Thiết kế cầu trục 5 tấn

Nhóm máy này có các loại như cần trục tháp, cần trục tự hành, cần trục thiếu nhi,… Hình 1.3: Cần trục  Máy nâng kiểu cột: có kết cấu máy dạng cột là giàn thép hay khung thép đặt thẳng đ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CẦU TRỤC 5 TẤN

Người hướng dẫn: ThS LƯU ĐỨC HÒA

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC HUY

Đà Nẵng, 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta hiện nay đang có những chuyển biến lớn về mọi mặt, đặc biệt là sự phát triển của nền kinh tế Trong sự phát triển đó, ngành Cơ khí đã chứng tỏ được tầm quan trọng không thể thiếu và còn đóng vai trò mũi nhọn trong quá trình Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước Hiện nay, người kỹ sư Cơ khí nói chung và kỹ sư Chế tạo máy nói riêng cũng đang ngày một chứng tỏ được vai trò của mình trong sự phát triển của ngành Cơ khí cũng như trong nền kinh tế của đất nước

Đồ án tốt nghiệp là minh chứng cho sự quan trọng trong quá trình đào tạo trở thành người kỹ sư Quá trình thực hiện đồ án giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về những kiến thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập, đồng thời nâng cao khả năng vận dụng sáng tạo những kiến thức này để làm đồ án cũng như công tác khi làm việc sau này.Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong ngành Cơ khí – Chế tạo máy trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định Và được sự đồng ý của

nhà trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp: “ Thiết kế cầu

trục 5 Tấn”.

Đồ án tốt nghiệp của gồm 7 chương:

 Chương 1: Giới thiệu chung về thiết bị nâng chuyển

 Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án

 Chướng 3: Tính toán thiết kế cơ cấu nâng

 Chương 4: Tính toán cơ cấu di chuyển xe lăn

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

 Chương 6: Tính kết cấu kim loại

 Chương 7: Hướng dẫn an toàn và sử dụng máy

Bằng sự cố gắng nổ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của

thầy ThS Lưu Đức Hòa, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn Do thời gian làm đồ

án có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh viên

để đồ án hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 11 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Huy

