Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp

Bên cạnh các máy hiện đại nhập từ nước ngoài, ngành cơ khí nước ta đã và đang thiết kế, chế tạo ngày càng nhiều về số lượng và chủng loại máy, từ các loại kích đến cần trục, cầu trục, cổ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HOÀ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ GIỚI HÓA XÍ NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài :

THIẾT KẾ CẦU TRỤC HAI DẦM KIỂU HỘP

GVHD : LÊ HỒNG SƠN

SVTH : NGUYỄN THIÊN THANH

MSSV : 20102381

Tháng 5– 2004

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển chung của đất nước,ngành công nghiệp nước ta nói chung và ngành

cơ khí nói riêng đã góp phần rất lớn trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

Ngày nay nhu cầu về các thiết bị máy móc đặc biệt là máy nâng chuyển ngày một tăng Bên cạnh các máy hiện đại nhập từ nước ngoài, ngành cơ khí nước ta đã và đang thiết kế, chế tạo ngày càng nhiều về số lượng và chủng loại máy, từ các loại kích đến cần trục, cầu trục, cổng trục cũng như băng tải, xích tải…

Riêng về cầu trục là loại máy nâng chuyển có phạm vi ứng dụng rộng rãi, phục vụ các quá trình vận chuyển vật nặng đặc biệt là trong quá trình xếp dỡ Ngoài ra cầu trục còn tham gia trực tiếp trong quá trình sản xuất Là phương tiện không thể thiếu được để giảm nhẹ lao động nặng nhọc, tăng năng xuất lao động, tạo điều kiện áp dụng công nghệ tiên tiến trong sản xuất.

Qua đồ án Thiết keá cầu trục giúp em hiểu rõ hơn về nguyên tắc hoạt động, cơ sở thiết kế chế tạo cũng như phạm vi ứng dụng của cầu trục.

Khi làm đồ án em đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ được giao nhưng không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được ý kiến chỉ dạy và đóng góp của Thầy Cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô của khoa máy xây dựng, đặc biệt là Thầy LÊ HỒNG SƠN đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án.

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

I – Giới thiệu cầu trục 2 dầm kiểu hộp

Hình 1: Cầu trục hai dầm kiểu hộp

Cầu trục 2 dầm kiểu hộp là loại máy nâng chuyển được sử dụng rộng rãi, dùng trong nhàxưởng để bốc xếp hàng, trong xây dựng để vận chuyển vật liệu…

Cầu trục 2 dầm chạy điện bao gồm : kết cấu thép, xe lăn, cơ cấu di chuyển cầu, cabin vàthiết bị điện

Kết cấu thép của cầu trục bao gồm hai dầm chính và hai dầm bên

Dầm chính có tiết diện hình hộp chữ nhật rỗng được chế tạo bằng thép tấm và liên kết vớinhau bằng phương pháp hàn, giữa 2 thành bên có các vách ngăn để tăng độ cứng vững cho dầm,ở

2 thành có khóet các lỗ để giảm trọng lượng cho dầm mà vẫn đảm bảo độ cứng vững.Trên mặtdầm chính có lắp đường ray để cho xe lăn di chuyển

Dầm bên cũng có tiết diện tương tự dầm chính.Các đầu của hai dầm chính được liên kếtvới các dầm bên cũng bằng phương pháp hàn.Ở mỗi đầu dầm bên có lắp các cụm bánh xe dichuyển cầu

Cơ cấu di chuyển cầu có dẫn động riêng bao gồm hai bộ được bố trí tại các cụm bánh xechủ động

Xe lăn bao gồm : cơ cấu nâng vật,cơ cấu di chuyển xe,khung xe,các trục và bánh xe dichuyển

