Thiết kế cần trục di động để bốc dỡ gỗ tại trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng

Xuất phát từ những yêu cầu trên, được sự nhất trí của nhà trường, của bộ môn cơ sở kỹ thuật và cô giáo hướng dẫn Th.S Lê Thị Kiểm tôi thực hiện đề tài: “ Thiết kế cần trục di động để b

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt nam là một đất nước có nguồn tài nguyên rừng phong phú và đa dạng, với nhiều loài lâm sản có giá trị cao.Rừng có tác dụng bảo vệ môi trường và cung cấp nhiều loại gỗ quý Do đó rừng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống con người, nó đóng góp không nhỏ cho nền kinh tế quốc dân

Qua mấy chục năm do tác hại của chiến tranh, cùng với nạn du canh du cư đốt rừng làm lương rẫy, khai thác rừng bừa bãi làm cho nguồn tài nguyên rừng

tự nhiên ngày bị cạn kiệt vì vậy rừng trồng là nguồn nguyên liệu chủ yếu của ngành công nghiệp khai thác và chế biến lâm sản ở nước ta hiện nay

Trung tâm nghiên cứu, thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng trường Đại học Lâm Nghiệp là trung tâm nghiên cứu, thực tập thực hành cho sinh viên, còn là doanh nghiệp trực tiếp sản xuất chế biến gỗ với sản phẩm chủ yếu là gỗ xẻ, gỗ dán, ván ghép thanh Hiện nay, tại trung tâm việc bốc dỡ chủ yếu bằng tay, nên công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm với người lao động, năng suất thấp, giá thành cao Do đó việc đưa cơ giới hoá vào khâu bốc dỡ gỗ

và các hàng hóa khác tại trung tâm ngày càng trở lên cấp thiết

Nếu dùng các trang bị bốc dỡ như ô tô cần trục, cần cẩu thủy lực thì vốn đầu tư lớn, lại không sử dụng hết khả năng làm việc của nó Do đó việc cơ giới hoá khâu bốc dỡ , vận chuyển gỗ tại trung tâm là cần thiết Xuất phát từ những yêu cầu trên, được sự nhất trí của nhà trường, của bộ môn cơ sở kỹ thuật và cô

giáo hướng dẫn Th.S Lê Thị Kiểm tôi thực hiện đề tài:

“ Thiết kế cần trục di động để bốc, dỡ gỗ tại trung tâm nghiên cứu, thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng “

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về tình hình bốc dỡ gỗ hiện nay

1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển máy trục vận chuyển

Lịch sử phát triển máy trục gắn liền với lịch sử phát triển xã hội và gắn liền với quá trình phát triển khoa học kỹ thuật của loài người

Thời kỳ cổ đại Trung Hoa, Người Trung Hoa đã biết sử dụng các loại vật liệu đơn giản có sẵn trong tự nhiên như: Gỗ cành cây, tre, dây leo, ống bương…để làm ra cần vợt và tời thô sơ lấy nước ở các giếng sâu Đây là các dạng sơ khai của máy trục, về nguyên lý kết cấu và nguyên lý làm việc của chúng, ta thấy không khác gì mấy so với cơ cấu nâng hạ hàng và nâng hạ cần

của các máy trục hiện đại hiện nay

Trong thời cổ Ai Cập, Công trình nổi bật thời đó là công trình xây dựng quần thể Kim Tự Tháp Để đưa các phiến đá nặng hàng chục tấn lên cao người

ta dự đoán lúc đó chỉ có thể dùng hình thức chủ yếu là áp dụng nguyên tắc đòn bẩy, con lăn, mặt nghiêng và dây kéo

Thời trung cổ, Con người đã chế tạo ra được các loại tời quay tay đặt ở các

bến cảng dùng vào việc xếp dỡ hàng hóa phục vụ buôn bán giao lưu giữa các

nước

Tại Việt Nam, Người Việt từ xa xưa cũng đã sử dụng những thiết bị thô sơ căn bản dựa trên nguyên tắc đòn bẩy, con lăn và mặt phẳng nghiêng để xây dựng những thành quách lâu đài: Thành nhà Hồ,Thành Huế…

