Thiết kế cầu trục 20 tấn khẩu độ 15 mét

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.. Kết quả đã đạt được:  Phần lý t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN VĂN YẾN

Sinh viên thực hiện: PHAN VIẾT HÙNG

Đà Nẵng, 2018

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 20 tấn

3 Nội dung đề tài đã thực hiện : Thiết kế cầu trục 20 tấn

 Số trang tuyết minh: 91 trang

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 20 tấn

 Thiết lập sơ đồ động học máy

 Tính toán, thiết kế các thông số động lực học của các bộ phận

 Tính toán thiết kế một số cụm chi tiết có liên quan móc treo tang ,khớp nối

 Thiết kế hệ thống điện

Đà Nẵng, Ngày 20 tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện

Phan Viết Hùng

DUT-LRCC

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 20 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 Nguyễn Văn Yến,

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!

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Phan Viết Hùng

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 1

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: 5

1.2.1 Cầu trục: 5

1.2.2 Phân loại cầu trục: 6

1.2.2.1 Theo công dụng: 6

1.2.2.2 Theo kết cấu dầm: 6

1.2.2.3 Theo cách tựa của dầm : 6

1.2.2.4 Theo cách bố trí cơ cấu cơ cấu di chuyển cầu trục: 6

1.2.3 Các thông số chủ yếu của cầu trục: 6

1.2.3.1 Tải trọng Q: 6

1.2.3.2 Chiều cao nâng hàng H(m): 6

1.2.3.4 Khẩu độ L(m): 6

1.2.4 Đặc điểm tính toán thiết kế cầu trục: 6

CHƯƠNG 2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN 9

2.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CẦU TRỤC THIẾT KẾ: 9

2.1.1 Trọng tải: 20 Tấn 9

2.1.2 Chiều cao nâng: H = 10 m 9

2.1.3 Khẩu độ: L = 15 m 9

2.1.4 Vận tốc nâng hạ: Vn = 12 m/phút 9

2.1.5 Vận tốc di chuyển xe: Vx = 30 m phút 9

2.1.6 Vận tốc di chuyển cầu: Vc = 45 m phút 9

2.1.7 Chế độ làm việc: Trung bình 9

2.2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC CÁC BỘ PHẬN CẦU TRỤC: 9