Cơ cấu di chuyển xe lăn giúp xe lăn di chuyển trên dầm cầu trục, có hệ thống dẫn độngchung chuyển động trên bốn bánh xe Hai bánh chủ động và hai bánh bị động sử dụng động cơđiện tạo chuyển động Cơ cấu di chuyển xe lăn cùng với cơ cấu di chuyển cầu trục tạo ra diện tíchlàm việc cho cầu trục

Cơ cấu nâng vật bao gồm : tang kép được truyền động thông qua hộp giảm tốc, động cơđiện Khi tang kép chuyển động quay làm thay đổi độ dài của cáp quấn trên nó, nghĩa là thay đổiđộ cao nâng.Trên trục ra của động cơ điện cũng là trục vào của hộp giảm tốc có lắp phanh để cơcấu làm việc an toàn và chính xác

Hình 2: Cầu trục hai gầm kiểu hộp

Hình 3: Tổng quan xe lăn

II - Mục đích của đồ án

Cũng cố kiến thức các môn học trước (nguyên lý máy, chi tiết máy, kĩ thuật nâng chuyển, vẽ

cơ khí ) thông qua việc thiết kế máy cầu trục

Phát huy tính sáng tạo trong quá trình thiết kế máy cầu trục

Giúp hiểu rõ nguyên lý vận hành, phạm ví ứng dụng, nguyên tắc thiết kế, chế tạo máy cầutrục

III - Nhiệm vụ đồ án

Áp dụng lí luận thiết kế để giải quyết một bài toán kĩ thuật liên quan đến nhiều yếu tố củanhiều ngành học và đảm bảo được các yêu cầu sau :

1 – Yêu cầu về kĩ thuật

Đảm bảo tính an toàn của các bộ phận làm việc trong các cầu trục

Hệ thống phải gọn nhẹ, cơ động

Dễ vận hành

Chế độ bảo trì bảo dưỡng dễ dàng

2 – Yêu cầu về kinh tế

Phải có giá thành thấp nhất mà vần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

Năng suất cao

PHẦN HAI : TÍNH TOÁN

S ố li ệ u ban đ ầ u :

 Tải trọng Q =125000 N

 Chiều cao nâng H = 6 m

 Tầm rộng L = 20 m

 Vận tốc nâng Vn =8 m/ph

 Vận tốc di chuyển xe lăn Vxe = 30 m/ph

 Vận tốc di chuyển cầu trục Vc = 80 m/ph

 Chế độ làm việc của cơ cấu : Nhẹ( CĐ% = 15% )

Tính toán cơ cấu nâng :

Hình 4: Cơ cấu nâng

Hình 5: Sơ đồ cơ cấu nâng

1 _ Tang cuốn cáp

2 _ Khớp nối răng

3 _ Hộp giảm tốc

4 _ Phanh hai má

5 _ Động cơ điện

1 Chọn loại dây :

Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện vận tốc cao nên ta chọn cáp cho cơ cấu nâng là loại dây có nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác va là loại dây thông dụng nhất trong các máy trục hiện nay

Ta chọn kiểu cáp có tiếp xúc đường giữa các sợi cáp LK_R, làm việc lâu hỏng và có lõi thưng 6*19 + I 0C được sử dụng rộng rãi.Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền

2.Palăng giảm lực :

Palăng kép

rọc không di chuyển làm nhiện vụ cân bằng

Hình 8: Sơ đồ palăng Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cuốn trên tang khi nâng vật ( SMax ) xác định theo công thức :

SMax = (cth 2-19, [I])

Trong đó :

a=2 : Bội suất palăng

t =0 : Số ròng rọc đổi hướng

m = 2: Số nhánh dây cuốn vào tang

SMax = = 31565 N

Hiệu suất của palăng xác định theo công thức :

max max

0

S a m

Q S

S

99 0 31565

2 2

n = 5: Hệ số an toàn bền của dây cáp (bảng 2-2, [I])

Hình 9: Tang kép Hình 10: Sơ đồ xác định chiều dài tang

Hình 11: Puly

Đường kính nhỏ nhất của tang và ròng rọc được xác định theo công thức :

) 1 ( 

d e

D t c ( cth 2-12 [I] )

Trong đó:

Dt : Đường kính nhỏ nhất của tang

e : Hệ số thực nghiệm, lấy phụ thuộc vào kiểu máy truyền động và chế độ làm việc (Bảng 4.1 [II] )

Dt ≥ 18 (20 – 1) ≥ 342 mm

Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau :

mm D

D t  r  340

Ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc nên ta chọn kích thước của ròng rọc cân bằng nhỏ hơn 20% so với ròng rọc làm việc :

mm D

D  0 , 8  0 , 8 340  272

Chiều dài toàn bộ của tang theo công thức:

L = 2L0 + 2L1 + 2L2 + L3 ( cth H.4.2b [II] )

Trong đó:

Lo: Chiều dài phần tang cắt rãnh cho một nhánh cáp

L1: Phần tang để cập đầu cáp

L2: Chiều dài phần tang để làm thành bên

L3: Chiều dài phần tang giữa không cắt rãnh

Lo = Z.t ( cth 4.2 [II] )

Trong đó:

Z = Zo + Z1 ( cht 4.3 [II] ): Số vòng cáp cần phải quấn lên tang cho một nhánh cáp

Zo : Số vòng cáp làm việc trên tang

Z1 = (1.5 – 2 ): Số vòng cáp dự trữ, không dùng đến

t = dc + (2 -3)

Zo = (cth 4.4 [II] )

Trong đó:

D (Dt ): Đường kính nhỏ nhất của tang

H = 6 m: Chiều cao nâng vật

tg h L

L3  4  2 min ( chỉ dẫn trang 21 [I] )

Với L4  230mm : khoảng cách giữa 2 ròng rọc ở ổ treo móc

hmin=800mm : khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang và trục ròng rọc ở ổ treo móc

tg = 0.09 ;  :góc cho phép khi dây chạy trên tang bị lệch so với phương thẳng đứng (

n

.

. max

k: Hệ số phụ thuộc số lớp cáp cuốn trên tang ( xem trang 22 [I] )

t: Bước cuốn cáp

: Hệ số giảm ứng suất, đối với tang bằng gang  = 0.8

5 Chọn động cơ :

Công suất động cơ xác định theo công thức:

Q: Trọng lượng vật nâng , N

vn: Vận tốc nâng, m/ph

: Hiệu suất cơ cấu



    t 0 0,96.0,99.0,92 0,87

p = 0.99 : Hiệu suất palăng

t = 0.96 : Hiêụ suất tang ( Bảng 1.9 [I] )

o = 0.92 : Hiệu suất bộ truyền có kể cả khớp nối ( Bảng 1.9 [I] )

KW

87 , 0 60000

8 125000







 Chọn động cơ : MTF 312-8 CĐ15%

Công suất danh nghĩa : Nđc = 14kwSố vòng quay danh nghĩa : nđc= 695v/ph

Mmax = 430 NmCos  0 , 76Moment vô lăng : (G i D i2 )roto  16Nm2

Moment khớp : (G i D i2 )khơp  4 , 7Nm2

Khối lượng : mđc = 210 kg

6 Tỉ số truyền chung :

Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang xác định theo công thức:

t



 : Số vòng quay của tang, vg/ph ( Trang 55 [I] )

vn :Vận tốc nâng vật, m/ph

Do : Đường kính tang tính đến tâm cáp, m

nt = = 14.23 vg/ph

=> io = = 48.84

7 Kiểm tra động cơ về nhiệt :

Hình 12 : Đồ thị gia tải trung bình các cơ cấu máy trục chế độ nhẹ

) 1

a

t a h

m

Q S

.)