DUT.LRCC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN 4

1.1 Giới thiệu về máy nâng chuyển .4

1.1.1 Phân loại máy nâng chuyển .4

1.1.2 Các thông số cơ bản của máy trục .6

1.2 Giới thiệu về cầu trục .9

1.2.1 Đặc điểm 9

1.2.2 Cấu tạo cơ bản của cầu trục 10

1.2.3 Phân loại cầu trục 10

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 12

2.1 Chọn phương án truyền động cơ cấu nâng 12

2.1.1 Phương án 1 12

2.1.2 Phương án 2 12

2.1.3 Phương án 3 13

2.2 Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 13

2.2.1 Phương án 1 13

2.2.2 Phương án 2 14

2.2.3 Phương án 3: 14

2.3 Lựa chọ n phương án truyền động di chuyển cầu 15

2.3.1 Phương án 1 15

2.3.2 Phương án 2 16

2.3.3 Phương án 3 16

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG 18

3.1 Phân tích chung 18

3.2 Tính toán cơ c ấu nâng 19

3.2.1 Chọ n loại dây cáp 19

3.2.2 Palăng giảm lực 19

3.2.3 Tính kích thước dây cáp 20

3.2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc 21

3.2.5 Chọ n động cơ điện 23

3.2.6 Tỷ số truyền chung 24

3.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt 24

3.2.8 Tính và chọn phanh 27

3.2.9 Bộ truyền 30

3.3 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng 51

3.3.1 Khớp nối trục 51

3.3.2 Móc và ổ móc treo 52

3.3.3 Bộ phận tang 54

CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE LĂN 59

DUT.LRCC

4.1 Sơ đồ dẫn động cơ c ấu 59

4.2 Chọn bánh xe và ray 59

4.3 Tải trọng lên bánh xe 59

4.4 Động Cơ Điện 61

4.5 Tỷ Số Truyền Chung 62

4.6 Kiểm Tra Động Cơ Điện Về Mômen mở máy 62

4.7 Phanh 63

4.8 Bộ Truyền 63

4.9 Các bộ phận của cơ cấu di chuyển xe lăn 64

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU TRỤC 70

5.1 Bánh Xe Ray 70

5.2 Chọn Động Cơ 72

5.3 Tỷ số truyền chung 72

5.4 Kiểm tra động cơ điện 72

5.5 Phanh 73

5.6 Bộ Truyền 74

CHƯƠNG 6: TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI 75

6.1 Phân tích và lựa chọn kết cấu dầm 75

6.1.1 Phương án 1 75

6.1.2 Phương án 2 75

6.1.3 Phương án 3 76

6.2 Tính Tải Trọng 77

6.3 Xác Định Kích Thước Tiết Diện Của Dầm chính 78

6.4 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính 80

6.5 Tính Tiết Diện Gối Tựa Của Dầm Chính 83

6.6 Tính độ bền của ray dưới xe lăn 85

6.7 Tính mối ghép hàn 85

6.8 Tính dầm cuối 87

6.9 Tính dầm đặt ray di chuyển cầu 89

CHƯƠNG 7: HƯỚNG DẪN AN TOÀN VÀ SỬ DỤNG MÁY 92

7.1 An toàn trong sử dụng máy 92

7.2 Hướng dẫn sử dụng máy 93

KẾT LUẬN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN

1.1 Giới thiệu về máy nâng chuyển

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

Như vậy máy nâng chuyển đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất như giảm nhẹ sức lao động cho công nhân và nâng cao năng suất lao động

1.1.1 Phân loại máy nâng chuyển

a Căn cứ vào chuyển động chính

- Máy nâng(còn gọi là máy trục): Đây là loại thiết bị mà quá trình làm việc lặp lại

có chu kỳ Một chu kỳ công tác bao gồm thời gian có tải và thời gian chạy không

- Máy vận chuyển liên tục: ở loại thiết bị này, vật liệu được vận chuyển theo từng dòng liên tục

 Đối với máy nâng người ta còn phân biệt:

 Máy nâng đơn giản: Chỉ có một chuyển động công tác là nâng và hạ vật Kết cấu máy đơn giản, làm việc độc lập, dễ di dời đến nới làm việc mới, khi làm việc máy thường đẩy hoặc kéo vật theo một phương Ví dụ các loại kích, tời, palăng xíc, vận thăng xây dựng…

Hình 1.1: Palang

 Máy trục dạng cầu: Cầu trục, cổng trục ở các loại thiết bị này, ngoài chuyển động nâng hạ vật, còn có các chuyển động tịnh tiến ngang và dọc để di chuyển vật nâng đến vị trí yêu cầu

DUT.LRCC

Hình 1.2: Cầu trục

 Cần trục các loại: Quá trình di chuyển vật được thực hiện nhờ cơ cấu quay cần hoặc thay đổi khẩu độ của cần Vị trí của vật được xác định với R góc quay trong mặt phẳng ngang và độ cao z Nhóm máy này có các loại như cần trục tháp, cần trục tự hành, cần trục thiếu nhi,…

Hình 1.3: Cần trục

 Máy nâng kiểu cột: có kết cấu máy dạng cột là giàn thép hay khung thép đặt thẳng đứng, vật được nâng hạ dọc theo cột Nhóm này có các loại như thang máy, xe nâng hàng,…

Hình 1.4: Xe nâng hàng DUT.LRCC

 Đối với máy vận chuyển liên tục người ta phân thành các loại

 Máy VCLT có bộ phận kéo: băng tải, vít tải, gàu tải

 Máy VCLT không có bộ phận kéo: băng chuyền con lăn, vít tải, máng lắc, băng tải rung,…