2.2.1 Các phương án thiết kế dầm chính : 9

2.2.2 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu nâng: 11

2.2.3 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe : 12

2.2.4 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu: 13

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC BỘ PHẬN 15

3.1 CƠ CẤU NÂNG: 15

3.1.1 Số liệu thiết kế ban đầu: 15

3.1.2 Tính toán cơ cấu nâng: 15

3.1.2.1 Chọn dây cáp: 15

3.1.2.2 Pa lăng giảm lực: 17

3.1.2.3 Chọn kích thước dây cáp: 18

3.1.2.4 Tính chọn tang và ròng rọc: 18

3.1.2.5 Chọn động cơ điện: 20

3.1.2.6 Tỷ số truyền chung: 21

3.1.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt: 21

3.1.2.8 Tính và chọn phanh: 24

3.1.2.9 Hộp tốc độ: 26

3.1.3 Tính bộ phận khác của cơ cấu nâng 49

3.2 CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON: 58

3.2.1 Số liệu thiết kế ban đầu: 58

3.2.2 Chọn bánh xe và ray: 58

3.2.3 Tải trọng lên bánh xe: 58

3.2.4 Động cơ điện: 60

3.2.5 Tỷ số truyền chung: 61

3.2.6 Kiểm tra động cơ điện về mômen mở máy: 61

3.2.7 Phanh: 62

3.2.8 Bộ truyền: 62

3.2.9 Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển xe: 59

3.2.10 Ổ Đỡ Trục Bánh Xe 67

CHƯƠNG 4: 74

TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CẦU TRỤC 74

4.1 Tính toán thiết kế dầm ngang (dầm chính) 74

4.1.1 Tính tải trọng 74

4.1.2 Xác định kích thước tiết diện của dầm 75

4.1.3 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính 78

4.1.4 Tính độ bền của ray dưới xe: 83

4.1.5 Tính mối ghép hàn: 84

4.2 Tính dầm cuối: 85

4.3 Tính dầm đặt ray di chuyển cầu : 87

4.4 Tính oán Cơ Cấu Di Chuyển Cầu Trục 68

4.4.1 Các số liệu ban đầu: 68

4.4.2 Tính bánh xe và ray: 69

4.4.3 Động cơ điện: 70

4.4.4 Tỷ số truyền chung : 71

4.4.5 Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám : 71

4.4.6 Kiểm tra phanh theo điều kiện bám : 72

4.4.7 Bộ truyền : 73

CHƯƠNG 5: HƯỚNG DẪN AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 89

5.1 An toàn trong sử dụng máy: 89

5.2 Hướng dẫn sử dụng máy 90

KẾT LUẬN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

Hình 2.3: Kết cấu dầm kiểu giàn

Hình 2.4: Sơ đồ động học cơ cấu nâng P 1

Hình 2.5: Sơ đồ động học cơ cấu nâng P 2

Hình 2.6: Sơ đồ động học cơ cấu nâng P 3

Hình 2.7: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con P 1 Hình 2.8: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con P 2 Hình 2.9: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con P 3 Hình 2.10: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu P 1 Hình 2.11: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu P 2 Hình 2.12: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển cầu P 3 Hình 3.1: Sơ đồ động học cơ cấu nâng

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên l palăng

Hình 3.3: Sơ đồ kích thước tang

Hình 3.4: Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Hình 3.5: Sơ đồ phanh điện xoay chiều hai má

Hình 3.6: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục

Hình 3.7: Biểu đồ momen trục I

Hình 3.8: Biểu đồ momen trục II

Hình 3.9: Biểu đồ momen trục III

Hình 3.16: Biểu đồ phân bố tải trọng

Hình 3.16: Biểu đồ phân bố tải trọng

Hình 3.17: Sơ đồ động học cơ cấu di chuyển xe con Hình 3.18: Sơ đồ tính tải trọng đặt tác dụng lên xe con

Hình 3.19: Bánh xe con

Hình 3.20: Kết cấu trục bánh dẩn

Hình 3.21: 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

Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển cầu trục lăn

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN

1.1 IỚI T IỆU VỀ MÁY NÂN C UYỂN:

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 t a 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 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

độ nhẹ là hệ số sử dụng trọng tải thấp, kq = 0,5 Cường độ làm việc của động cơ nhỏ,

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,

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

Chế độ nặng: Đặc điểm của chế độ nặng là hệ số sử dụng tải cao, kq=1, vận tốc làm

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

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

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

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

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 đ i hỏi người công nhân sử dụng máy phải

có ý thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên

1.2 IỚI T IỆU 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

Hình 1.2 Cầu trục được lắp ráp trong xưởng cơ khí

Tải trọng nâng là đặc tính cơ bản của máy trục, tính bằng T hay N

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

- Xác định sơ bộ trọng lượng của kết cấu kim loại dầm chính, các bộ phận lắp đặt trên cầu như cabin, xe lăn…

- Thiết kế các cơ cấu công tác cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu trục,…

- Tính kết cấu kim loại dầm chính

Đặc điểm tính toán dầm chính: thỏa mãn hai điều kiện: Điều kiện bền ζ ≤ [ζb] và điều kiện về độ võng f ≤ [f]

Hình 1.4: Hình phân tích lực trên dầm chính

Lực nén phụ giữa thành bánh xe và ray: N = Trong đó W là lực cản phụ do 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

C ƢƠN 2 CÁC THÔNG SỐ CƠ ẢN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN

2.2.1.2 Phương án 2: Hai dầm kết cấu dạng hộp, trên dầm chính có hai thanh

ray để xe lăn di chuyển

Hình 2.2: Kết cấu dầm 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

2.2.1.3 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 2.3: Kết cấu dầm kiểu 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

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

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

ở hai phía

4 5

Hình 2.4: Sơ đồ động học cơ cấu nâng P 1

Phương án 2: 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

Kết luận: Với các ưu điểm kể trên ta chọn phương án 2 để thiết kế

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

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

cùng phía so với hộp giảm tốc

Phương án này gọn nhẹ, đơn giản, truyền động chắc chắn có sự đồng bộ giữa hai bánh xe cao, nhưng khoảng cách giữa hai bánh xe bị hạn chế

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

khác phía so với hộp giảm tốc

2.2.3.3 Phương án 3: : Dùng một động cơ và một hộp giảm tốc, hai bánh xe ở

khác phía so với hộp giảm tốc

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

tốc đến bánh xe lớn nên phải dùng trục lớn

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

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

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

khác phía so với hộp giảm tốc

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

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

C ƢƠN 3 TÍN TOÁN ĐỘN LỰC ỌC CỦ CÁC Ộ P ẬN

3.1 CƠ CẤU NÂN :

3.1.1 Số liệu thiết kế ban đầu:

Các số liệu ban đầu của cơ cấu nâng:

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

3.1.2.2 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 3.2: Sơ đồ nguyên l palăng

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

t a

m

Q S





).