(

i

m d D S

(375

)

(375

.).(

0 2

2 0 2

i a M M

D n Q M

M

n D G t

n m

dc n

m

dc I i i n

dn mMin

5,28,1(

N M

263 346 ( 375

695 358 , 0 125000 )

263 346 ( 375

695 77 , 22

2 2

8

(375

)

(375

.).(

2 0 2

2 2

i a M M

D n Q M

M

n D G t

h m

i dc h

m

dc I i i h

200 346 ( 375

358 , 0 695 125000 )

200 346 ( 375

695 77 , 22

2 2

H t

n

8

6 60

Các thông số

M m2 m t2 v

(cth 2-73 [I] )

Mtb

12 , 0 4 1 , 0 5 08

, 0 14

, 0 4 21 , 0 5 55 , 0 10

45

) 20 4 100

5 200

27 4 132

5 263

( 45

) 12 , 0 4 1 , 0 5 08 , 0 14

, 0 4 21 , 0 5 55 , 0 ( 346

2 2

2 2

2 2

n M

N  (cth 2-76 [I] )

=> Ntb = = 11.64 KW

Hình 13: Quan hệ giữa hiệu suất và tải trọng (Hình 2-24 [I] )

Kết quả : Phép tính kiểm tra về nhiệt độ cho thấy động cơ được chọn thoả mãn yêu cầu khi làm việcvới công suất danh nghĩa Nđc = 14kW

i a

D Q n

M ph   (cth 3-14 [I] )Với n = 1,5 hệ số an toàn phanh đối với chế độ nhẹ ( Bảng 3-2 [I] )

Kiểu hộp: hai cấp bánh răng trụ răng nghiêng

Tổng khoảng cách trục: A = At + Ab = 200 + 300 = 500 mm

Tỉ số truyền: i = 48.57

Kiểu lấp: theo sơ đồ 7( phương án VII )

Đầu trục ra: làm liền khớp răng

Công suất truyền dược với chế độ CĐ 15%, số vòng quay trục vào 1000 vòng/phút

10 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng:

a Khớp nối trục động với hộp giảm tốc:

Ơû đây ta dùng khớp răng, là loại thông dụng hiện nay, đảm bảo làm việc lâu dài với tải trọng lớn Phía nửa khớp bên hộp giảm tốc kết hợp làm bánh phanh Căn cứ vào đường kính bánh phanh D = 200 mm, moment lớn nhất khớp có thể truyền được là Mmax = 1400 Nm, moment vô lăng của khớp là (GiDi2 )khớp = 4.7 Nm2

Moment lớn nhất mà khớp phải truyền có thể xuất hiện trong hai trường hợp: khi mở máy nângvật và khi phanh hãm vật đang nâng

Khi mở máy nâng vật, moment mở máy lớn nhất bằng

Mph = 299 Nm Tổng moment để thắng quán tính của cả hệ thống

Mqt = Mph + Mt* = Mph + Mh = 299 + 200 = 499 Nm

Ta có thể tính được phấn moment truyền qua khớp để thắng quán tính các chi tiết máy quaytrên phía động cơ bằng cách tương tự như trên Mặt khác có thể tính xuất phát từ thời gian phanh, theo công thức:

M k1 k 2 = 369 1.3 1.1  528 Nm < Mmax = 1400 Nm; trong đó

k1 = 1.3, k2 = 1.1 là các hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu và điều kiện làm việc của khớp nối (bảng 9-2 [I])

Vậy khớp nối đã chọn sẽ làm việc an toàn

b Móc và ổ treo móc:

Kết cấu ổ treo móc: có thể thực hiện thao hai phương án : ổ treo ngắn (phương án a), ổ treo dài ( phương án b).Ở đây chọn phương án ổ treo ngắn để tận dụng được chiều cao nâng ( phương án này chỉ thực hiện được khi số ròng rọc chẵn)

Phương án a Phương án b

Hình 14: Sơ đồ móc treo

Tính móc:

Hình15: Móc ngắn

Với số liệu đã cho Q = 125000 N, chế độ làm việc nhẹ, ta chọn móc tiêu chuẩn No17 theo ГOCT 6627-66 Móc chế tạo bằng vật kiệu thép 20 có giới hạn mỏi σ-1 = 210 N/mm2, giới hạn bền σ b = 420 N/mm2 và giới hạn chảy σ ch = 250 N/mm2

Tại tiết diện ngang A-A ứng suất lớn nhất xuất hiện ở phía trong Hình dạng và kích thước tiết diện cho trên hình bên dưới

Diện tích tiết diện hình thang của thân móc

a- đường kính miệng móc

Hệ số hình học của tiết diện xác định theo công thức

σ = (cth 2-5 [I] )

σ = = 111.4 N/mm2 < [σ]

c Bộ phận tang

Cặp đầu cáp trên tang Ta dùng kiểu cặp đầu cáp trên tang thông thường ở mỗi đầu cáp dùng 3 tấm cặp, tương ứng với đường kính dc = 18 mm, bước rãnh t = 20 mm, vít cấy M20

Lực tính toán đối với cặp cáp

So = = = 5435 N

Trong đó:

f = 0.14 – hệ số ma sát giũa mặc tang với cáp

 = 4 - góc ôm của các vòng cáp dự trữ trên tang, tương ứng Z0 = 2

Lực kéo các vít cấy

Trong đó d1 = 16.75 mm - đường kính trong của vít cấy

L0 = 26.5 mm – tay đòn đặc lực P0 ( l0  l + c )

Vậy các vít này có thể làm bằng thép CT3 có ứng suất cho phép [  ] = 75 ÷85 N/ mm2 Trục tang Bộ phân tang lắp trên trục và ổ trình bài trên hình 17 Vì sử dụng palăng kép nên

vị trí của hợp lực căng dây trên tang sẽ không thay đổi và nằm ở điểm giữa tang

Trị số của hợp lực này bằng

RC = R – Rd = 63130 - 31212 = 31918 N

Hình 17: Kết cấu bộ phận tang

Hình 18: Sơ đố tính toán trục tang

Phản lực tại ổ A

Trục tang không truyền mômen xoắn , chỉ chịu uốn đồng thời trục quay cùng với tang khi làmviệc , nên nó sẽ chiụ ứng suất uốn theo chu kỳ đối xứng.

Vật liệu trục tang – dùng thép 45 Ưùng suất uốn cho phép với chu kỳ đối xứng trong phép tính sơbộ có thể xác định theo công thức

[  ] = = = 78 n/mm2

với các hệ số [n] và k’ lấy theo bảng 1 – 5 và 1 – 8 [I]

Tại điểm D trục phải có đường kính

d = 3

] [

3454451 = 77 mmKết cấu trục cùnh các kích thước cho trên hình 19 Trục cần được kiểm tra tại các tiết diện có khả năng có ứng suất tập trung lớn nhất : các tiết diện I –I, II –II, III –III, IV –IV Để làm ví dụ, ta sẽ kiểm tra tiết diện I – I, có đường kính d = 77 mm

Hình 19: Kết cấu trục tangỨng suất uốn lớn nhất:

σu = = = 75.67 N/mm2

Số giờ làm việc tổng cộng:

T = 24 365 A kn k ng = 24 365 2 0.25 0.33 = 18067 h

Trong đó A, kn, kng xem bảng 1-1 [I]

Số chu kỳ làm việc tổng cộng:

Hệ số chất lượng bề mặt  = 0.9 _ bề mặt gia công tinh

Hệ số kích thước   = 0.7

Hệ số tập trung ứng suất kσ = 1 (trục trơn)

Hệ số an toàn

nσ = σ- 1 / (kσ σa/   + σ- 1 σm / σb) = 332.5 / ( 1 53.7/ 0.7 0.9 + 332.5 0/ 610)

= 3.90

Với cách tính tương tự, ta có hệ số an toàn tại tiết diện IV –IV :

nσ = 1.99

Như vậy hệ số an toàn nằm trong giới hạn cho phép

Đối với các tiết diện còn lại cũng làm tương tư

c Ổ trục

Dựa vào tải trọng tĩnh tại các vị trí A và B theo sơ đồ tính toán trên, ta chọn ổ bi đở lòng cầu

hai dãy Tai vị trí A ta chọn loại ổ 1313 , tại vị trí B ta chọn 1611 theo GHOST 5720 – 75 ( Bảng P2.9 [III] ]

Tính toán cơ cấu di chuyển xe lăn:

Hình 20: Sơ đồ cơ ấu di chuyền xe lăn

Vận tốc di chuyển xe vxe = 30 m/ph

Chế độ làm việc của sơ cấu CĐ% = 15%

Tính chọn động cơ điện

Lực cản tĩnh chuyển động của xe lăn gồm có lực cản do ma sát và lực cản do đường ray Thànhphần lực do gió ở đây không có, vì cầu lăn làm việc trong nhà

Lực cản do ma sát:

W1 = ( G0 + Q) {cth.3-40 [I]}

Trong đó:

µ, f là hệ số ma sát lăn và hệ số ma sát trượt, lấy theo bảng 3-7 và 3-8 [I]

Dbx = 300 mm là đường kính bánh xe

d = 100 mm là đường kính ngỗng trục của bánh xe

W3 là lực cản của gió W3 = 0 N

Công suất tỉnh yêu cầu đối với động cơ điện:

Công suất danh nghĩa N = 2.7 Kw

Số vòng quay nđc = 895 v/ph

Khối lượng m = 88 kg

Tính toán cơ cấu di chuyển cầu

1 Động cơ điện

2 Khớp nối

3 Hộp giảm tốc

4 Phanh

5 Khớp nối

Trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang G0 = 50000 N

Trọng lượng cầu kể cả cơ cấu di chuyển cầu Gc = 162500 N

Vận tốc di chuyển cấu vc = 80 m/ph

Tính chọn động cơ điện

Lực cản do ma sát:

W1 = ( G0 + Q) {cth.3-40 [I]}

Trong đó:

µ, f là hệ số ma sát lăn và hệ số ma sát trượt, lấy theo bảng 3-7 và 3-8 [I]

Dbx = 750 mm là đường kính bánh xe

d = 100 mm là đường kính ngỗng trục của bánh xe

k = 2.7 hệ số tính đến ma sát thành bánh lấy theo bàng 3-6 [I] tương ứng với tỷ lệ giửa khoảng cách bánh và khoảng cách trục bánh xe ≈ 6.66

Wt = 2.7 138033 + 288 = 4014 N

W3 là lực cản của gió W3 = 0 N

Công suất tỉnh yêu cầu đối với động cơ điện:

Nt = (cth 3-60 [I] )

η đc = 0.85 là hiệu suất di chuyển, lấy theo bảng 1-9 [I]

Nt = = 6.3 Kw

=> N`t = 0.6 * 6.3 = 3.78 Kw

Vậy chọn động cơ MT 111-6 với:

Công suất danh nghĩa N = 4.3 Kw

Số vòng quay nđc = 870 v/ph

Khối lượng m = 88 kg

Tài liệu tham khảo

[I] Huỳnh Văn Hoàng ,TÍNH TOÁN MÁY TRỤC,nhà xuất bản KHKT, 1997

[II] KỸ THUẬT NÂNG CHUYỂN, nhà xuất bản đại học quốc gia TP HỒ CHÍ MINH

[III] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ,TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠKHÍ,nhà xuất bản giáo dục, 2000

[IV] TrươngQ) (uốc Thanh- Phạm Q) (uang Dũng, MÁY VÀ THIẾT BỊ NÂNG, nhà suấtbản khoa học kỹ thuật, 1999