 Máy vận chuyển bằng thủy khí: dùng sức nước, không khí để vận chuyển vận liệu

Hình 1.5: Máy vận chuyển liên tục

b Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc

- 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

b 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),…

c Các thông số hình học

Tùy thuộc vào loại thiết bị, ta có:

- Độ cao nâng, Khẩu độ đối với máy trục dạng cầu;

- Độ cao nâng, tầm với đối với các loại cần trục

DUT.LRCC

d Chế độ làm việc của máy trục

- Có thể xem chế độ làm việc của máy trục như là một thông số tổng hợp căn cứ trên cơ sở phối hợp các chỉ tiêu về mức độ sử dụng máy theo tải và theo thời

gian

- Trên cơ sở tiêu chuẩn ISO, ở Việt Nam đã có tiêu chuẩn TCVN 5862 -1995 quy định 8 nhóm chế độ làm việc cho máy trục được ký hiệu từ A1 đến A8 Đối với các cơ cấu trong máy nâng tiêu chuẩn quy định 8 nhóm chế độ làm việc được

ký hiệu từ M1 đến M8

- Các nhóm chế độ làm việc đối với máy trục được xác định trên cơ sở phối hợp

10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu U0 đến U9 và 4 cấp sử dụng máy

theo tải được ký hiệu từ Q1 đến Q4

- Tương tự chế độ làm việc đối với các cơ cấu trong máy nâng cũng được xác định trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, kí hiệu T0 đến T9

và 4 cấp sử dụng máy theo tải được kí hiệu từ L1 đến L4

e Các loại tải tác dụng lên máy

Trong quá trình làm việc, máy trục có thể chịu tải trọng sau đây:

f 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 hoặc 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 trong điều kiện 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

DUT.LRCC

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

g 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 cũng như không được đứng 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

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

DUT.LRCC

- Một số thiết bị an toàn có thể sử dụng đó l : 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 Đặc điểm

Hình 1.6: Cầu trục

Cầu trục: là một loại thiết bị dùng để nâng, hạ, di chuyển hang hóa trong nhà

xưởng một cách đảm bảo và rất hiệu quả đối với quá trình bốc xếp hàng hóa Cầu trục được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế, đặc biệt là trong các nhà xưởng sản xuất công nghiệp như đóng tàu, luyện kim, gia công cơ khí, thủy điện, nhiệt điện

 Ưu điểm của cầu trục:

- Cầu trục là một trong những thiết bị nâng hạ được sử dụng nhiều nhất trong

các nhà máy sản xuất công nhiệp, trong các công trình, dự án công nghiệp do tính linh hoạt và an toàn khi sử dụng của các sản phẩm cầu trục

- khá gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt và sử dụng, bảo dưỡng

- Ngoài ra, cầu trục có thể đáp ứng được nhu cầu nâng hạ vật có tải trọng rất nặng đến cả nghìn tấn mà không một thiết bị nâng hạ nào có thể đáp ứng được Tải trọng cầu trục đa dạng từ 500kg đến tối đa cả nghìn tấn

 Nhược điểm của cầu trục:

- Đối với cầu trục dầm đôi trong quá trình di chuyển sẽ xảy ra sự xô lệch dầm cầu do lực cản hai bên ray không đều

- Phạm vi sử dụng hẹp chủ yếu trong nhà xưởng, nhà máy

DUT.LRCC

1.2.2 Cấu tạo cơ bản của cầu trục

 Palang nâng hạ: là thiết bị đồng bộ, thường được nhập khẩu từ nước ngoài

Ở Việt Nam thường chỉ tổ hợp các loại pa lăng có tải trọng lớn, yêu cầu đặc biệt

 Hệ thống cấp điện: đảm bảo cung cấp điện cho pa lăng và cho toàn bộ cầu trục Hệ điện điều khiển được đấu nối song song với hệ điện động lực và tách rời khỏi hệ điện động lực