1 (

) 1 ( 0 max

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 = 53468 N

Hiệu suất palăng:

98 0 53468 2 2

207500

Q S

S

MAX P

3.1.2.3 Chọn kích thước dây cáp:

Chọn đường kính dây cáp theo công thức 2.10 [1]:

Sd ≥ Smax.n Trong đó, n = 5,5: hệ số an toàn bền tra theo bảng 2.2 [1]

Smax =53468 N

Thay vào và tính được Sd ≥ 222074 N Tra bảng chọn cáp chọn cáp có đường kính dc = 19 mm có lực kéo đứt 233500 N với lực căng 1700 N/ mm2

3.1.2.4 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]:

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

Hình 3.3: Sơ đồ kích thước tang

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

20

2 15 ( t c) 3,14(0, 46 0, 019)

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

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

δ: Chiều dầy thành tang; t bước rãnh

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

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

t

S k

n

max

ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng Tra mục 2- chương I – [1]

ηt = 0,96 hiệu suất tang, tra bảng1-9- [1]

η0 = 0,94 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối, xuất phát từ bảng

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

) ( 97 45 87 0 1000 60

12 200000

1000

60

0

KW V

Công suất danh nghĩa: Ndc =47 (kW)

Số v ng quay danh nghĩa: ndc = 1400(vòng/phút)

Hệ số quá tải: max

Khối lƣợng động cơ: mdc = 415 kg

3.1.2.6 Tỷ số truyền chung:

Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang theo công thức 3.15[1]

0

n t

v a n

n

n i

3.1.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt:

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

Hình 3.4: 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 lƣợng 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 đƣợc kiểm tra về nhiệt

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

m D S

09 5 , 87 2

2 479 ' 0 53468

2

0

Q

t a

2 ).

98 0 1 (

098 ).

98 0 1 (

207500 ).

1

(

) 1

m D

S

M

o

o h

5 , 87 2

9 0 2 0479 51351

2

.

Thời gian mở máy khi nâng vật, theo công thức 3.3 [1]





).

( 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

 ≈ (GiDi

2)rôto + GiDi

2)khớp = 12 + 20,25 = 32,25 Nm2 Với Mômen vô lăng: (GiDi

2)rôto= 12 Nm2 (GiDi

2)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

(GiDi 2)khớp = 0,45.G.d2 = 20.25 Nm2

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

dn m

5,28,1(2

N M



Mm = 1,8.480 = 864 Nm

327 846 (

375

1400 479 0 207500 )

327 846 (

375

1400 87 45

2 2

0,83 /

60 60.0, 24

n n 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 h

m     

s

87 , 0 5 , 87 2 ).

327 846 (

375

1400 479 0 207500 )

327 846

.(

375

1400 87

.

45

2 2

Bảng 3.1: 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

v

Mômen trung bình bình phương có thể xác định theo công thức gần đúng Nm , theo công thức 2-37-[1]:

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

Mm: Mômen mở máy của động cơ điện, Nm

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

M n

N    Kw Kết quả phép tính kiểm tra về nhiệt cho thấy động cơ điện được chọn là MT42-8

Có công suất danh nghĩa là Ndn = 33 Kw, hoàn toàn thoả mãn yêu cầu khi làm việc

3.1.2.8 Tính và chọn phanh:

Phanh dùng để dừng từ từ hoặc điều chỉnh tốc độ cơ cấu Tất cả các cơ cấu máy trục đều đ i hỏi sự an toàn cao nên phải dùng thiết bị phanh hãm, nhất là các cơ cấu làm việc vận tốc cao 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 mômen phanh

Phanh có nhiều loại: phanh đai, phanh đĩa ma sát, phanh một má, phanh hai má, phanh áp trục, phanh ly tâm, …, 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 do cần mômen phanh nhỏ

- 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 hanh 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 mômen phanh yêu cầu Mph Mômen 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

a

D nQ

87 , 0 479 , 0 207500

75 1

.

