Thiết kế cầu trục 10 tấn

I.Tính toán cơ cấu nâng với các số liệu3 1 Dùng sơ đồ này với kiểu nối tang với trục ra của hộp giảm tốc bằng khớp răng đặc biệt,ta sẽ đợc kích thớc của cơ cấu nhỏ gọn ,đồng thời đảm bả

I.Tính toán cơ cấu nâng với các số liệu

3 1

Dùng sơ đồ này với kiểu nối tang với trục ra của hộp giảm tốc bằng khớp răng

đặc biệt,ta sẽ đợc kích thớc của cơ cấu nhỏ gọn ,đồng thời đảm bảo việc chế tạo từng cụm riêng,thuận tiện trong công tác tháo lắp ,bảo dỡng và sửa chữa

II Tính toán các cụm chi tiết 1- Móc treo

ở đây ta dùng loại móc treo có phôi chế tạo theo phơng rèn,vật liệu là thép 20

Ta chọn loại móc treo đã đợc thiết kế ,chế tạo theo tiêu chuẩn Do đó ,ta sẽ không cần kiểm tra lại các điều kiện về sức bền khi móc câu làm việc

Chọn loại móc treo đơn theo tiêu chuẩn ΓOCT 6627-66 dùng cho cơ cấu dẫn

động bằng máy

Với tải trọng nâng Q=10(t),theo tài liệu số (2) ta chọn loại móc treo đơn có:

- Kí hiệu số N0 = 16 ( kiểu B)

-Khối lợng của móc treo m=43 kg

-Các số liệu ,kích thớc khi cần có thể tra bảng

2-Tính chọn cáp

ở đây ta chọn dây cáp làm dây nâng hạ vật ,vì nó có khả năng làm việc với động cơ có tốc độ cao và nó có u điểm hơn so với các loại dây khác nh xích hàn,xích tấm

và nó đợc sử dụng phổ biến hiện nay trong các loại máy trục

Theo điều kiện bền về an toàn

Sd ≥ n.Smax

Trong đó:

Sd_ Lực cắt đứt dây (tra theo bảng tiêu chuẩn)

Smax_ Lực căng lón nhất trong một nhánh cáp

Với tải trọng nâng Q=10(t) ,tra bảng (2-6)TL[1] tơng ứng với bội suất của palăng cáp a=2

Palăng gồm có hai ròng rọc di động và một ròng rọc cố định có chức năng làm cân bằng tải trọng khi nâng hạ,cũng nh khi di chuyển

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cuốn lên tang khi nâng vật(xác định theo công thức (2-19),TL[1])

smax= λ λ

λ ).

1 (

) 1 (

λ = 0.98_hiệu suất một ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên ổ lăn ,bôi trơn bằng mỡ

a=2 _bội suất của palăng di động

Q

=2102100.2.25780=0,99 Sđ ≥ Smax n =25783 6 = 154700 (N)

Dựa vào tài liệu [2] ,tra bảng về các loại cáp đã đợc tiêu chuẩn hoá ,ta chọn loại cáp bện đôi ΠK_P kết cấu 6ì9(1+6 +6/6) +7ì7(1+6) ΓOCT 14954-69

Độ bền giới hạn của một sợi σb =1600 N/mm , chọn đờng kính cáp

c¾t r·nh vỨ chiều dẾi cũa cÌp cuộn làn tang ng¾n ,cÌp cuộn làn tang Ẽều nhau ,khẬng bÞ chổng chÐo vẾ trÌnh kẹt rội cÌp trong lục lẾm việc ,dẪy cÌp Ýt mòn hÈn vỨ cÌc vòng tang khẬng cồ sÌt vẾo nhau ,Ìp suất tràn tang cúng nhõ hÈn ).

dc _ưởng kÝnh dẪy cÌp cuộn làn tang, dc=16,5 mm

TÝnh chiều dẾi tang

Chiều dẾi tang phải Ẽảm bảo sao cho khi hỈ vật xuộng vÞ trÝ thấp nhất ,tràn tang vẫn còn 1,5 Ẽến 2 vòng dẪy

Chiều dẾi cọ Ých cũa cÌp lẾ:

l= H.a (m)

Trong Ẽọ:

H_chiều cao nẪng danh nghịa (m), H= 7 (m)

a_Bời suất cũa palẨng cÌp ,a=2

l2

l'o L2

l

t +

π + Z'0 = π.(0,4+140,0165) +2 = 12,4 (vòng) Trong đó: Z'

L1_chiều dài phần tang để kẹp đầu cáp vào.ở đây ta dùng phơng pháp kẹp thông thờng và phải cắt thêm 3 vòng rãnh trên tang nữa

L1 = 3.20 = 60 (mm)

-Tính L2 :

Vì tang đợc chọn cắt rãnh ,cáp cuốn lên có một lớp ,nên không cần làm thành bên ,nhng ở 2 đầu tang trớc khi vào phần cắt rãnh ta để trừ một khoảng:

L2 = 20 (mm)

-Tính L3 :

L3_Khoảng ngăn cách giữa hai nửa cắt rãnh

L3=L4 - 2.hmin.tgα

Lấy sơ bộ L4 =300 (mm) _Khoảng cách giữa hai ròng rọc ở ổ treo móc

hmin= 800 (mm)_khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục ròng rọc của ổ treo móc

Trong đó: k_hệ số phụ thuộc vào lớp cáp cuốn trên tang,k=1

ϕ_hệ số giảm ứng suất ,tang chế tạo bằng gang ϕ =0,8

δ_bề dày của tang,δ=14 (mm)

t_bớc cuốn cáp (mm)

σb=

20 14

25780

8 , 0 1

=73,7 (N/m2 ) Tang đợc chế tạo bằng cách đúc gang Cy 15_32 là vật liệu thông dụng ,phổ biến nhất có giới hạn bền là σbn=565 N/m2 ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền với k =6:

[σ] = σk bn

=5656 =91,2 (N/m2 ) ⇒σb < [σ]

4-chọn động cơ điện

Động cơ điện chọn cho cơ cấu máy trục phải thoả mãn hai yêu cầu:

1 Khi làm việc với chế độ ngắt đoạn lặp đi lặp lại và với thời gian dài, với ờng độ cho trớc, động cơ không đợc nóng quá giới hạn cho phép, để không làm hỏng vật liệu cách điện trong động cơ

c-2 Công suất động cơ điện phải đủ để đảm bảo mở máy với gia tốc cho trớc, song công suất động cơ cũng không đợc chọn quá lớn, sẽ gây gia tốc lớn ảnh hởng không tốt đến hoạt động trong bộ máy

- Trong máy trục có thể dùng các loại động cơ điện xoay chiều và động cơ

điện một chiều

+ Động cơ điện một chiều có u điểm cơ bản là có khả năng điều chỉnh vận tốc trong phạm vi rộng, dễ tạo đờng đặc tính cơ học phù hợp với yêu cầu làm việc của máy trục, có khả năng quá tải cao, nhng đòi hỏi phải có nguồn điện một chiều, thờng là phải thông qua các bộ phận chỉnh lu đắt tiền Vì mạng điện công nghiệp là

điện xoay chiều ba pha vì nó có rất nhiều u điểm trong sử dụng

+ Động cơ điện xoay chiều ba pha so với động cơ điện một chiều thì kích

th-ớc và trọng lợng nhỏ hơn, cần dùng ít đồng hơn, cấu tạo đơn giản hơn, làm việc bảo

đảm hơn và có hiệu suất cao hơn

Chính vì vậy ngời ta hay dùng động cơ điện xoay chiều, bao gồm: Động cơ

điện chuyên dùng cho máy trục và cả động cơ điện công dụng chung

Trong đó động cơ điện chuyên dùng với dòng điện xoay chiều đợc sử dụng phổ biến hơn cả Có hai loại: Động cơ máy trục kiểu dây cuốn (MT) và động cơ máy trục kiểu dây cuốin (MT) và động cơ máy trục kiểu lồng sóc (MTK)