1.2.3 Phân loại cầu trục

- Phân loại theo công dụng:

 Cầu trục có công dụng chung: Chủ yếu dùng với móc teo để xếp dỡ, di chuyển lắp ráp và sửa chữa máy móc

 Cầu trục chuyên dùng: Được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và chế độ làm việc rất nặng

- Phân loại theo cách dẫn động cơ cấu:

 Cầu trục dẫn động bằng tay: Các cơ cấu được dẫn động bằng hệ thống tời kéo tay (hệ thống đĩa xích kéo tay )

 Cầu trục dẫn động bằng điện: Các cơ cấu được dẫn động cơ điện (Palăng )

- Phân loại theo kết cấu dầm:

 Cầu trục dầm đơn: dầm cầu của cầu trục một dầm thường là dầm chữ I

hoặc dầm tổ hợp với các dầm thép tăng cứng cho dầm, cầu trục một dầm

thường dùng pa lăng điện chạy dọc theo dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển

pa lăng

 Cầu trục dầm đôi: Hay còn gọi là cầu trục 2 dầm

 Cầu trục dầm kép: có các loại dầm hộp và dầm giàn không gian

 Cầu trục dầm hộp

 Cầu trục dầm giàn

- Phân loại theo phạm vi phục vụ:

 Cầu trục cho cầu cảng: Với sức nâng hàng hóa lớn

 Cầu trục phòng nổ: Cho các nhà máy gas,khí, hầm lò than,

DUT.LRCC

 Cầu trục thủy điện: Phục vụ quá trình vận hành và làm việc khi lắp đặt sửa chữa thay thế tua bin máy phát, trạm nguồn,

 Cầu trục luyện kim: Cầu trục làm việc trong các phân xưởng luyện kim có nhiệt độ rất cao

 Cầu trục gầu ngoạm: Cầu trục có móc cẩu dạng gầu ngoạm chuyên dụng để bốc vật liệu rời (than, cát )

 Cầu trục mâm từ: Cầu trục có móc cẩu là các cụm nam châm điện chuyên dùng để

bốc thép tấm,

 Kết luận chung:

Theo như những gì đã trình bày, ta thấy hiện nay thiết bị nâng chuyển được sử dụng rất rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp, và đặc biệt là cầu trục Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế

Qua đó, Việc đi vào nghiên cứu và thiết kế cầu trục đối với mỗi sinh viên cơ khí

là rất bổ ích, cũng như nắm vững những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy, tính toán thiết kế, chọn cấp chính xác, lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, về dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

2.1 Chọn phương án truyền động cơ cấu nâng

2.1.1 Phương án 1

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối và phanh; 3 Hộp giảm tốc; 4 Khớp nối; 5 Tang

Hình 2.1: Phương án truyền động cơ cấu nâng 1

- Đặc điểm: Động cơ truyền động đến hộp giảm tốc qua khớp nối Trục ra của hộp giảm tốc không trùng với trục tang, mà truyền qua bộ truyền bánh răng

- Ưu điểm: Trục ra hộp giảm tốc không trùng với trục tang nên dễ chế tạo, lắp ráp

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối kết hợp phanh; 3 Hộp giảm tốc; 4 Tang

Hình 2.2: Phương án truyền động cơ cấu nâng 2 DUT.LRCC

- Đặc điểm: Động cơ truyền động đến hộp giảm tốc qua khớp nối Trục ra của hộp giảm tốc trùng với trục tang

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu nhỏ gọn

- Nhược điểm: Trục tang và hộp giảm tốc là một nên khó chế tạo, lắp rắp và bảo dưỡng, lực phân bố trên tang không ổn định ảnh hưởng đến hộp giảm tốc

- Phạm vi sử dụng: Kết cấu này thích hợp khi dùng palăng đơn

2.1.3 Phương án 3

1 Động cơ điện; 2 Khớp nối kết hợp với phanh; 3 Hộp giảm tốc; 4 Tang;