Qua 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=500 Nm

Sơ đồ phanh điện xoay chiều hai má

1.Bánh phanh; 2, 4 Má phanh; 3, 5 Tay đ n phanh; 6 Nam châm điện; 7 Tay

đ n của cơ cấu tạo lực mở phanh; 8 Lò xo tạo phanh; 9 Lò xo phụ; 10 Đai ốc nén lò xo; 11 Đai ốc dùng khi bảo dƣỡng hoặc thay mới má phanh; 12 Đai ốc điều chỉnh hành trình phanh; 13 Ống bao; 14 Thanh đẩy; 15.Vít hạn chế hành trình phanh

3.1.2.9 Hộp giảm tốc:

Bộ truyền là hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ răng nghiêng, trục vào và trục ra

ở cùng một phía có các thông số sau:

Số vòng quay trục vào: n1 = 1400 vòng/phút

Công suất động cơ trục vào: Nđc = 47kW

Tỷ số truyền chung: ih =87,5

a Phân phối tỷ số truyền:

Hộp giảm tốc hai cấp lần lƣợt là cấp nhanh có tỷ số truyền inh, và cấp chậm có tỷ

số truyền ich Để thỏa mãn điều kiện bôi trơn thì inh = (1,2 – 1,3).ich Chọn inh = 1,2.ich

n

n

cn

6 , 96 25 7

1400 1

6 96 2

Công suất: NI = N.ηcặp ổ = 47.0,955 = 46.76Kw

NII = NI.ηbánh răng.ηcặp ổ =46.76.0,97.0,955 = 29,2 Kw

NIII = NII.ηbánh răng.ηcặp ổ = 29,2.0,97.0,955 =27,05 Kw

Mômen xoắn:

mm N n

N

1400

675 46 10 55 9 10

N M

N M

n

b Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh:

(2) Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất cho phép:

Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Giả thiết thời gian làm việc của cơ cấu ở chế độ trung bình là 10 năm, mỗi ngày làm việc 2 ca mỗi ca 4 giờ

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn xác định theo công thức 3.4-[6]

i i mvx

M

M u

M M

(13+0,1093) = 1,0013

Ntđ2 = 60.1.96,6.1,0013.6200 = 3,6.107

⇔ Ntđ2 > N0 = 107 Vậy số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ:

[ζ]tx2 = 2,6.200 = 520 N/ mm2 [ζ]tx1 = 2,6.240 = 624 N/ mm2

để tính sức bền sử dụng trị số nhỏ [ζ]tx=520 N/ mm2

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:

[ζ]-1 = 0,43.800 = 344 N/ mm2 Giới hạn mỏi uốn của thép 40:

[ζ]-2 = 0,43.540 = 232,2 N/ mm2

(4) Hệ số chiều rộng bánh răng và khoảng cách trục:

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

Tính khoảng cách trục theo công thức:

≥ icn+1)  

2 6 3

3 1, 05.10 1,3.31,52

.520.7, 25 0, 4.96, 6

d

b d

Với ψd1= 1,7 tra bảng 3.12-[6] tìm đƣợc ktt bảng = 1,35 (ổ trục không đối xứng bánh răng

Hệ số tải trọng tập trung thực tế:

175 , 1 2

1 35 , 1 2

k k

Theo bảng 3.13.[6] chọn hệ số tải trọng động kd = 1,35

(5) Xác định chiều rộng và modun bánh răng:

Modun m = (0,01÷0,02).A = 3,9 ÷ 7,8

Theo tiêu chuẩn lấy m = 5 mm

Số răng bánh răng nhỏ: theo công thức 3.24-[6]:

1

18,9 ( 1) 5.(7, 25 1)

u

Ta có: [ζ]u2=86 N/ mm2

=> ζu2 > [ζ]u2 => thoả mãn điều kiện bền

(7) Kiểm nghiệm sức bền răng khi chịu quá tải đột ngột:

Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:

Bánh 1: [ζ]Txqt = 2,5.[ζ]Notx1 = 2,5.624 = 1560 N/ mm2 Bánh 2: [ζ]Txqt = 2,5 [ζ]Notx2 = 2,5.520 = 1300 N/ mm2 Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

Bánh 1: [ζ]uq= 0,8.ζch = 0,8.450 = 360 N/ mm2 Bánh 2: [ζ]uqt = 0,8.ζch = 0,8.270 = 216 N/ mm2 Kiểm tra ứng suất tiếp xúc lớn nhất sinh ra:

qt tx txqt  k

 

Trong đó ζtx đƣợc xác định từ công thức 3.14-[6]

2

3 6

)1(

10.05,1

n b

N k i i

So sánh: ζuqt1 < [ζ]uqt1 = 360 N/ mm2

ζuqt2 < [ζ]uqt2 = 216 N/ mm2 (8) Các thông số chủ yếu của bộ truyền: