn

1.4 Những điểm mới của đề tài

Trên thực tế đã có một số sản phẩm tương tự đề tài này, nhưng qua tham khảo

chúng em nhận thấy rằng những sản phẩm đó còn rất nhiều hạn chế như: tính linh

động của sản phẩm, tính “thông minh” của sản phẩm đó là có thể mở mái che ra khi

trời mưa, nhưng lại không thể kéo mái che khi trời nắng,… từ những hạn chế trên

chúng em đã đưa ra một hệ thống hoàn toàn mới, “thông minh” thật sự Hệ thống mái

che tự động là một mái che thông minh là một sản phẩm hoạt động dựa trên sự kết hợp

hoàn hảo giữa kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật điện và kỹ thuật lập trình vi xử lý Đảm bảo

thực hiện các yêu cầu cơ bản mà chúng ta mong muốn đó là bảo vệ nông sản trước

mưa gió, sương Ngoài việc đạt được những yêu cầu của hệ thống mái che thì chỉ cần

một vài cải tiến nhỏ thì thiết bị có thể triển khai thành hệ thống kéo rèm cửa tự động,

hệ thống tưới nước, vòi nước cảm ứng, thiết bị hẹn giờ, thiết bị báo mức nước lũ lụt,

robot,…

1.5 Mục đích nghiên cứu

+ Giúp mọi người luôn thoải mái khi phơi nông sản

+ Bảo vệ nông sản trước mưa, gió và sương

+ Tiết kiệm sức lao động cho con người

1.6 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu và xây dựng mô hình điều khiển mái che tự động dựa trên vi điều khiển

AT89C51 hoặcvề ngôn ngữ lập trình arduino Từ đó phát triển cao hơn, đưa bộ điều

khiển áp dụng vào trong thực tế giúp tiết kiệm sức lao động cho con người

Làm quen với việc tính toán thiết kế, chế tạo, nguyên lý hoạt động của mái che và

củng cố phần lý thuyết về mạch điện tử, cảm biến và mạch điều khiển bằng vi điều

khiển

1.7 Nội dung đề tài

Việc thực hiện nghiên cứu đề tài „„thiết kế hệ thống mái che tự động ‟‟ trong điều kiện :

- Thời gian thực hiện :1 học kỳ

- Kinh nghiệm thực tế chưa nhiều

- Vật tư và linh kiện không đồng bộ

Vì vậy chúng em đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:

- Lập trình bằng vi xử lý AT89C51 hoặc về ngôn ngữ lập trình arduino

- Thiết kế chế tạo mạch điều khiển động cơ DC

1.8 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa: Kế thừa từ các tài liệu, công trình nghiên cứu trước đó về hai

mảng chính của đề tài: Cấu trúc vi điều khiển 8051 và điều khiển động cơ điện một

chiều

Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Sau khi đã xây dựng xong cơ sở lý thuyết của

đề tài sẽ tiến hành thử nghiệm sự hoạt động trên các thiết bị hiện có

Các bước tiến hành nghiên cứu là tìm hiểu cơ sở lý thuyết về vấn đề nghiên cứu, tiến

hành thiết kế chương trình điều khiển và mạch điều khiển, sau đó thử nghiệm trên mô

hình để đưa rakết luận

1.9 Kết quả hy vọng đạt được

Nghiên cứu và chế tạo thành công “hệ thống mái che tự động” Sau khi hoàn

thành thành công mô hình dự án thu nhỏ, nhân rộng đưa vào sản xuất để phục vụ cho

cuộc sống

1.10 Các loại mái che phổ biến hiện nay

1.10.1 Mái che nắng che mưa tay quay

Hình 1.1: Mái che bằng bạt tay quay

Là một trong những loại mai che được ưa chuộng hiện nay, mái che bằng bạt tay

quay được thiết kế với trục cuốn bằng ống nhôm cuốn một đầu bạt, đầu còn lại nối với

thanh inox làm đai dưới giúp cho bạt luôn được căng và thả thẳng xuống Tất cả cơ

cấu bạt được bắt cẩn thận lên tường hay trần (tuỳ vào vị trí lắp đặt) bằng vít nởi sắt

cùng bản mã hai đầu trục cuốn

Về phần bạt mái che, chất liệu khá đa dạng, thiết kế tinh tế nhiều hoa văn, có tráng

PVC nhằm tăng độ bền, chống mưa che nắng tốt hơn

1.10.2 Mái che bằng bạt tự cuốn

Mái che bằng bạt tự cuốn có cơ cấu tương tự như loại tay quay, nhưng thay vào đó

sản phẩm này không có tay quay mà là lò so ống tự cuốn Nếu người dùng muốn che

nắng, che mưa chỉ cần kéo bạt xuống, lúc này đồng thời lò so bung ra, ổng nhôm quay

thả bạt ra đến khi bạt đạt một độ cao theo nhu cầu thì neo lại Và khi không sử dụng,

bạn chỉ việc tháo néo, bạt sẽ tự động cuốn lên vị trí lắp đặt ban đầu

Hình 1.2: Mái che bằng bạt tự cuốn

1.10.3 Mái hiên di động

Hình 1.3: Mái hiên di động Mái hiên di động là một trong những mái che bằng bạt được sử dụng phổ biến nhất bởi

những ưu điểm vượt trội như:

- Thiết kế cực kỳ thông minh, giúp người sử dụng có thể bung ra hoặc cuốn vào một

cách dễ dàng

- Màu sắc và mẫu mã vô cùng đa dạng, thích hợp với mọi không gian lắp đặt

- Có chất liệu bạt cao cấp, bền bỉ theo thời gian

- Kích thước đa dạng, có thể di chuyển nhiều nơi

- Đặc biệt giá cả phải chăng nhưng thời gian sử dụng lâu dài

1.10.4 Mái bạt xếp di động

Là một loại mái che di động được sử dụng phổ biến ở các nhà hàng sân vườn, quán

café, hồ bơi, quán ăn…Mái che bằng bạt xếp có kết cấu xếp tầng thành từng nếp gấp,

nhẹ nên dễ dàng di chuyển và lắp đặt, vì tính chất linh hoạt nên sản phẩm này luôn

đảm bảo được nhu cầu che nắng, che mưa mang lại không gian thoáng mát, sạch sẽ,

lịch sự và tiết kiệm diện tích sử dụng

Hình 1.4: Mái bạt xếp di động

CHƯƠNG 2:

PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY

2.1 Phân tích và lựa chọn phương án

2.1.1 Phương án 1

Sử dụng hệ thống xy lanh thủy lực để nâng sàn nâng

Hình 2.1: Sơ đồ phương án hệ thống xylanh thủy lực

 Ưu điểm:

- Truyền động được công suất cao và lực lớn

- Dễ thực hiện tự động hóa theo chương trình có sẵn

 Nhược điểm:

- Cần có trạm nguồn thủy lực nên chiếm diện tích lớn

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử

2.1.2 Phương án 2

Sử dụng hệ thống nâng trực tiếp liên kết với sàn nâng

 Ưu điểm:

- Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện

- Dễ thực hiện tự động hóa theo chương trình có sẵn

 Nhược điểm:

- Cần động cơ có công suất lớn

- Cần bố trí nhiều động cơ

- Lực tác dụng lên dây cáp lớn dễ xảy ra hiện tượng đứt cáp

- Do cần động cơ có công suất lớn nên giá thành cao

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống nâng trực tiếp liên kết với sàn nâng

2.1.3 Phương án 3

Sử dụng hệ thống nâng qua truyền động trung gian

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống nâng qua truyền động trung gian

 Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

- Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện

- Yêu cầu động cơ với công suất không quá cao

- Giảm tốc và đảo chiều một cách dễ dàng

 Nhược điểm:

- Cần phải bố trí nhiều động cơ

2.2 Lựa chọn phương án

Dựa vào ưu, nhược điểm các phương án trên ta lựa chọn phương án 3 Vì kết cấu

đơn giản, cách bố trí và lắp đặt hệ thống đơn giản thuận lợi trong quá trình chế tạo

và lắp đặt,không cần động cơ công suất lớn nên giá thành cho hệ thống nâng không

quá cao dễ dàng áp dụng cho các nước chưa phát triển hoặc đang phát triển

2.3 Phân tích thiết kế động học máy

2.3.1 Phương án thiết kế khung dầm

2.2.1.1 Phương án 1

Chọn sàn nâng được cấu thành từ các tấm thép, được đỡ bởi 2 thanh thép vuông

Hình 2.4:Phương án thiết kế sàn nâng từ các tấm thép

 Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

 Nhược điểm:

- Độ võng lớn khi chịu tải trọng tác dụng

- Khả năng chiệu uốn thấp

2.2.1.2 Phương án 2

Chọn sàn nâng được cấu tạo từ các thanh thép chữ I cỡ lớn

 Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

- Khối lượng sàn nâng không quá lớn

 Nhược điểm:

- Khối lượng sàn nâng tương đối lớn

- Đòi hỏi kỹ thuật hàn cao

Hình 2.5: Phương án thiết kế sàn nâng từ các thanh thép chữ I cỡ

Kết luậ : Dựa vào ưu nhược điểm đã phân tích 2 phương án trên ta chọn phương

án 2

Vì sàn nâng được thiết kế nhằm nâng hạ các vật có tải trọng lớn Do đó, sàng nâng

phải chịu uốn và nén lớn nên ta chọn sàn nâng được cấu thành từ các thanh thép chữ I

do đặc tính Thép chữ I có đặc tính chịu lực cao, tải trọng lớn, có thể phù hợp với rất

nhiều loại công trình

Hình 2.6: Kết cấu sàn nâng

2.3.2 Phương án chọn nguồn động lực

2.3.2.1 Phương án 1 : Xilanh thủy lực

Là loại thiết bị tạo ra chuyển động tịnh tiến của đầu cần piston thông qua áp lực của

đầu lên bề mặt piston bên trong nòng xilanh

Hình 2.8: Xilanh thủy lực(Hydrolic cylinder)

Sử dụng hệ thống thủy lực để nâng tàu là điều hoàn toàn có thể do những ưu điểm sau:

- Truyền động được công suất cao và lực lớn

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc vô cấp, dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện

làm việc hay theo chương trình có sẵn

- Kết cấu đơn giản, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có

thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong cơ khí hay điện

- Có thể đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu

chuẩn hoá

Nhưng hệ thống thủy lực cũng có những nhược điểm mà ta khó có thể áp

dụng nó cho sàn nâng bởi:

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và

hạn chế phạm vi sử dụng

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của dầu và

tính đàn hồi của đường ống dẫn

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do

độ nhớt của chất lỏng thay đổi

- Với những xilanh có kích thước lớn thường giá thành rất đắt Vì ngoài xilanh ra còn

cần có trạm nguồn thủy lực và các thiết bị liên quan như cụm van điều khiển – an toàn,

hệ thống đường ống

- Việc sửa chữa tương đối khó khăn, tìm kiếm phụ tùng thay thế khó vì đây là nhóm

thiết bị không được chế tạo hàng loạt Chi phí cho việc sửa chữa thường lớn, thời gian

sữa chửa kéo dài làm ảnh hưởng đến thời gian phục vụ của sàn nâng

- Việc đảm bảo hoạt động đồng thời cho 1 hệ thống gồm nhiều xilanh là rất khó khăn,

yêu cầu phải có hệ thống điều khiển tinh vi áp dụng những công nghệ cao Tuy nhiên

việc áp dụng hệ thống này vào sàn nâng là bất hợp lí khi nó góp phần đội giá thành sàn

nâng lên rất cao

2.3.2.2 Phương án 2 : Động cơ thủy lực

Động cơ thủy lực hay động cơ dầu là loại thiết bị biến chuyển động của dòng mô chất

là dầu thành chuyển động quay tròn của trục chính

Hình 2.9: Động cơ dầu(Hydraulic motor)

Tùy theo kết cấu mà động cơ dầu được phân ra các loại như:

- Động cơ dầu bánh răng

- Động cơ dầu cánh gạt

- Động cơ dầu piston

Trong đó động cơ dầu piston được sử dụng phổ biến nhất vì nó cung cấp được khả

năng tải trọng từ nhỏ tới lớn, dải tốc độ từ vài vòng lên đến hàng trăm vòng trên phút

Với hoạt động của sàn nâng tàu thủy, nếu sử dụng động cơ dầu thì sẽ chọn loại động

cơ dầu piston hướng kính

Động cơ dầu hoàn toàn có thể đảm nhiệm vai trò của động cơ điện tuy nhiên trong

thiết kế sàn nâng tàu thủy này, không dùng tới phương án sử dụng động cơ dầu vì một

số điểm sau:

- Giá thành đắt, ngoài động cơ còn phải có các bộ phận liên quan đi cùng như hệ thống

đường ống, trạm nguồn thủy lực

- Quá trình bảo trì khó khăn, sữa chửa tốn thời gian lâu, làm ảnh hưởng đến hoạt động

của sàn nâng

- Yêu cầu của sàn nâng không quá cao nên việc sử dụng động cơ dầu sẽ gây lãng phí

- Không ổn định được vận tốc nâng hạ khi thay đổi tải trọng do tính nén được của dầu

2.3.2.3 Phương án 3 : Động cơ xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện xoay chiều Động

cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau Theo sơ đồ

nối điện có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha và nếu theo tốc độ có động

cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ

Hình 2.10 : Cấu t o động cơ điện xoay chiều

a Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều

Phụ thuộc vào cấu tạo của mỗi loại động cơ điện mà chúng có nguyên lý hoạt động khác

nhau Đối với động cơ điện xoay chiều cũng có cấu tạo và nguyên lý hoạt động rõ ràng

Về phần cấu tạo, động cơ điện xoay chiều gồm có hai phần chính: stator và rotor Stato

gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo

ra từ trường quay Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép Khi

mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto

quay trên trục Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử

dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

Hình 2.11 : guyên l ho t động của động cơ điện xoay chiều

b Phân loại động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều gồm có 2 loại: động cơ điện xoay chiều 3 pha và động cơ

điện xoay chiều 1 pha

+ Động cơ điện xoay chiều 3 pha: Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng

điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn Cách bố trí

các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện

người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3

Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm cho

rôto quay trên trục Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và

được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

+ Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Dựa theo nguyên tắc của động cơ không đồng bộ

ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha Stato của loại

động cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạng

điện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện Cách mắc như vậy làm cho hai dòng

điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay Động cơ không đồng

bộ một pha chỉ đạt được công suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ gia

đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước…

 Ưu nhược điểm của động cơ không đồng bộ ba pha

+ Ưu Điểm:

Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha Vì

nó tiện lợi hơn, với cấu tạo, mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động cơ một chiều

Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba

pha, không phải tốn kém thêm các thiết bị biến đổi Vận hành tin cậy, giảm chi phí

vậnhành, bảo trì sữa chữa Theo cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ ba pha

làm hai loại: Động cơ roto dây quấn và động cơ roto lồng sóc

+ Nhược Điểm:

Bên cạnh những ưu điểm động cơ không đồng bộ ba pha cũng có các nhược điểm sau:

- Dễ phát nóng đối với stato, nhất là khi điện áp lưới tăng và đối với roto khi điện

áplưới giảm

- Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở không khí nhỏ

- Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rất nhiều vì

mômen tỉ lệ với bình phương điện áp

 Kết luận : Dựa vào ưu nhược điểm đã phân tích 3 phương án trên ta chọn

phương án 3

Chọn nguồn động lực là động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ với công suất

được tính toán dựa vào tải trọng lớn nhất cần đáp ứng với các ưu điểm như

- Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ, nguồn cung cấp dồi dào

- Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện

- Điều kiện bảo dưỡng, duy tu dễ thực hiện

- Động cơ được sản xuất với nhiều cấp điện áp, dải tốc độ, công suất khác nhau nên

thích nghi cho nhiều yêu cầu sử dụng

Hình 2.12: Động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ

Với hệ thống sàn nâng tàu thủy đang thiết kế, vì kích thước và tải trọng nâng lớn nên

chọn hệ dẫn động gồm có 20 ụ tời phân bố thành 10 cặp dọc theo hệ sàn, mỗi động cơ

truyền động cho hệ thống tời tải thông qua hộp giảm tốc ở công suất theo yêu cầu Lý

do chọn phân bố với số động cơ nhiều là vì:

- Tăng số lượng dầm chính, giảm được kích thước các dầm

- Đảm bảo phân bố lực đồng đều hơn, có tác dụng hỗ trợ chịu lực giữa các dầm chính

được đặt sát nhau

- Giảm tải trọng đặt lên mỗi ụ, từ đó giảm được kích hộp giảm tốc phải thiết kế

- Trang bị động cơ với công suất thấp hơn, điều này mang lại nhiều lợi ích trong làm

việc, sửa chữa và thay thế

Không thực hiện chọn một động cơ truyền động cho cả hệ sàn vì:

- Giá thành động cơ công suất lớn đắt

- Vì là loại sản phẩm sản xuất đơn chiếc nên khi cần thay thế là rất khó khăn

- Kết cấu cồng kềnh

- Bảo dưỡng – sữa chữa khó khăn, kéo dài làm ảnh hưởng đến toàn bộ hoạt động của

hệ thống

2.2.3 Phương án thiết kế hệ truyền động trung gian

Không chọn cách truyền trực tiếp mô men từ trục động cơ sang trục tang vì:

- Mô men mở máy lớn

- Có khả năng gây quá tải động cơ, không an toàn

- Không đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật về số vòng quay

- Không hợp lí trong thiết kế kết cấu máy

 Chọn phương án thiết kế truyền động bằng hệ truyền động bánh răng

2.2.3.1 Thiết kế hệ thống tời

Vì khối lượng nâng lớn, nên để giảm công suất cần cung cấp ở mỗi động cơ, ta chọn

phương án sử dụng hệ thống ròng rọc

Hình 2.13:Bánh ròng rọc và dây cáp thép

Mỗi ụ tời sẽ nâng một khối lượng (chưa qua hệ ròng rọc) là 1100/20 = 55 tấn

Để giảm tải ta chọn hệ ròng rọc bao gồm có 2 cặp bánh ròng rọc tĩnh và động cho bội

suất 6, lắp trung gian giữa tang quấn và sàn nâng Khi đó ta có tải trọng thực tế đặt lên

tang là 55/6 = 9,16 tấn

Ngoài ra, việc sử dụng ròng rọc còn giúp giảm kích thước của nguồn động lực và hệ

truyền động trung gian

Hệ số lợi lực trong ròng rọc

“Càng lợi về lực thì càng thiệt về đường đi Lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu

lần về đường đi”

Hệ thống ròng rọc trên sàn nâng hoạt động với bánh ròng rọc động gắn lên sàn nâng,

bánh ròng rọc tĩnh được đặt trên bệ đỡ Chọn hệ số lợi lực là 6 nên lực cần cung cấp

nhỏ hơn 6 lần và số vòng quay của tang cũng tăng lên 6 lần

Chiều cao tối đa là 5 m, tổng quãng đường di chuyển tối đa là 10m

Quãng đường đi tăng lên 6 lần, do đó ta có:

L= l.a = 6x10 = 60m

2.3.4 Phương án thiết kế hệ thống an toàn

Điều kiện làm việc của cơ cấu nâng đòi hỏi phải có thiết bị giữ vật treo cũng như điều

chỉnh vận tốc nâng hạ một cách thích hợp Các cơ cấu khác như cơ cấu dichuyển, cơ

cấu quay, cơ cấu thay đổi tầm với cũng đòi hỏi thiết bị dừng và phanh hãm

Thiết bị dừng là một cơ cấu dùng để giữ vật nâng ở trạng thái treo Nó chỉ cho phép

trục của cơ cấu quay theo chiều nâng vật Thiết bị dừng không phát sinh năng lượng để

dừng mà nó hãm chuyển động theo nguyên lý làm việc Các thiết bị này thường dùng

phổ biến các loại cơ cấu như các loại khoá dừng, bánh cóc…

a) Khóa dừng ma sát

Nguyên lí: Để giữ bánh 1 đứng yên thì lực ma sát cân bằng với lực vòng

F = f.N > P = N.tgα Thông thường hệ số ma sát f ≤ 0,1 nên góc α khá nhỏ Như vậy điểm tiếp xúc A rất

gần đường nối tâm OO1 Khi cơ cấu bị mòn hoặc biến dạng, cam rất dễ bị lật sang bên

kia đường OO1 Do đó cơ cấu khoá ma sát làm việc không an toàn và ít được dùng

trong thực tế

Hình 2.14:Khóa dừng ma sát b) Khóa dừng con lăn

Thiết bị này chỉ cho phép quay một chiều và thường được áp dụng trong cơ cấu nâng

hạ cần của cần trục hoặc cần của máy xúc nhằm hạn chế tốc độ quay của tời nâng hạ

cần và giữ cho cần không bị rơi tự do khi có sự cố

 Nguyên lý:

Khi vành tang 1 đột ngột quay nhanh hơn trục quay 2 thì con lăn3 sẽ bị chèn ép khiến

vành tang – trục quay sẽ quay cùng tốc độ

Ta không chọn khóa dừng con lăn bởi kết cấu khá phức tạp và dễ hỏng con lăn do tải

trọng cần hãm quá lớn

Bánh cóc là loại kết cấu đơn giản nhưng hiệu quả

Gồm bánh cóc ăn khớp với con cóc Lò xo cóc đảm bảo sự ăn khớp giữa 2 khâu

này Bánh cóc chỉ được quay một chiều do dạng răng không đối xứng của nó

Bánh cóc có thể lắp trên bất cứ trục nào của cơ cấu nâng Tuy vậy để kích thước cơ

cấu cóc không lớn thì nên lắp trên trục nhanh Trong trường hợp lắp bánh cóc trên trục

tang thì độ an toàn cao, nhưng kích thước của cơ cấu cóc lớn

Cơ cấu bánh cóc có khuyết điểm lớn là dễ gây va đập phát tiếng ồn Để khắc phục

nhược điểm này người ta đã đưa vào sử dụng cơ cấu bánh cóc giảm tiếng ồn Khi bánh

cóc vừa mới bắt đầu quay theo chiều hạ vật vòng đàn hồi sẽ kéo con cóc về vị trí làm

việc, con cóc tì vào bánh răng cóc và dừng cơ cấu lại

 Chọn cơ cấu bánh cóc làm thiết bị dừng cho sàn nâng do sự đơn giản và

hiệu quả cao

2.4 Thiết lập sơ đồ động học

Với những phân tích về thiết kế động học máy, ta chọn sơ đồ động học máy có dạng

cơ cấu nâng dùng tang quấn cáp

Hình 2.17:Sơ đồ cơ cấu nâng

CHƯƠNG 3:

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀTHIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU MÁY

Các số liệu ban đầu

- Trọng tải nâng: Q = 1 tấn Bao gồm trọng lượng bản thân vật nâng, trọng

lượng bản thân sàn và các thành phần liên quan

- Vận tốc mái che: vn = 1m/phút

3.1 Tính toán công suất động cơ và hộp giảm tốc

3.1.1.Khái quát về cách tính toán và chọn

Giá trị công suất yêu cầu được tính toán dựa vào tải trọng đặt lên mỗi ụ tời, từ đó ta

xác định được các thông số mô men như yêu cầu Sau khi tính toán cho bộ truyền ta

chọn 1 trong 2 phướng án, mỗi phương án đều có những ưu và khuyết điểm riêng:

Tư thiết kế chế tạo bộ truyền: Với phương pháp này, hoàn toàn có thể chủ động về

mặt cấp truyền động, loại truyền động, kích thước thiết kế…Tuy nhiên lại vướng

phải một khuyết điểm là vì chế tạo nhỏ lẽ nên chi phí về vật tư, chi phí gia công rất

cao, khi cần thay đổi thiết bị thì phải chờ đợi trong một khoảng thời gian rất lâu

Làm ảnh hưởng đến hoạt động của sàn nâng Quá trình tính toán phức tạp và dài dễ

dẫn đến sai sót trong thiết kế Bị ảnh hưởng nhiều bởi trình độ chế tạo trong nước

Chọn mua các bộ truyền có sẵn được các nhà sản xuất tiêu chuẩn tùy theo loại thiết bị

sử dụng Phương pháp này sản xuất ra sản phẩm hàng loạt nên đáp ứng tốt về khả năng

sửa chữa, thay thế, mở rộng khả năng trang thiết bị, sản phẩm được sản xuất theo tiêu

chuẩn của nhà sản xuất nên đảm bảo về độ tin cậy trong mỗi sản phẩm Tuy rằng việc

chọn lựa số cấp truyền động, tỉ số truyền, kích thước hộp giảm tốc phải phụ thuộc vào

nhà sản xuất và đôi khi là không phù hợp với yêu cầu thiết kế nhưng ta hoàn toàn có

thể thay đổi các phần liên quan để sử dụng được các hộp giảm tốc này

Với các phân tích đã nêu ra ở trên, chọn phương án thứ 2 cho thiết kế bộ truyền Sử

dụng tiêu chuẩn FLENDER SIP của hang SIEMENS để tính toán và chọn các kích

thước cho hộp giảm tốc

Sau khi chọn hộp giảm tốc, tiến hành chọn động cơ cho ụ tời Có 2 tiêu chí cần phải

đáp ứng khi chọn động cơ cho ụ tời là:

- Phải lắp ghép được với hộp giảm tốc

- Đáp ứng công suất, mô men xoắn, số vòng quay đủ theo yêu cầu

Vì ở trên đã chọn hộp giảm tốc, nên với động cơ ta lựa chọn đồng bộ với hộp giảm tốc,

các thông số chủ yêu tra từ catalogue của nhà sản xuất

3.1.2 Tính toán công suất

Tải trọng toàn bộ là 1100 kg, phân bố đều lên 2 ụ, sức lợi lực của ròng rọc là 6 Trọng

tải nâng tại mỗi ụ là:

1100

9,16

20 20 6

Q G

115



) Với tốc độ di chuyển của sàn nâng khi nâng tải trọng lớn nhất là 0,2 m/phút, sức lợi

lực là 6 nên thiệt hại 6 lần về đường đi, suy ra vận tốc thẳng tại tang là 1,2 m/phút Ta

tính được công suất cần cung cấp trên trục tang là:

91600 1, 2

1,83260.1000 60 1000

6 2

9,55.10

9,55.10 x1,832

32418 0,99 0,55

ol t

N T



)

Theo tiêu chuẩn LENDER SIP của Siemens (2 8 

1035

Chọn kích thước bánh răng dựa vào giá trị mô men danh nghĩa T2N và bảng mục 3/9

trang 21/68 [8] Với giá trị T2N = 45 KNm ta chọn bánh răng cỡ 50 với tỉ truyền danh

nghĩa là 45

Tốc độ vòng quay của đầu vào hộp giảm tốc Yêu cầu tang quay với tốc độ 0,55

vòng/phút, với tỉ truyền 45, tốc độ trên trục vào là 45 x 0,55 = 24,75 vòng/phút

Kiểm tra quá tải Với tải trọng đặt vào hộp giảm tốc như đã tính, điều kiện an toàn đối

với quá tải là:

fmax fSt

Trong đó:

- f max : hệ số quá tải tối đa cho phép

- f3: hệ số ảnh hưởng bởi mômen lớn nhất tác dụng (chọn f3=0,67)

- fSt: hệ số ảnh hưởng khi khởi động động cơ điện, fSt=1,05

2 45000

1,17

2 38578

N SactSIP

T f

F F

f

Điều kiện làm việc an toàn của máy là mô men mở máy không vượt quá 1,75 lần mô

men xoắn danh nghĩa T2N Máy làm việc an toàn

Dựa vào các tính toán, chọn loại hộp giảm tốc G4-50 của Siemmens theo catalogue

của nhà sản xuất

3.1.4 Chọn động cơ điện

Với yêu cầu số vòng quay trên trục đầu vào của hộp giảm tốc là 24,75vòng/phút, mô

men xoắn đáp ứng khi hoạt động ổn định là 857 Nm Với trường hợp quá tải chọn mô

men quá tải gấp 1,75 lần so với lúc làm việc ổn định Mô men xoắn danh nghĩa phải

chọn cho động cơ là 1500 Nm Công suất yêu cầu lấy lớn hơn từ 2†4 lần công suất

danh nghĩa là 1,832 kW

Với những yêu cầu như vậy, ta chọn động cơ bánh răng của hãng SIEMENS, các

thông số hoạt động, kích thước của động cơ lấy từ catalogue của nhà sản xuất [8]

Dựa vào catalogue của nhà sản xuất, chọn được động cơ điện bánh răng với kí hiệu SK

9032.1 132/S4 với các thông số sau:

Hình 3.1: Sơ đồ động 1 ụ tời

3.2 Tính chọn thiết kế cơ cấu nâng

3.2.1 Chọn dây cáp

Dây là một phần quan trọng trong máy nâng chuyển Có tính chất mềm, uốnđược,

dùng làm bộ phận liên kết bộ phân mang tải và các tang, ròng rọc Trong máy nâng

chuyển có thể sử dụng các loại dây như dây cáp thép, dây xích Thông thường thì đối

với nhóm máy nâng người ta hay chọn nhóm dây cáp thép vì tính rẻ, nhẹ, dễ mua và

không chịu ảnh hưởng của các khuyết tật hàn như xích thép

Dây xích được phân thành 2 loại tùy theo cách chế tạo

- Xích hàn (Welded): Các mắc xích được lồng vào nhau rồi hàn giáp mối tạo

nên một dây xích dài gồm nhiều mắc xích Xích hàn được dùng nhiều trong các cơ cấu

Pa-lang xích (Chain hoist) hay các Pa-lang tay(Hand hoist) có tải trọng nhỏ và trung

bình [Hình 3.2a]

Hình 3.2 a, b:Xích thép

Xích bản lề ( Roller chains): Là loại xích có kết cấu bao gồm các má xích được nối với

nhau tạo thành mắc xích bởi con lăn Điển hình như xích xe đạp, xích xe máy…[Hình

3.2b]

Dây cáp thép được chế tạo từ các sợi thép có đường kính từ 0,2 – 3 mm đã được hóa

cứng Các sợ nhỏ này được bện lại với nhau để tạo thành một sợi cáp lớn chịu được

- Tùy theo tình trạng tiếp xúc: cáp tiếp xúc điểm và cáp tiếp xúc đường

- Tùy theo lõi: cáp lõi đay và cáp lõi thép

- Theo hình dáng: cáp tròn, cáp hình cánh hoa

Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, ta chọn cáp thép để làm dây cho cơ cấu nâng vì

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 cáp thường, có tiếp xúc đường giữa với

các sợi thép các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi

Loại cáp này được bện xuôi, với 6 tao cáp, mỗi tao cáp được bệnh từ 37 sợi cáp nhỏ

hơn Tao cáp được chế tạo bằng thép Kết cấu dây cáp kiểu 6 x 37 có sự tiếp xúc giữa

với các sợi thép ở các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi Vật

liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền cao Giới hạn bền các sợi thép trong khoảng

1600÷1900 N/mm2

Sở dĩ chọn cáp thường là vì cáp có tính mềm dẻo hơn, dễ vòng qua tang quấn và các

bánh ròng rọc, cáp bện chéo còn có ưu điểm là khó bị sổ hơn so với cáp bện xuôi Nếu

chọn cáp quá cứng thì khi vòng qua tang và bánh ròng rọc sẽ nhanh bị hỏng hơn

Ngoài ra đây là loại cáp được sử dụng rất nhiều trong thiết kế các thiết bị nâng chuyển,

do đó dễ tìm mua khi cần sửa chữa thay thế trang thiết bị

Hình 3.5:Cáp bệnchéo

3.2.2 Các bánh ròng rọc và lực căng lớn nhất

Ròng rọc là chi tiết cả khả năng quay xung quanh trục của nó, được chế tạotừ gang

xám bằng phương pháp đúc hoặc gia công cơ, được chế tạo liền khối nếu đường kính

không lớn hơn 600 mm hoặc chế tạo ghép với moay ơ

Công dụng: Hướng cáp (ròng rọc cố định) hoặc thay đổi lực căng dây (ròng rọc di

động) Rãnh của ròng rọc cần đảm bảo các tiêu chí sau:

- Cáp không bị tuột khỏi rãnh trong quá trình làm việc

- Cáp vào và ra khỏi ròng rọc được dễ dàng

- Cáp không bị kẹt trong rãnh

Việc sử dụng các bánh ròng rọc, bao gồm bánh ròng rọc động và bánh ròng rọc tĩnh,

có tác dụng giảm sức nâng mà động cơ cần cung cấp Với sàn nâng tàuđang thiết kế,

chọn hệ gồm bánh ròng rọc tĩnh và bánh ròng rọc động, là loại bánh kép (cho dây cáp

thép vòng qua nhiều lần) Hệ 2 bánh ròng rọc này cho một sức lợi lực bằng 6 đồng thời

cũng tăng quãng đường đi thực tế lên 6 lần



) Trong đó:

- Q0 = 55 tấn = 550.000 N, là trọng lượng nâng tính trên một ụ tời

- λ = 0,98, hiệu suất ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên ổ lăn, điều kiện bôi trơn

tốt, tra bảng (2 5 

224



)

- m = 1: chỉ có 1 nhánh cáp cuốn lên tang

- a = 6: bội suất của hệ ròng rọc, chọn hệ số bội suất dựa vào trọng lượng vật cần nâng

kết hợp tra bảng (2 6 

225



)

- t = 1: số ròng rọc tham gia chuyển hướng lực trên dây cáp, không tham gia vào việc

tạo bội suất a

Hình 3.7:Sơ đồ phân tích lực

Smax = 98.324 N Hiệu suất của hệ ròng rọc được xác định bằng công thức:

) Trong đó:

- Sđ : Lực kéo đứt dây theo bảng tiêu chuẩn

- Smax : Lực căng lớn nhất trong dây

- n = 6: Hệ số an toàn bền của cáp ở chế độ tải nặng đối với máy nâng sử dụng động cơ

điện để dẫn động, 2.2 

2

19

- Sd = 98.324 x 6 = 589.944 N

- Tính toán theo sức bền kéo đứt, với giới hạn bền là 1600†1900N/mm2, tínhđược tiết

diện cắt ngang của dây cáp là:

2

333,31770

d S



)

Dựa vào tài liệu [10] Ta chọn dây cáp thép thường kí hiệu 6 x 37 với đường kính là 25

mm

3.2.4 Tính toán các kính thước tang và bánh ròng rọc

3.2.4.1 Tang quấn dây

a Công dụng: Cuốn cáp để di chuyển vật nâng

Hình dạng:Thường có dạng hình trụ Trong một số trường hợp có thể códạng nón

hoặc đường kính thay đổi Bề mặt tang có thể cắt rãnh xoắn tít hoặc để trơn Với tang

trơn có thể cuốn nhiều lớp cáp Với tang cắt rãnh chỉ cuốn một lớp cáp

Vật liệu và phương pháp chế tạo:Tang được đúc bằng gang xám khôngthấp hơn CЧ

15 – 32, bằng thép 25л hoặc 35л hoặc hàn từ thép tấm không thấp hơn Cт3 Chọn vật

liệu chế tạo thành tang là gang xám, được chế tạo bằng phương pháp đúc Phần hình

trụ có rãnh làm bằng thép CT3

Tang được lắp trên trục bằng ổ lăn Có thể truyền chuyển động quay cho tang từ trục

tang hoặc trực tiếp lên tang (qua bánh răng cố định với thành tang, hoặc khớp răng đặc

biệt)

b Các thông số cơ bản: Gồm đường kính, chiều dài

 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 bên lâu cho cáp Đường kính nhỏ

nhất cho phép của tang được xác định theo công thức:

Dt ≥ dc x (e - 1) (2 12 

220

Dựa vào đường kính tang đã tính được, ta chọn đường kính cho tang là 700 mm

 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 ) Được tính toán bởi công thức

Lt = L0 + L1 + 2L2 + 2L3 (2 13 

211



) Trong đó:

L0: Chiều dài có ích của tang Được tính toán dựa vào số vòng tang cần quấn để sàn

được nâng lên tới độ cao lý thuyết tính toán Với đường kính tang là 700, chiều cao

nâng là 6 với hệ số lợi lực là 6, ta tính được số vòng tang cần phải quấn để nâng được

sàn lên là 16,4 vòng Theo quy định về an toàn, trên tang nhất thiết phải tồn tại từ

(≥1,5) vòng cáp dự trữ

L1: Chiều dài phần kẹp cáp trên tang, được tính bằng 3†5 vòng cáp

L2: Chiều dày thành giới hạn ở 2 đầu tang, tính bằng 1 vòng cáp

L3: Chiều dày phần thành lắp bu long cho tang, lấy bằng 1,5 vòng cáp

Với t là bước rãnh cáp, thường lấy giá trị t = dc + (1-2) = 26 Ta có chiều dài tang quấn

là: L= (16,4 + 2 + 3 + 2 + 3)26 = 686 mm

Dựa vào tài liệu [7], chọn chiều dài thiết kế tang là 850 mm

Hình 3.8:Tang quấn cáp

3.2.4.2 Kẹp đầu cáp trên tang

Phương pháp kẹp đầu cáp trên tang đơn giản và phổ biến nhất hiện nay làdùng tấm cặp

và vít vít chặt cáp lên trên tang quấn Số tấm cặp phải dùng ít nhất là 2 tấm Do trên

tang luôn có nhiều hơn 1,5 vòng dự trữ nên lực tác dụng lên cặp cáp sẽ không phải là

lực 1/6 Smax mà là lực S0 nhỏ hơn do có ma sát giữa mặt tang với các vòng cáp an toàn

 (2 16 

213



) Trong đó:

f: hệ số ma sát giữa mặt tang với cáp, f = 0,12 † 0,16

x: góc ôm của các vòng dự trữ lên tang, x ≥ 4л

P l P

Ròng rọc cáp được đúc bằng gang MCЧ 28 – 48 hoặc cao hơn gang CЧ 15 –32, nếu

đúc bằng thép thì không dưới thép 25л Cũng có thể chế tạo bằng cách hàn, tuy nhiên

tốt nhất vẫn là dập

Đường kính ròng rọc đường xác định xuất phát từ yêu cầu đảm bảo độ bền lâu cho dây

cáp, giống với đường kính tang

Kích thước và hình dạng các rãnh ròng rọc được chọn theo các quy chuẩn Ròng rọc

được lắp đặt trên trục bằng ổ trượt hay ổ lăn, thường bôi trơn bằngmỡ Áp suất cho

phép lên ổ trượt lấy:

- Đối với gang chống ma sát: [p] = 5 † 7,5 N/mm2

- Đối với đồng thanh: [p] = 7,5 † 12,5 N/mm2

Nếu đặt trên ổ lăn thì chỉ cần chọn ổ lắp vừa với đường kính trục và đủ khả

năng tải tĩnh Hiệu suất ròng rọc phụ thuộc vào ổ và điều kiện làm việc, được lấy theo