5 Khớp nối Hình 2.3: Phương án truyền động cơ cấu nâng 3

- Đặc điểm: Trường hợp này giống phương án 2 nhưng có thêm khớp nối

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu nhỏ gọn, dễ chế tạo, lắp ghép, bảo dưỡng

- Nhược điểm: Có nhiều chi tiết hơn PA2

- Phạm vi sử dụng: phạm vi sử dụng rộng rãi phù hợp với nhiều kết cấu

 Kết luận: Theo như đã phân tích ở trên thì ta chọn phương án 3

2.2 Phương án truyền động và di chuyển xe lăn

2.2.1 Phương án 1

1 Động cơ điện; 2 Phanh kết hợp với nối trục; 3 Hộp giảm tốc; 4 Nối trục; 5 Bánh xe

Hình 2.4: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 1 DUT.LRCC

- Ưu điểm: Phương án nhỏ gọn gồm một hộp giảm tốc, một động cơ, bốn khớp nối Truyền động đơn giản, chiếm ít trên xe lăn thuận tiện cho việc bố trí trên các xe lăn

- Nhược điểm: Sự đồng bộ giữa 2 bánh xe không tốt

2.2.2 Phương án 2

Hình 2.5: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 2

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, truyền động chắc chắn có sự đồng bộ giữa hai bánh xe cao,

- Nhược điểm: Khoảng cách giữa hai bánh xe bị hạn chế

2.2.3 Phương án 3:

1 Động cơ điện 4 Khớp nối

2 Phanh kết hợp với nối trục 5 Bánh xe

3 Hộp giảm tốc

Hình 2.6: Phương án truyền động và di chuyển xe lăn3

DUT.LRCC

- Ưu điểm: Hai bánh xe được dẫn động bằng 2 động cơ riêng biệt

- Nhược điểm: Phương án này tốn nhiều động cơ, phanh ,việc giải quyết đồng tốc giữa hai bánh xe khó khăn

 Kết luận: như đã phân tích ta chọn phương án 1

2.3 Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu

2.3.1 Phương án 1

1 Động cơ điện 4 Khớp nối

2 Khớp nối kết hợp với phanh 5 Bánh xe

3 Hộp giảm tốc

Hình 2.7: Phương án truyền động di chuyển cầu 1

- Ưu điểm: Phương án này dùng hai hộp giảm tốc, và nhiều khớp nối, nhưng Hộp giảm tốc ở gần bánh xe nên quá trình truyền mômen từ động cơ đến hộp giảm tốc nhỏ nên có thể giảm đường kính trục

- Nhược điểm: Phương án có kết cấu phức tạp, dùng hai hộp giảm tốc và nhiều khớp nối

DUT.LRCC

2.3.2 Phương án 2

Hình 2.8: Phương án truyền động di chuyển cầu 2

1 Động cơ điện 4 Khớp nối

2 Phanh kết hợp với khớp nối 5 Bánh xe

3 Hộp giảm tốc

- Ưu điểm: Phù hợp với những cầu trục tải trọng lớn

- Nhược điểm: Phương án này phải dùng nhiều động cơ và hộp giảm tốc, khó giải quyết vấn đề đồng vận tốc ở hai bánh xe

2.3.3 Phương án 3

1 Động cơ điện 4 Nối trục

2 Phanh kết hợp với nối trục 5 Bánh xe

3 Hộp giảm tốc

Hình 2.9: Phương án truyền động di chuyển cầu 3

DUT.LRCC

- Ưu điểm: Đảm bảo đồng tốc giữa hai bánh xe

- Nhược điểm: 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 trên thì ta chọn phương án 1

 Kết Luận chung:

Ta đã chọn được các phương án tối ưu nhất như đã trình bày ở trên để tiếp tục đi vào phần tính toán, thiết kế

DUT.LRCC

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

3.1 Phân tích chung

 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

 Cơ cấu nâng dẫn động bằng điện

Hình 3.1: Cơ cấu nâng bằng điện

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 với chất lượng tốt của tất cả các khâu, 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

 Các số liệu ban đầu:

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

 Sơ đồ động học cơ cấu nâng:

DUT.LRCC

1 Động cơ 2 Khớp nối 3 Hộp giảm tốc 4.Tang

Hình 3.3: Sơ đồ động cơ cấu nâng

3.2 Tính toán cơ cấu nâng

3.2.1 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 và 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 như:

- An toàn trong sử dụng

- Độ mềm cao, dễ uốn cong, đảm bảo độ nhỏ gọn của cơ cấu và máy

- Đảm bảo độ êm dịu, không gây ồn khi làm việc

- Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp

- Đảm bảo độ bền lâu, thời hạn sử dụng lớn

Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛK -P theo ГOCT 2588-55 có 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 giới hạn bền 1500÷1800(N/mm2) chọn cáp LK-P- 6x19 [2]

Loại cáp này LK, với 6 dánh, mỗi dánh 19 sợi có lớp sợi thép ngoài cùng khác nhau (P) và một lõi đay

DUT.LRCC

Palăng gồm hai ròng rọc di động và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm

)1(

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

98,01(2

)98,01(52100)

1(

)1(

t a

m

Qo S







≈ 13157(N) Hiệu suất của palăng xác định theo công thức 2-21[I]

0,99

13157.2.2

52100max



S a m

Qo S

So p



Trong đó : So =

a m

Smax: Lực căng lớn nhất trong dây, N

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

Sđ = 13157.5,5 = 72363,5 (N)

Xuất phát từ điều kiện theo công thức (2-10) với loại dây đã chọn trên,

Với giới hạn bền của sợi σb = 1800 N/mm2, đường kính dây cáp dc = 14 mm ta chọn được loại cáp bện đôi kiểu ΠΚ-P có lực kéo đứt là Sđ = 76753,6 N > Sđ yêu cầu

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

a 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 2-12[I]

Dt ≥ dc.(e −1)

e = 25 – Hệ số đường kính tang, theo Bảng 2 4-[I]

dc = 14 mm – Đường kính dây cáp quấn trên tang

 Dt ≥ 14.(25-1) = 336(mm)

Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau : Dt = Dr = 350(mm)

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

Dc = e dc = 0,8.350 = 280(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 dự trữ, không kể những vòng cáp nằm trong kẹp (quy

Hình 3.5: Sơ đồ xác định chiều dài tang

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H= 5m

và bội suất pa lăng a=2

l = H.a = 5.2 = 10 m

Số vòng cáp phải cuốn ở một nhánh: Theo công thức trang 174 [I]

0 ' ) (D d Z

L Z

c t

10 )

L Z

c t

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

L3 = L4-2.hmin.tgα 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:

Kiểm tra sức bền của tang theo công thức: 2-15-[I]

t

S k

n

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





16.13

13157.8,0

1  (N/mm2)

Tang được đúc bằng gang xám (GX15-32) 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

/1135

565

mm N k

.V n Q

N  [kW]

Với η – Hiệu suất của cơ cấu bao gồm :

η = ηp.ηt.η0 = 0,87

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

5,14.50000

1000.60

Tương ứng với chế độ trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện AOC2-71-8 theo atlat máy nâng chuyển tờ 22 có các đặc tính sau đây:

Công suất danh nghĩa Ndc = 15 ( kW)

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

Hệ số quá tải: max  2

dn

M M

Momen vô lăng :(GiDi2)rôto = 4 Nm2

Cosφ = 0,85

DUT.LRCC

14 , 3

2 5 , 14

0

3.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt

Hình 3.6: Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải cho trên hình 3.6

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

98,01(2

)98,01(52100)

1(

)1(

t a n

m

Q S







≈ 13157(N) c) Momen trục động cơ khi nâng vật, theo công thức 2-79- [I]

88 , 0 1 , 27 2

2 357 , 0 13157

2

max 0



t i

m D S

98 , 0 1 (

2

98 , 0 ).