Từ 1763 đến nay, từ khi phát minh ra động cơ hơi nước, động cơ đốt trong

và sau đó là động cơ điện đã thúc đẩy mạnh mẽ ngành máy trục phát triển; nhất

là từ thế kỷ 19 trở lại đây Chiếc cần trục không tự hành đầu tiên có nguồn động lực là máy hơi nước được chế tạo vào năm 1827 và vào năm 1846 chiếc cần trục có hệ thống truyền động thủy lực đầu tiên ra đời Sau đó là các cần trục

di chuyển trên đường ray, cần trục nổi, các loại cần trục có bộ di chuyển bánh xích hay bánh lốp với nguồn động lực là động cơ đốt trong hoặc động cơ điện

nối tiếp nhau ra đời

Các loại cần trục này ngày càng được hoàn thiện về kết cấu, tinh sảo về truyền động và hiện đại, tiện nghi về điều khiển, dải sức nâng rất rộng từ 0,5 tấn đến hàng ngàn tấn

1.1.2 Tình hình vận chuyển gỗ hiện nay

a Trên thế giới:

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cùng với những thành tựu của nó được áp dụng vào sản xuất đã không ngừng nâng cao năng suất lao động

và tạo ra sự biến đổi trong sản xuất lâm nghiệp trên thế giới Tại một số nước

có ngành lâm nghiệp phát triển, việc cơ giới hoá các khâu khai thác, bốc dỡ và vận chuyển lâm sản được áp dụng triệt để Đặc biệt là áp dụng máy móc vào sản xuất thay thế sức người và súc vật là biện pháp cơ bản để nâng cao năng suất lao động trên phạm vi rộng Với những trang thiết bị hiện đại, cơ động, năng suất cao: Cần trục bánh xích, Ô tô cần trục, Cần trục cầu, Cần trục tháp…

b Tại Việt Nam:

Ngày nay, nước ta đã và đang tiến hành công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, bước đầu đã đem lại những kết quả khả quan Số lượng máy móc được áp dụng vào sản xuất Nông Lâm nghiệp tăng lên Theo thống kê năm

1999, cả nước có 146000 máy kéo các loại, tổng động lực trang bị 13,6 triệu

mã lực và gần 1,9 tỉ (Kw.h) điện dùng vào sản xuất Nông Lâm nghiệp và Chế biến Thuỷ sản

Chỉ tính riêng cho trên 400 lâm trường quốc doanh đã trang bị trên 700.000

mã lực bao gồm: ôtô, máy kéo, tàu thuyền, máy bơm nước, máy phun thuốc trừ sâu Để phục vụ các khâu sản xuất giống cây con, trồng rừng, chăm sóc, khai thác, vận chuyển, bốc dỡ Tỷ lệ cơ giới hoá khai thác và vận chuyển 6070% Tuy đạt được như vậy nhưng so với các nước phát triển như: Hàn quốc, Nhật bản…chúng ta lạc hậu hơn họ ít nhất 2030 năm Để rút ngắn khoảng cách này nhà nước cần có chính sách đầu tư hỗ trợ và tăng cường trang bị kỹ thuật mới vào sản xuất, nâng cao trình độ cơ giới hoá, nhất là trong sản xuất lâm nghiệp

Tại kỳ họp thứ 2 quốc hội khoá IX đã thông qua nghị quyết về trồng mới 5 triệu ha rừng giai đoạn (1998 ÷ 2001) Do đó trong những năm tới nhu cầu về máy móc, trang bị cơ điện lâm nghiệp sẽ lớn để phục vụ cho các khâu sản xuất cây giống, trồng chăm sóc rừng, khai thác, vận chuyển, bốc dỡ…Dự báo nhu cầu cơ điện lâm nghiệp năm 2010 là 892500 mã lực và năm 2020 là 2,2 triệu

Riêng Bộ Môn Máy trường Đại học Lâm nghiệp cũng có nhiều đề tài nghiên cứu về cải tiến máy móc và thiết bị trong khai thác vận chuyển và bốc dỡ gỗ

Điển hình là chuyên đề nghiên cứu khoa học mang tên: “ Thiết kế chế tạo và

khảo nghiệm thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu, vùng gỗ nhỏ rừng trồng “ do PGS-TS Nguyễn Nhật Chiêu và các cộng

tác viên: TS.Nguyễn Văn Bỉ; ThS.Nguyễn Văn An…thực hiện Ngoài ra, còn

có hàng trăm đề tài nghiên cứu cải tiến của sinh viên các khoá đã tốt nghiệp:… Tuy nhiên các đề tài còn một số hạn chế: thiết bị chưa gọn nhẹ, cồng kềnh hoặc chưa phù hợp với điều kiện nơi sử dụng

1.2 Các phương pháp và thiết bị bốc dỡ

1.2.1 Các phương pháp bốc dỡ

Bốc dỡ gỗ, hàng hoá lên xuống các xe vận chuyển là công việc nặng nhọc, nguy hiểm Để đạt hiệu quả sản xuất kinh doanh, thì tuỳ theo quy mô sản xuất, mức độ cơ giới hoá của lâm trường, công ty khai thác, xí nghiệp chế biến mà lựa chọn phương pháp bốc dỡ gỗ thích hợp Thông thường với quy mô sản xuất

nhỏ, vốn đầu tư ít thì áp dụng phương pháp thủ công là khênh vác, xe bắn, bốc bằng hầm, phổ biến nhất là dùng máy kéo vận xuất để bốc lên xe vận chuyển Đối với đơn vị có quy mô sản xuất lớn, với khối lượng hàng hoá bốc dỡ lớn thì sử dụng các ôtô cần trục với thiết bị tời cáp và cần bốc thuỷ lực để bốc

dỡ gỗ vì nó có ưu điểm là khả năng cơ động cao, năng suất cao, giá thành hạ lại

an toàn lao động mang lại hiệu quả kinh tế cao, nhưng đòi hỏi vốn đầu tư lớn Ngoài ra còn sử dụng các thiết bị máy móc bốc dỡ hiện đại như cẩu trục, máy truyền xích, thiết bị tời cáp, xe reo, ôtô tự vận chuyển bốc dỡ Volvo của thuỵ điển…với quy mô sản xuất vừa và nhỏ, tùy theo điều kiện mà người ta dùng các thiết bị nhỏ gọn như: Xe cỡ nhỏ, cần trục…

1.2.2 Máy móc thiết bị dùng trong bốc dỡ gỗ

Hiện nay có nhiều loại cần trục cáp: Cần trục cáp cố định, cần trục cáp bánh xích, cần trục cầu, cần trục tháp…Tuỳ theo công dụng và điều kiện địa hình…mà người ta áp dụng các loại cần trục bốc dỡ gỗ khác nhau

a Cần trục cáp:

Cần trục cáp là loại máy móc thiết bị được sử dụng rộng rãi ở trên các bãi gỗ

và kho gỗ để bốc dỡ, xếp đống và vớt gỗ từ dưới sông lên bờ hoặc đưa gỗ từ bờ xuống sông, lên xà lan, tàu vận chuyển Sơ đồ như hình 1

1

2 6

7

5 4

Hình – 1:

Cần trục cáp cố định có hai trụ đỡ bằng gỗ với động lực là tời hai trống

1 – Trụ đỡ 5 – Trống tời

2 – Cáp mang 6 – Cáp kéo

3 – Xe reo 7 – Ròng rọc chuyển hướng

4 – Cáp di chuyển xe reo 8 – Dây chằng

b Cần trục bánh xích:

Cần trục bánh xích là loại thiết bị

được dùng rộng rãi trên các kho gỗ,

có khả năng bốc hàng với khối lượng

lớn 10100 KN và làm việc được ở

điều kiện địa hình dốc (2225), khi

di chuyển không đòi hỏi đường

chuyên dùng Sơ đồ như hình 2 Hình – 2:Cần trục bánh xích

c Ôtô cần trục:

Ôtô cần trục được sử dụng rộng rãi

trong nền kinh tế quốc dân nói chung

và ngành công nghiệp khai thác nói

riêng: Có tính cơ động cao, làm được

nhiều công việc khác nhau, khối

lượng hàng bốc lớn, đòi hỏi vốn đầu

tư lớn, độ ổn định kém

Sơ đồ như hình 3 Hình – 3:Ô tô cần trục

d Cần trục cầu:

Cần trục cầu là loại thiết bị hiện đại dùng trong các cảng, kho gỗ II và các

nhà máy Sử dụng để bốc, dỡ xếp đống các loại hàng nói chung và gỗ trên

các kho gỗ Sơ đồ như hình 4

Là loại thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành Lâm nghiệp để vận

xuất, dỡ gỗ, kéo gỗ từ dưới sông lên, kéo gỗ lên các xe vận chuyển

Cấu tạo đơn giản, giá đầu tư ít, lắp đặt dễ dàng, cơ động, phù hợp với quy

mô sản xuất lâm nghiệp ở nước ta

Hình – 7: Tời 1 trống

Ngoài các loại trên còn có các loại ôtô tự bốc dỡ vận chuyển có trang thiết

bị tay bốc thủy lực, loại này cơ động, có khả năng bốc nhiều loại hàng hóa

Nhưng chăm sóc, chế tạo phức tạp, giá đầu tư lớn

Hình – 8: Tời lắp trên xe ôtô Hình – 9: Ôtô có tay bốc thủy lực

Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo, ưu nhược điểm, tính năng của từng loại thiết bị, giá thành cũng như tình hình thực trạng và nhu cầu của trung tâm Ta thấy cầu trục di động cỡ nhỏ rất phù hợp với công việc bốc dỡ gỗ tại trung tâm

1.3 Cơ cấu tổ chức, sản xuất của trung tâm

Trung tâm Nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng được thành lập theo Quyết định số 2857/NN-TCCB/QĐ, ngày 06/11/1997 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, trực thuộc Trường Đại học Lâm nghiệp

1.3.1 Chức năng và cơ cấu tổ chức của trung tâm

a Chức năng nhiệm vụ của trung tâm:

Chức năng chủ yếu của trung tâm là phục vụ thực hành thực tập, nghiên cứu khoa học cho sinh viên và cán bộ giảng dạy Trường Đại Học Lâm Nghiệp, kết hợp với việc chuyển giao công nghệ phục vụ cho cơ sở sản xuất, doanh nghiệp, nhà máy…

Hiện nay giám đốc trung tâm là: ThS.Lê văn Tung, và tổng số cán bộ công nhân viên là 30

b Cơ cấu tổ chức trung tâm được mô tả theo sơ đồ:

Với chức năng trên, hàng năm trung tâm hướng dẫn cho hàng ngàn sinh viên khoa Chế biến lâm sản, Công nghiệp phát triển nông thôn…vào thực hành, thực tập, hướng dẫn tốt nghiệp cho sinh viên, các đề tài thạc sĩ, tiến sĩ trong và ngoài trường

Với sự định hướng đúng đắn cuả Ban giám

hiệu nhà trường, Ban lãnh đạo trung

tâm, Trung tâm ngày càng phát triển và áp

dụng nhiều công nghệ mới về chế biến gỗ

như: Ván dán, Ván dăm, đặc biệt đưa vào

hai dây truyền ván ghép thanh phục vụ

VGT XM

VD

Hình – 10: Sơ đồ mặt bằng trung tâm

A – Khu quản lý XM – Phân xưởng Xẻ Mộc

B – Bãi gỗ VGT – Phân xưởng Ván ghép thanh

VD – Phân xưởng Ván dăm

1.3.3 Công việc bốc dỡ gỗ và hàng hóa tại trung tâm

Hàng năm để đáp ứng nhu cầu sản xuất, trung tâm phải nhập với khối lượng

gỗ tròn rất lớn: 660 m3, với phương pháp bốc dỡ gỗ chủ yếu là bằng thủ công khênh vác và xe đẩy Sau đây là một vài hình ảnh bốc dỡ gỗ tại trung tâm:

Hình – 11: Bốc dỡ gỗ thủ công

Hình – 12: Các loại xe đẩy

Qua những hình ảnh trên ta thấy điều kiện làm việc của công nhân rất vất

vả, nguy hiểm và năng suất thấp Chính vì vậy tôi thực hiện đề tài: “ Thiết kế

cần trục di động để bốc, dỡ gỗ tại Trung tâm nghiên cứu, thực nghiệm và chuyển giao công nghệ Công nghiệp rừng “

1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Mục tiêu của đề tài là thiết kế cần trục di động để bốc, dỡ gỗ với trữ lượng

vừa và nhỏ, đồng thời có thể bốc, dỡ được các loại hàng hoá khác đáp ứng nhu cầu công việc đa dạng của trung tâm, nhằm giảm nhẹ sức lao động công nhân, tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm

1.5 Nội dung của đề tài

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế

Chương 3: Tính toán thiết kế kỹ thuật

Chương 4: Tính toán ổn định

Chương 5: Sơ bộ hoạch toán giá thành

1.6 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

1.6.1 Phạm vi nghiên cứu

Thiết kế cần trục di động cỡ nhỏ

1.6.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: Vận dụng các môn học cơ sở và chuyên ngành Máy lâm nghiệp như: Cơ học, Sức bền vật liệu, Thiết kế xưởng…để hoàn thành đề tài

- Kết hợp với phương pháp điều tra khảo sát thực tế để lấy số liệu thiết kế

Chương 2

ĐỀ XUẤT, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Sau khi nghiên cứu kỹ cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của cần trục tháp và tham khảo một số tài liệu về các loại thiết bị vận xuất các loại cần trục Khảo sát mặt bằng trung tâm nghiên cứu, thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng Tôi đề xuất phương án thiết kế sau:

23

5

7

Hình – 13: Cần trục trụ xoay

1 - Trống tời với nguồn động lực là động cơ điện 6 - Đường ray

2 – Cáp kéo 7 - Khung và bệ máy

b Ưu, nhược điểm:

Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, dễ sử dụng, cơ động Rất thích hợp cho việc vận chuyển với khối lượng nhỏ và vừa, quãng đường ngắn

2.1.2 Phương án 2

1 2

3 6 14 13

16

8

18

Hình – 14: Cần trục di động chạy trên đường ray

1 - Khung di chuyển 7 - Cơ cấu nâng vật 13 - Cụm puly di động

2 - Bánh xe 8 - Trang thiết bị điện 14 - Thanh giằng

cơ cấu nâng vật (7), nâng cần (8) và trang thiết bị điện Cần (9) được nối một đầu với thân tháp bằng khớp bản lề (10), còn một đầu được treo bằng cáp neo (11) vòng qua cụm puly đổi hướng (12) bố trí trên đỉnh tháp Cáp neo được nối với cụm puly di động của palăng nâng hạ cần (13) Cụm puly cố định của palăng nâng hạ cần được neo với bàn quay nhờ thanh rằng (14), vật nâng được nâng hạ nhờ cáp nâng (15) vòng qua đỉnh tháp đi xuống tời nâng vật được bố trí trên bàn quay

b Ưu, nhược điểm:

- Với cần trục di động này có thể bốc dỡ hàng hóa một cách dễ dàng, làm việc trên đường ray nên di chuyển ổn định

- Hoạt động trên phạm vi có đường ray, chế tạo phức tạp, giá thành cao

2.1.3 Phương án 3

Hình – 15: Cần cẩu cỡ nhỏ di động dùng hệ thống thủy lực

1,2 - Các bánh xe 7 - Xilanh thủy lực

3 - Khung đỡ 8 - Piston thủy lực

4 - Cột trụ 9 - Cần trục

5 - Tay kích 10 - Chốt thay đổi độ vươn của cần trục

6 - Tay cầm 11 - Móc treo

a Nguyên lý hoạt động:

Cần trục (9) được nâng hạ nhờ cặp piston-xilanh thủy lực thông qua tay kích

(5) Thiết bị di chuyển nhờ đẩy bằng sức người tới vị trí cần thiết

b Ưu, nhược điểm:

- Gọn nhẹ, dễ sử dụng, an toàn cao, tải trọng lớn

- Độ linh động không cao, tầm hoạt động bi hạn chế

2.1.4 Các chỉ tiêu lựa chọn

Thiết bị vận chuyển khi thiết kế ra phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Kết cấu đơn giản gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ tháo lắp, giá thành rẻ

- Đảm bảo tính ổn định khi làm việc

- Phù hợp với không gian hoạt động tại trung tâm

6

2.1.5 Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa trên tình hình hoạt động thực tế tại trung tâm và căn cứ vào các chỉ

tiêu để lựa chọn phương án thiết kế tôi quyết định chọn phương án 1 dùng cần

trục trụ xoay để bốc dỡ gỗ tại trung tâm

2.2 Phương án thiết kế sơ đồ dẫn động cho máy

Động cơ (1) truyền động qua bộ truyền đai (2), tới hộp giảm tốc bánh răng trụ

một cấp (3), qua khớp nối (4), tới trống tời (5)

b Ưu, nhược điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành hạ, an toàn quá tải do đai có khả năng trượt

- Không an toàn khi hoạt động do bộ truyền đai có thể bị trượt hoặc đứt

- Kết cấu cồng kềnh do có hai bộ truyền

b Ưu, nhược điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành hạ

1

2 3

4 5

2

- Do có bộ truyền xích nên không an toàn khi máy làm việc (quay)

Động cơ (1) truyền chuyển động tới bộ truyền Hình – 18

đai (2), tới bộ truyền bánh răng côn (3), qua khớp nối (4), tới trống tời (5)

b Ưu, nhược điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành hạ, an toàn khi quá tải

- Bộ truyền cồng kềnh, không an toàn khi làm việc (quay)

Phương án sử dụng bộ truyền bánh răng Hình – 19

trụ hai cấp (3) truyền động từ động cơ (1) tới trống tời (5)

b Ưu, nhược điểm:

- Bộ truyền bánh răng trụ 2 cấp, giảm tải tốt, kết cấu

tương đối nhỏ gọn, đơn giản, giá thành rẻ

3 4 5

1

4 5 2

1

5

4

5 - Trống tời

a Nguyên lý hoạt động:

Động cơ (1) truyền động cho trống tời (5) thông qua hộp giảm tốc trục vít -

bánh vít (3)

b.Ưu, nhược điểm:

Bộ truyền trục vít bánh vít có tỷ số truyền lớn, giảm tải nhanh, kết cấu nhỏ

gọn, an toàn khi làm việc Tuy nhiên khó chế tạo, giá thành cao 2.2.6 Lựa chọn sơ đồ dẫn động cho máy

Qua phân tích ưu nhược điểm của từng sơ đồ truyền động, tình hình thực tế

trung tâm, xu thế thiết kế cơ cấu truyền động Tôi quyết định chọn sơ đồ 5 dẫn

động cho thiết bị bốc dỡ gỗ

2.3 Sơ đồ thiết kế

Kết hợp phương án thiết kế cầu trục và phương án dẫn động Tôi chọn

phương án 1 (mục 2.1.1) và sơ đồ dẫn động 5, ta được sơ đồ động toàn máy

4

2 6

5

7 10

9

8

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT 3.1 Xác định tải trọng nâng

Theo khảo sát hàng hoá bốc dỡ tại trung tâm là gỗ tròn cắt khúc Gỗ được

sử dụng chủ yếu là bạch đàn, bồ đề, keo, mỡ thông Có tuổi khai thác 7 ÷ 20 (năm) cho đường kính 10 ÷ 25 (cm), chiều cao 15 ÷ 20 (m) [1] Nhìn chung gỗ rừng trồng nước ta có đường kính nhỏ tùy theo yêu cầu sử dụng, đối với gỗ dùng cho ngành công nghiệp chế biến gỗ có chiều dài cắt khúc từ 2 ÷ 4 (m) Trọng lượng khúc gỗ xác định theo công thức:

14 ,

+ Chiều cao đống gỗ xếp trong bãi gỗ thông thường h = 4 ÷ 6 (m)[6]

+ Kích thước xe ôtô: xe tải có chiều cao h = 4 (m) [7]

+ Thời gian bốc hàng là 20 phút với loại xe có tải trọng 7 ÷ 10 (tấn)[8]

- Trên cơ sở trọng lượng của khúc gỗ; thời gian bốc hàng (gỗ) đầy xe, thời gian thực hiện một lần bốc 3 phút[1] Tôi chọn tải trọng nâng cho máy là: 400 (Kg) tương ứng tải trọng Q = 4000 (N) - tải trọng thiết kế

+ Số ngày làm việc trong năm: 200 ngày/ năm  kn = 200/365 =0,54

+ Thời gian phục vụ: 10 năm

+ Số giờ làm việc trong ngày: 8 h/ngày (1 ca)  kng = 8/24 =0,33

+ Hệ số sử dụng cơ cấu (máy) trong suốt quá trình: pv% = 20%  Máy làm việc ở chế độ nhẹ và trung bình

Căn cứ vào chiều cao xếp đống gỗ, chiều cao xe ôtô, chiều dài khúc gỗ Tôi chọn các kích thước, thông số cơ bản cho sơ dồ thiết kế là:

Hình – 22: Sơ đồ kích thước chung của máy

- Cần trục dài: 5000 + 200 = 5200 (mm)

- Khoảng cách từ tâm gối đỡ cần đến trụ quay: 200 (mm)

- Khoảng cách từ tâm trụ quay đến hết bộ máy: 1800 (mm)

- Chiều rộng bệ đặt các bộ phận máy: 600 (mm)

- Chiều cao từ mặt đất đến mặt bệ máy: 1000 (mm)

- Chiều cao lớn nhất nâng được vật là: 5500 (mm)

Các kích thước khác xác định sau khi chọn, thiết kế các bộ phận của máy và tính toán ổn định cho máy với tải trọng tính toán

chọn cáp phải phù hợp cả về đường kính hay loại cáp, ta tiến hành tính toán chọn cáp:

- Xác định lực kéo tác dụng lên cáp

Để giảm tải tác dụng lên cáp, ta chọn hệ ròng rọc nâng tải có sơ đồ:

Lực tác dụng lên cáp được xác định theo công thức:





) 1 (

1





Trong đó: n - Số dây treo tải, n = 2;

 r- Hiệu suất của ròng rọc, lấy  r= 0,95;

0 95 0 , 925

) 95 , 0 1 (

2

95 , 0

Trọng lượng cáp (Kg/100m)

USGH (N/mm2)

Sđ(N)