ở các động cơ này đờng đặc tính ở phần làm việc rất cứng, do đó dù tải trọng, thay đổi nhiều thì vận tốc chuyển động cũng sẽ thay đổi rất ít và trong các phép tính thực tế ,có thể xem nh vận tốc động cơ điện xoay chiều không phụ thuộc vào tải trọng

4.1- Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải

Xác định theo công thức (2-78),TL[1]

N = 60 1000 η

.v n Q

(kW) (3-4) Trong đó: Q - trọng lợng vật nâng Q = 100000 (N)

vn - vận tốc nâng hàng vn = 15 (m/phút)

η - hiệu suất của cơ cấu

η = ηp ηt ηo

Trong đó: ηp _ Hiệu suất pa lăng: ηp = 0,99

ηt _Hiệu suất của tang: ηt = 0,96 (bảng 1.9.TTMT)

ηo _ Hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối.Ta giả thiết

bộ truyền đợc chế tạo thành lập giảm tốc hai cấp bánh răng trụ.Tra bảng (1.9) ,TL[1] ⇒ηo = 0,992 0,972≈ 0,92

Vậy hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối:

η = 0,99 0,96 0,92

η≈ 0,87Vậy công suất tĩnh cần thiết khi nâng vật bằng trọng tải là:

N = 60100000.1000 .015,87 = 28,7 (kW)

4.2- Chọn động cơ

Tơng ứng với chế độ làm việc trung bình (CĐ%=25%), sơ bộ chọn động cơ điện

MT 51-8 (theo TL[3]),có đặc tính kỹ thuật:

- Công suất danh nghĩa Nđc = 22 kW

- Số vòng quay danh nghĩa: nđc = 723 vg/ph

- Hệ số quá tải max = 3 , 0

dn

M M

- Mô men vô lăng: (G; D2

i )r ô to = 44 Nm2

- Khối lợng động cơ mđc = 435 kg

ở đây ta chọn động cơ có công suất nhỏ hơn công suất tĩnh do đặc điểm làm việc của cơ cấu và khả năng quá tải của động cơ và phải kiểm tra quá tải cho động cơ.

4.3 Kiểm nghiệm động cơ điện về nhiệt.

Đồ thị gia tải thực của cầu trục với trọng tải nh hình vẽ

Q

t

Theo sơ đồ gia tải thực thì cơ cấu nâng sẽ làm việc với các trọng lợng vật

nâng: Q1 = Q; Q2 = 0,5Q; Q3 = 0,3Q và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng

lợng này tơng ứng là 3:1:1

- 0 trên, ta đã chọn động cơ điện có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu khi làm việc với vật nâng có trọng lợng bằng trọng tải Do đó,ta phải kiểm nghiệm động cơ đã chọn về nhiệt theo công suất trung bình bình phơng Muốn vậy cần xác định:

+ Mô men động cơ phát ra khi chuyển động ổn định với những vật trọng lợng khác nhau.

- Khi nâng vật,xác định theo công thức (2-79),TL[1]

Mn = 2.io.η.'

m D

'

i

m D

S h o η

(Nm) (3-6) + Mô men mở máy trung bình của động cơ điện

+ Thời gian mở máy trong các thời kỳ làm việc khác nhau của cơ cấu, nâng hạ móc không, nâng hạ móc có vật trọng lợng nhất định Thời gian khở động khi nâng vật trọng lợng danh nghĩa sao cho gia tốc trung bình không vợt quá trị số gia tốc nền dùng

+ Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định: tv = H v

+ Mô men trung bình bình phơng tơng đơng với tải trọng thực thay đổi và sau đó xác định công suất trung bình bình phơng

Nếu công suất danh nghĩa trong động cơ đã chọn bằng hoặc lớn hơn công suất trung bình bình phơng tính đợc (với cùng chế độ làm việc CĐ%), thì xem nh đã chọn xong động cơ Nếu nhỏ hơn thì phải chọn lại động cơ khác có công suất danh nghĩa cao hơn một bậc

λ ).

1 (

) 1 (

S n o

Trong đó: Do - đờng kính tang tính đến tầm dây cáp (m)

Do = Dt + Dc = 0,4 + 0,0165 = 0,4165 (m)

m - số nhánh dây cuốn lên tang, m = 2

io - tỷ số truyền chung của cơ cấu, từ động cơ đến tang

io =

t

dc

n n

- Số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trớc

2 15 723

'

i

m D

S h o η

Trong đó: Sh - lực căng dây trên tang khi hạ vật ,xác định theo công

Sh = ( 2 0 1 )

2 0 , 98 ) 98 , 0 1 (

) 98 , 0 1 ( 2

−

−

=25267,2 (N) Vậy trên trục động cơ khi hạ vật

Mh =

5 31 2

88 , 0 2 4165 , 0 2 , 25267

375

)

( 375

) (

2 2 1

2 1

2

o n m

o o n

m

I i i n

m

i a M M

n D Q M

M

n D G

Mm - mô men mở máy của động cơ điện

Với động cơ đã chọn MT 51-8 là động cơ xoay chiều kiểu dây cuốn ta có:

Mm =

2

min max m

Trong đó:

Mm max≈ (1,8 ữ 2,5) Mdn - mô men mở máy lớn nhất (Nm),ta lấy Mm max=2,5 Mdn

Mm min ≈ 1,1 Mdn - mô men mở máy nhỏ nhất (Nm)

- Mô men mở máy của động cơ MT 51-8

Mm = M dn M dn 1 , 8M dn

2

1 , 1 5

,

Trong đó: Mdn - mô men danh nghĩa của động cơ:

4 , 387 523 ( 375

723 4165 , 0 102100 )

4 , 387 523 ( 375

723 55 , 64 1 , 1

2 2

15

60

2

s m t

v n m

Gia tốc năng nằm trong giới hạn thoả đáng đối với các máy trục phục vụ ở các nhà

máy cơ khí và giá trị mô men mở máy đã chọn ở trên là hợp lý

• Thời gian mở máy khi hạ vật,xác định theo công thức (3-9).TL[1]

t

η

β

) (

375

)

( 375

) (

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G

h m h

m

I i i h

294 523 ( 375

723 4165 , 0 102100 )

294 523 ( 375

723 55 , 64 1 , 1

2 2

2

+

+ +

λ

).

1 (

) 1 (

98 , 0 1 (

2

) 98 , 0 1 ( 52100

−

−

+ Hiệu suất của cơ cấu không tính hiệu suất pa lăng:

Dựa vào biểu đồ quan hệ giữa hiệu suất và tải trọng

+ Với Q2 = 52100 thì hiệu suất toàn bộ cơ cấu nâng: η = 0,84

+ Hiệu suất của pa lăng ứng với Q2 là:

ηp =

max

0 max

0

.

S a m

Q S

13200 2 2

84 ,

=205 Nm

* Lực căng cáp trên tang khi hạ vật

Sh =

) 1 (

) 1 (

0

a m

) 98 , 0 1 ( 2

( 375

)

( 375

) (

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G

n m n

m

I i i n

( 375

)

( 375

) (

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G

h m h

m

I i i n

m

+

+ +

∑

=

t

84 , 0 5 , 31 2 ).

3 , 146 523 ( 375

723 4165 , 0 52100 )

3 , 146 523 ( 375

723 55 , 64 1 , 1

2 2

2

+

+ +

=

n

Sh = 0(1(1 ))

a m

98 , 0 1 (

2

) 98 , 0 1 (

- HiÖu suÊt cña toµn bé c¬ cÊu n©ng: η = 0,75

- HiÖu suÊt cña pa l¨ng η0 = 0,99

- HiÖu suÊt cña c¬ cÊu kh«ng kÓ hiÖu suÊt pa l¨ng:

η’ = 0 , 76

987 , 0

75 , 0

S n

=141 Nm+ Khi h¹ vËt:

( 375

)

( 375

) (

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G

h m h

m

I i i n

+ Khi hạ vật:

β

).

( 375

)

( 375

) (

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G

h m h

m

I i i h

m

+

+ +

M

∑

∑ +

tv - thời gian chuyển động với vận tốc ổn định khi làm việc với từng tải trọng

Vậy:

Mtb =

233 , 0 212 , 0 18 , 0 3 368 , 0 447 , 0 08 , 1 3 10 28

] 80 3 , 146 294

3 141 205

4 , 387 3 [ 28

] 233 , 0 212 , 0 18 , 0 3 368 , 0 447 , 0 08 , 1 3 [

523

2 2 2

2 2

2 2

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

.

=

dc

tb n M

=21,86 (kW)

Ta thấy rằng động cơ đợc chọn MT 51-8 ứng với cờng độ làm việc trung

bình (CĐ 25%) có công suất danh nghĩa Ndn = 22(kW) > Ntb = 21,86 (kW)

Do đó động cơ MT51-8 thoả mãn yêu cầu trong khi làm việc

5-Tính chọn phanh.

5.1-Xác định mômen phanh

Mômen phanh của cơ cấu nâng hạ hàng đợc xác định từ điều kiện giữ vật treo

ở trạng thái tĩnh ,với hệ số an toàn n

Mph=n.Mt ≤ [Mph]

n-hệ số an toàn phanh ,với chế độ làm việc trung bình ,cơ cấu dẫn động bằng máy ,tra bảng (3-2),TL[1],có: n=1,75

Để cho phanh đợc nhỏ gọn ,ta sẽ đặt phanh ở trục thứ nhất ,tức là trục ra của

động cơ Khi đó,mômen phanh xác định theo công thức (3-14),TL[1]

Mph=

0

0

2

.

i a

D Q

(Nm) (3-11)

Mph=1,75.1021002.2..310,,41655 .0,87 = 500 (Nm)

Ta thấy loại phanh có kích thớc nhỏ gọn, làm việc tốt và đợc sử dụng rộng rãi hiện nay

là phanh má kiểu TK theo kết cấu của BHUUΠTMAW Dựa vào mô men phanh yêu cầu,ta chọn loại phanh má kiểu TKT-300, có nam châm điện hành trình ngắn,dùng điện xoay chiều,có mô men phanh danh nghĩa đúng với yêu cầu là 500 Nm

Đặc tính kỹ thuật của phanh:

- Mph = 500 Nm

- áp suất trên các má: P = 16 (M/cm2)

- Khoảng dời của má: ( )

0 , 1

7 , 0

2 0 0 1

2

).

.(

375

)

375

) (

i a M M

n D Q M

M

n D G

n t ph

n t ph

I i i n

ph

+

+ +

4 , 387 500 ( 375

87 , 0 723 4165 , 0 102100 )

4 , 387 500 ( 375

723 55 , 64 1 , 1

2 0 0 1

2

).

( 375

)

( 375

) (

i a M M

n D Q M

M

n D G

h t ph

h t ph

I i i h

ph

+

+ +

294 500 ( 375

87 , 0 723 4165 , 0 102100 )

294 500 ( 375

723 55 , 64 1 , 1

+

+ +

=

n

5.1-Tính bộ truyền.

ở đây, để tiện lợi trong chế tạo và sử dụng,ta sử dụng hộp giảm tốc đã đợc chế tạo sẵn và

đợc tiêu chuẩn hoá ( chủ yếu là các tài liệu của Liên Xô )

Theo tài liệu [2],với tỉ số truyền i=31,5 ,mà qua sơ đồ hệ thống nâng hạ hàng ta thấy, để thay đổi tỉ số truyền từ trục đọng cơ đến trục tang chủ yếu qua bộ truyền hộp giảm tốc.Do

đó,hộp giảm tốc cũng phải đảm bảo truyền đợc công suất theo yêu cầu

Theo công suất tĩnh theo yêu cầu là N = 28.7 kW , ta chọn hộp giảm tốc U2-500

+Với cơ cấu nâng và cách bố trí trên xe con,ta chọn phơng án thực hiện hộp giảm tốc là phơng án II ,với một đầu vào và một đầu ra cùng phía

6.1-Khớp nối trục động cơ với hộp giảm tốc

ở đây,ta sử dụng loại khớp vòng đàn hồi do có các u điểm sau:

-Là loại khớp nối di động ,có thể lắp và làm việc khi hai trục không đồng trục tuyệt đối

-Có khả năng giảm chấn động và va đập khi khởi động và khi phanh hãm đột ngột.-Phía nửa bên hộp giảm tốc có thể sử dụng làm bánh phanh

ở trên ,ta chọn loại phanh TKT-300 có đờng kính phanh là D=300 mm

Tơng ứng với đờng kính này,ta cũng chọn đờng kính của khớp nối là

D=300mm,mômen lớn nhất khớp nối có thể truyền qua đợc Mmax=1100 Nm, Mômen vôlăng của khớp nối là: (Gi.D2

M +

(3-12) Với Mm max_là mômen mở máy lớn nhất , Mm max=(1,8ữ2,5) Mdn

chọn Mm max=2,5 Mdn

Mm min_ là mômen mở máy nhỏ nhất , Mm min=1,1 Mdn

Mdn_là mômen danh nghĩa của động cơ

2

.

η

i

m D S

) (

2

' 2

i i

i i D G

D G

∑

∑

=339.8924,,86=93 N.m Tæng m«men truyÒn qua khíp

Mk = Mn +M'

d=387,5 +93 =480,5 N.m

b.Khi phanh hãm vật đang nâng

ở phần trên tính phanh ta đã tính đợc mô men đặt trên phanh là Mph = 500 Nm

- Tổng mô men để thắng quán tính của cả hệ thống

* 1

2 0 0

* 1 2

).

( 375

)

( 375

) (

i a M M

n D Q M

M

n D G t

t ph t

ph

I i i n

ph

+

+ +

87 , 0 723 165 4 , 0 102100 794

375

723 55 , 64 1 ,

=

n ph

- Mô men truyền qua khớp để thắng quán tính sẽ bằng:

181 ,

0

375

723

22 ,

65

375

)

i qt

k

t

n D

G M

M

=695 N.m

Nh vậy, so sánh ta thấy trong hai trờng hợp thì khi phanh vật đang nâng, khớp

phải truyền mômen lớn hơn so với khi mở máy nâng vật Do đó ,ta cần kiểm tra khả

năng truyền tải của khớp theo mô men truyền yêu cầu là: M = 695 N.m

Kiểm tra điều kiện làm việc an toàn của khớp nối:

M.k1.k2 = 695 1,3 1,2 = 1084,2 (Nm) < Mmax = 1100 (Nm)

Trong đó: k1 = 1,3; k2 = 1,2 - là các hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu và

điều kiện làm việc của khớp nối → khớp nối làm việc an toàn

7-chọn móc và ổ treo móc:

7.1 Kết cấu ổ treo móc.

ổ treo móc có thể thực hiện theo hai phơng án thờng dùng trong cầu trục công

dụng chung (hình vẽ)

Sơ đồ treo móc

Kiểu ổ treo dài Kiểu ổ treo ngắn

- ở đây,ta đã chọn palăng có số puli di động là số chẵn (2 pu li) số puli di động này nhỏ hơn 4 Do đó,ta sẽ chọn phơng án dùng ổ treo ngắn mà không sợ chiều ngang của ổ treo quá cồng kềnh

-Ưu điểm của ổ treo ngắn là để giảm kích thớc chiều dài của ổ treo tăng độ tiếp cận của móc với tang, tận dụng đợc chiều cao nâng, vì không cần phải có các tấm treo

- Kết cấu của ổ treo móc ngắn đã chọn (hình vẽ) bao gồm:

Móc (6) - chọn theo tiêu chuẩn

ở phần cuống móc cắt ren có vặn đai ốc (1)

ổ bi chặn (2) cho phép dễ dàng xoay vật nâng về vị trí cần thiết,

Thanh ngang (4) đỡ móc ở giữa và lắp các ròng rọc trên hai ngông trục hai bên

Để làm việc an toàn và tránh cho dây cáp không bị rơi ra, dùng vỏ (5) bao các ròng rọc lại

Các vòng nỉ (3) lót kín không cho mỡ chảy ra ngoài