98 , 0 1 (

52100 ).

1 (

).

1 (

M h

1 , 27 2

88 , 0 2 357 , 0 12893,43

2

0

( 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= 4 + 20,25 = 24,55 Nm2Với Momen vô lăng: (GiDi2)rôto = 4 Nm2

( GiDi2)khớp = 20,25 Nm2

(với d đường kính ngoài cùng của khớp nối và G trọng lượng của khớp nối

chọn sơ bộ d=300mm, trọng lượng của khớp nối là G= 500N

5,28,1(2

69 23 , 132 ( 375

650 357 , 0 52100 )

69 23 , 132 (

375

650 605 , 22

2 2

2

/ 124 , 0 63 , 0 60

7 , 4

(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

87 , 0 38 , 77 2 ).

69 23 , 132 ( 375

650 357 , 0 52100 )

69 23 , 132 (

375

650 605 , 22

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 3.1:

Bảng 3.1 Các thông số cần tính Đơn vị Q1=Q Q2=0,5Q Q3=0,3Q Ghi chú

h m

t S 0,13 0,16 0,17

Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định:

s v

H t

n

5 , 14

6 60

M

2 2

tv: Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định khi làm việc với từng tải trọng t: Toàn bộ thời gian đông cơ làm việc trong một chu kỳ bao gồm thời gian làm việc trong các thời kỳ chuyển động ổn định và không ổn định

Mm momen mở máy của động cơ điện, Nm

M

2 2

=

73,250

2,19726632

- Phanh dùng để hãm hoặc điều chỉnh tốc độ cơ cấu, triệt tiêu được động năng của

các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay

- Tất cả các cơ cấu máy trục đều phải dùng thiết bị phanh hãm, nhất là các cơ cấu làm việc vận tốc cao 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

 Theo như đã phân tích ở trên 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

DUT.LRCC

 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

Phanh được đặt trên trục động cơ nên:

Momen phanh được tính:

1 , 27 2 2

87 , 0 357 , 0 52100 75 , 1

2

0

0



i a

D Q n

M ph 

= 261,24 Nm

Trong đó η hiệu suất cơ cấu nâng

n =1,75 hệ số an toàn, theo bảng 3- 2 -[I]

D0: đường kính tang tính đến tâm cáp

Q0 : trọng tải và trọng lượng bộ phận

Dựa vào điềư kiện (2.2) ta chọn loại phanh, tuy nhiên không nên chọn loại phanh có momen phanh danh nghĩa lớn hơn momen phanh yêu cầu nhiều quá vì như vậy sẽ tải trọng động lên cơ cấu khi phanh

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

DUT.LRCC

1 Bánh phanh; 2, 4 Má phanh; 3,5 Tay đòn phanh; 6 Nam châm điện;

7 Tay đòn của cơ cấu tạo lực mở phanh; 8 Lò xo tạo phanh; 9 Lò xo phụ;

10 đai ốc nén lò xo 11 Dai ốc dùng khi bảo dưỡng 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

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

l f D

l M

P ph

.

l M P

o

ph

1 , 1070 62

, 0 9 , 0 35 , 0 3 , 0

24 , 0 24 , 261

.

Khi mỡ phanh lò xo chính bị ép thêm một khoảng dẫn đến lực sẽ tăng lên

Giả thiết tăng 10% so với ban đầu, nghĩa cần có lực đẩy

vậy có thể chọn nam châm điện có các thông số đây:

Momen nam châm hút: Mn = 16,632 Nm

P c   P  ng Trong đó :

Pp = 2÷8 Lấy Pp = 5kg

DUT.LRCC

 N

a

M P

P

P c P ng 1279 , 29

60

4200 50

29 ,

2 ,

1407  N/m

Áp lực má phanh lên bánh phanh

N f

D

M

N ph 4742 , 85

35 , 0 3 , 0

498  

Áp lực trung bình :

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 35-[I]

2-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

3.2.9 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: n1 = 700 vòng/phút

Động cơ dẫn động : N = 15 Kw

DUT.LRCC

Tỉ số truyền chung của hộp là: i = 27

a Phân phối tỷ số truyền

Trong trường hợp này động cơ nối trực tiếp với trục vào của hộp nên không thông qua bộ truyền ngoài

Gọi : icn tỷ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh

cc cn

i i

i i

2,1

5,31

55 ,

55 ,

53 , 22 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]

Ti: Tổng số giờ làm việc, T = 10.310.2.4= 24800

(số giờ làm việc với giả thiết thời gian làm việc của cơ cấu là 10 năm, mỗi năm làm việc 310 ngày, mỗi ngày làm việc 2 ca mỗi ca 4 giờ)

M M

 Ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn

Trong đó: lấy m = 6: Bậc đường cong mỏi uốn (thép chế tạo là thép thường hoá và tôi cải thiện )

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

Giới hạn mỏi uốn của thép σ-1 = (0,4÷0,45) σbk

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:

K n

u

.

1

344

mm N

2 , 232

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]:

A ≥ (icn+1).3  

2

2 6

.

.

10 05 , 1

n

N k

113 4 , 0

26 , 26 3 , 1 2 , 6 520

10 05 , 1

Chọn khoảng cách sơ bộ : A = 310 mm

Tính vận tốc vòng bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo:

) / ( 15 , 3 ) 1 2 , 6 ( 1000 60

700 310 14 , 3 2 ) 1 ( 1000 60

2 1000

60

. 1 1 1

s m i

n A n

d V

310 2 1

2

i

A d

3 , 1 58 , 1

%k    ( khoảng sai lệch lớn )

Chọn lại khoảng cách trục: A 320mm

3,1

58,1

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

320 2 ) 1 (

2

Lấy chiều rộng bánh răng :

26 , 26 45 , 1 10 1 , 19

.

10 1 , 19

2 6

1 2 1

6 1

b n Z m y

N k

=> 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

/7,496113

.128

26,26.3,1.)12,6(.2,6.320

10.05,1

mm N

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:

358261

2

2055363

2

 Lực hướng tâm: Pr = P tgα = 7447 tg200 = 2710N

DUT.LRCC

c Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm

- Định ứng suất tiếp xúc và ứng uốn 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

N

N K

Vậy số chu kỳ tương đương của bánh nhỏ :

 Ứng suất uốn cho phép:

Giới hạn mỏi uốn của thép σ-1 = (0,4÷0,45) σbk

DUT.LRCC

Giới hạn mỏi uốn của bánh nhỏ

K n

u

.

1

5 , 365

mm N

322

mm N

.

.

10 05 , 1

n

N k

1 , 22 45 , 0

53 , 22 3 , 1 1 , 5 650

10 05 , 1

113 430 14 , 3 2 ) 1 ( 1000 60

2 1000 60

. 2 2 2

i

n A n

410 2 1

5,184

1 , 095

2

1 19 , 1 2

2 , 1 3 , 1

%k    (khoảng sai lệch >5% nên cần chọn lại khoảng cách trục)

Chọn lại khoảng cách trục: A 399,2mm

3,1

2.1

Theo tiêu chuẩn bảng 3-1[6] Lấy mn = 4

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

mm

i m

A

) 1 1 , 5 ( 4

400 2 ) 1 (

2

10 1 , 19 1 2 1

6 1

.

b n Z m y

N k

1 2 1

6 1

5 , 1 180 113 33 4 451 , 0

32 , 24 2 , 1 10 1 , 19

.

10 1 , 19

mm N b

n Z m y

N k