Q

S

3.3 Tính toán trống tời

Trống tời là chi tiết quấn cáp trong quá trình nâng tải, gom gỗ Chọn loại

trống trơn được chế tạo bằng thép Máy làm việc ở chế độ nhẹ và trung bình

nên chọn đường kính trống theo công thức:

D 18 d c  18 6 , 2  111 , 6 (mm)

Vậy lấy đường kính ngoài của trống là: Dt = 200 (mm)

Dung lượng cáp trên trống:L0 = 100.000 (mm)

100000 )

L D

L n

Đường kính trong của trống được xác định theo công thức:

2 0 2

] [

4 ] [





t D S D

k n

t b

2160 4 108



 D t D b

Để giữ được cáp ta chọn chiều dày thành bên của trống là:   1 (cm)

Bảng - 2: Thông số kỹ thuật của trống tời

a Xác định công suất cần thiết của động cơ:

Tốc độ cáp lớp thứ nhất: v1 = 0,6 (m/s)

60

6 , 55 2186 , 0 14 , 3 60

6 , 0 2160

1ct  

1 , 66

83 , 0 1000

636 0 2160

2ct  

Trong đó: P1ct, P2ct lần lượt là công suất cần thiết của động cơ ở lớp cáp thứ nhất và lớp cáp thứ hai

b Chọn sơ bộ số vòng quay trên trục động cơ:

Số vòng quay sơ bộ của động cơ được xác định theo công thức:

c Chọn động cơ cần thỏa mãn:

Căn cứ vào điều kiện: Pđc ≥ Pct ; nđc ≈ nsb

Tra bảng P.1[9] ta chọn động cơ có các thông số sau:

Bảng - 3: Bảng thông số kỹ thuật động cơ

c Công suất trên các trục:

- Công suất định mức trên trục I và trục II:

1đm 

261079

6 , 55

5 , 1 10 55 ,

64 , 1 10 55 ,

1ct  

221573 6

, 55

29 , 1 10 55 ,

10 5 ,

a Ứng suất tiếp xúc cho phép:   H

Ứng suất tiếp xúc được xác định theo công thức:   H = H0.KHL

Trong đó :

 H0- Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở tiếp xúc  H0= (0, 75÷ 0, 9) b= (150 ÷ 180) (MPa) ọn  H0= 180 (MPa)

b Ứng suất uốn cho phép   F :

Được xác định theo công thức:   F =  F0 KFL

c Ứng suất cho phép khi quá tải:

Bánh vít bằng đồng thanh thiếc nhóm (II):

170

q

T K Z

170 16

5 2

4 , 18

16 51

140 2

5 ,

3.5.4 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc

- Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng bánh vít của bộ truyền phải thỏa mãn điều kiện:

 H = H  H

T K a

q Z

170

16

10 6 , 2 24 , 1 170

16 51 51

Thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc

3.5.5 Kiểm nghiệm độ bền uốn của răng bánh vít

Ứng suất uốn được xác định:

F F F

d m b

Y K

2 2

2

4

5 , 0 2 16

2 ( )

2

arctg arctg

x q

z arctg

52 , 19

12 , 7 cos

32 , 1 1 , 1 10 6 , 2 4 ,

Do đó thỏa mãn điều kiện bền uốn

3.5.6 Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ quá tải

 σFmax = 10,5.1,41/2 = 14,76 (MPa) <  Fmax = 160 (MPa)

Thỏa mãn điều kiện quá tải

3.5.7 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền

- Đường kính ngoài bánh vít: daM2  da2 + 1,5.m = 270 + 1,5.5 = 277,5 (mm)

5 5 , 0 90

5 , 67 arcsin(

) 5 , 0

b

3.6 Tính trục

3.6.1 Chọn vật liệu

Trục vít: Chọn vật liệu là thép 45 tôi cải thiện

Bánh vít: Chọn vật liệu là thép 45 tôi cải thiện

- Loại vật liệu này có các cơ tính sau:



F + Lực vòng t

1

2

d

T F

F a  t  2047 , 6

255

10 6 , 2

 (N) + F t1 F a2 F t2.tg   2047 , 6 tg7 , 128   255 , 93(N) Hình – 28: Sơ đồ xác định

Trong đó:

  - Ứng suất xoắn cho phép, thường lấy   = (15÷30) (MPa)

Với vật liệu là thép tôi cải thiện, lấy:

  min – Cho trục vít

  max – Cho bánh vít

15 2 , 0

12778 2

, 0

3 3

10 6 , 2 2

, 0

3

5 3

max

2

 T

b Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực:

Khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực (hình 29, hình 30)

- Các thông số liên quan tới chiều dài trục được chọn theo bảng (10.3).[ ] + Khoảng cách giữa các chi tiết quay:

12

13

11

Hình - 29

Khoảng cách công xôn: L c12 0 , 5 (l m12b01) K3h n

Trong đó: lm12 – Chiều dài moay ơ khớp nối:

Tra bảng 10.14 ta được:

l12 = lc12 = 62,5 (mm) - Khoảng cách từ gối đỡ đến khớp nối

Khoảmg cách từ gối đỡ 1-0 đến 1-1 là:

l11 = (0,9 ÷ 1)daM2 = (249,75 ÷ 277,5) (mm) Chọn: l11 = 276 (mm) Khoảng cách từ gối đỡ 1-0 đến chính giữa phần cắt ren của trục vít:

2

276 2

L L L

k

23 21 22

m23 3 n 1

m22

2 0

k

Hình - 30

Khoảng cách từ tâm bánh đến giữa gối đỡ 2-0 là:

l22 = 0,5.(lm22 + b02) + K1 + K2= 0,5.(60 + 21) + 10 + 10 = 60,5 (mm) Trong đó: lm22 – Chiều dài moay ơ bánh vít:

+ 13

Hình – 31: Sơ đồ lực tác dụng lên trục vít

Lấy mômen các lực theo hai trục OX và OY tại hai điểm A và B:

0 2

)

1 11 11 13

80 6 , 2047 138

84 , 888 2

2

.

2 2

11

1 1 13 1 11

1 1 13 1



l

d F l F l

d F l F

a r

0 2

)

1 13 1 11

80 6 , 2047 138

84 , 888 2

2

.

2

11

1 1 13 1



l

d F l F

0

)

290 , 65

276

276 93 , 255 5 , 62 34 , 153

.

11

13 1 12 1



l

l F l F

0 ) (

3 )

34 , 153

) (

11

13 1 11 12 1



l

l F l l F

- Mômen tại các tiết diện J trên chiều dài trục:

Xét tại các tiết diện (1-2); (1-0); (1-3) và (1-1)

75 ,

yJ xJ

- Dựa vào biểu đồ mômen Mx, My và T ta xác định được

+ Tại tiết diện (1-0): Mx = 0, My = 9583,75 (N.mm), T = 12778 (N.mm)

+ 13

+ Tại tiết diện (1-3):

Mx = 102281,46 (N.mm), My = 4792,39 (N.mm), T = 12778 (N.mm)

 Mtd1-3 = 102281 , 462  4792 , 392  0 , 75 127782  102989 , 91 (N.mm)

* Tìm đường kính trục tại các tiết diện

Ta có công thức tính đường kính như sau:

3  

1 ,

0 

td j

)

2 21 21

255 93 , 255

2

21

22 2 2 2



l

l F

d F F

r a

0

)

18 , 1418

.

21

22 2 23



l

l F l F

0 2 ) (

)

2 22 21 2 21 22

Hình – 33: Biểu đồ mômen trục bánh vít

74 , 174 121

2

255 93 , 255 ) 5 , 60 121 (

84 , 888 2

) (

21

2 2 22 21 2



l

d F l l F

F

a r

0 ) (

.

) 121 189 (

18 , 1418 5 , 60 6 , 2047 )

.(

.

21

21 23 22

Phương trình kiểm tra giá trị của phản lực là:

0 18 , 1418 37

, 1191 6

, 2047 79

, 1820 21

- Tính mômen tổng và mômen tương đương trên tiết diện: (2-0)

+ Tại tiết diện (2-0): ) Mx = 23692,8 (N.mm), My = 110157,79 (N.mm),

3.6.4 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Để trục thỏa mãn điều kiện bền mỏi thì hệ số an toàn tại các tiết diện nguy

hiểm có ứng suất đạt giá trị lớn nhất thỏa mãn điều kiện sau:

S S

S S

S

J J

1



mJ J aJ dJ J

Tra bảng 10.7 ta có: σb = 750 (Mpa), ta được    0,05 ;    0 , 1

  và   là hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất

a Kiểm nghiệm bền với trục vít:

- Ta thấy tại tiết diện (1-3), có d = 30 (mm) Chịu mômen M13 = 102989,91

(N.mm), và T13 = 12778 (N.mm) là mặt cắt nguy hiểm của trục, vì vậy ta chỉ đi

kiểm tra bền cho mặt cắt này