Thiết kế cầu trục 25 tấn xe con mang hàng (bản vẽ + thuyết minh)

Các bộ máy của cần trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc động cơ điện dùng mạngđiện công nghiệp.. Các thông số cơ bản của cầu trục là: sức nâng tải Q, khẩu độ l, chiều cao nâng H, vậnt

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU TRỤC 2

I.Khái quát 2

II.Cầu trục một dầm 2

III.Cầu trục hai dầm 3

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BỘ MÁY DI CHUYỂN XE CON MANG HÀNG CỦA CẦU TRỤC 6

I.Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con 6

II.Thiết kế bánh xe và ray 6

III.Chọn động cơ điện 9

1.Tính sơ bộ: 9

2.Tỷ số truyền chung 10

3.Kiểm tra động cơ điện về mô men mở máy: 11

IV.Tính toán và chọn phanh 13

1.Tính phanh 13

2.Kiểm tra hệ số an toàn của phanh: 14

3.Kiểm tra gia tốc hãm khi có vật 14

V.Tính toán bộ truyền 14

VI.Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển xe con 15

1.Trục bánh dẫn 15

2.Ổ đỡ trục bánh xe 19

3.Chọn khớp nối: 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU TRỤC

Cầu trục là loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đường raychuyên dụng, nên còn gọi là cầu lăn Nó được sử dụng phổ biến trong hầu hết các nghànhkinh tế quốc dân, và quốc phòng để nâng và vận chuyển vật nặng trong các phân xưởng vànhà kho; cũng có thể dùng để xếp dỡ hàng Cầu trục có thể được trang bị móc câu, cơ cấunam châm điện, hoặc gầu ngoạm tùy theo dạng và tính chất của vật nâng Theo dạng kết cấuthép của cầu trục người ta chia ra: cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm

Các bộ máy của cần trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc động cơ điện dùng mạngđiện công nghiệp Cầu trục được điều khiển do người lái chuyên nghiệp từ trong cabin treo

ở trên một đầu con lăn Trong trường hợp dùng palang điện làm cơ cấu nâng có thể điềukhiển từ mặt đất nền qua hộp nút bấm điều khiển Trong trường hợp này không cần ngườilái chuyên nghiệp

Các thông số cơ bản của cầu trục là: sức nâng tải Q, khẩu độ l, chiều cao nâng H, vậntốc làm việc của các bộ máy và chế độ làm việc của các bộ máy của cấu trục Với sức nângnhỏ của từ 1 – 5 tấn, khẩu độ ngắn l = 5 – 17 m và chế độ làm việc nhẹ; thường với cầu trụcmột dầm Các cầu trục hai dầm công dụng chung có thể có chế độ làm việc nhẹ, trung bìnhhoặc nặng, sức nâng từ 5 – 300 tấn, khẩu độ làm việc l = 10 – 35 m.Các cầu trục dùng để lắpráp các thiết bị trong công nghiệp thiết bị thủy điện lớn có thể có sức nâng đến 300 tấn.Vậntốc nâng hạ ở cầu trục thường dùng là 8 – 20m/phút, vận tốc di chuyển xe con 10 – 50m/ph,vận tốc di chuyển cầu trục là 40 – 150 m/ph

Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu chỉ có một dầm chữ I, xe con treo pa lăng dichuyển trên cánh dưới của dầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởngtrên đường ray chuyên dùng ở trên cao Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng pa lăng đãđược chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng Nó được trang bị Pa lăng kéotay hay còn gọi là càu trục một dầm dẫn động băng tay, nếu được trang bị pa lăng điện còngọi là cầu trục một dầm dẫn động điện

Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất, nó đcượ sửdụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bị với khối lượng công việc ít Sứcnâng của cầu trục loại này thường 0,5 – 5 tấn, tốc độ làm việc chậm

Cầu trục một dầm dẫn động điện được trang bị pa lăng điện, sức nâng đến 10 tấn, khẩu

độ đến 30 m, gồm có: bộ phận cấp điện lưới 3 pha, trục truyền động, động cơ, hộp giảm tốcdẫn động cơ cấu di chuyển, dàn ngang tăng cường độ cứng ngang, móc câu, cabin điềukhiển

Để làm dầm chính, bộ phận chịu tải của kết cấu thép cầu trục một dầm, thường dùngthép cán định hình tiết diện chữ I; kích thước dầm tùy thuộc sức nâng và khẩu độ, sao chođảm bảo độ bền và độ cứng yêu cầu, đồng thời phải đảm bảo đặt lọt bánh xe cụm di chuyển

pa lăng điện Đối với cầu trục điện, ngoài độ cứng theo phương đứng còn phải đảm bảo độcứng ngang Khẩu độ lớn phải có dàn ngang

H×nhII-2.1 Lo¹i cÇu trôc hai dÇm d¹ng hép

Hình 1: Cầu trục một dầm

Hình 2: Cầu trục hai dầm

Xe con mang hàng di chuyển di chuyển dọc theo đường ray ghép trên hai dầm (dàn)chủ Trên xe con đặt các bộ máy của tời nâng, bộ máy di chuyển xe con, các day cáp điện cóthể co dãn phù hợp với vị trí xe con và cấp điện cho các động cơ trên xe con Các bộ máycủa cầu trục thực hiện được 3 chức năng: nâng hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cầutrục Sức nâng của cầu trục hai dầm thường trong khoảng 5 – 30 tấn, khi có yêu cầu riêng cóthể lên tới 500 tấn Ở cầu trục có sức nâng lớn trên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nângcùng với hai móc câu chính và phụ, tời phụ thường có sức nâng bằng 1/4 sức nâng tời chínhnhưng tốc độ lớn hơn.

Bộ máy di chuyển cầu trục có nhiều phương án kết cấu nhằm đảm bảo cầu trục dichuyển đều ở cả hai bên vì khẩu độ của dầm chủ tương đối lớn, có thể đạt tới 35m, dễ xảy rahiện tượng xiên lệch giá cầu khi di chuyển

Để hạn chế độ xiên lệch, kết cấu thép của cầu trục, giá cầu và khung xe con phải có độcứng vững cao ở cả hai phương, phương thẳng đứng và phương nằm ngang

Có 3 phương án bố trí kết cấu bộ máy di chuyển cầu trục theo sơ đồ dưới đây:

Hình 3: Sơ đồ di chuyển dẫn động chung trục truyền dài ở cấp chậm

1 2

3

1 2

3

Với khẩu độ nhỏ có thể dùng sơ đồ với trục truyền dài quay chậm (hình 3) Ở dây động

cơ một là nguồn dẫn động chung, nối với hộp giảm tốc 2, truyền mô men xoắn đến các bánh

xe 5 nhở trục truyền động 3, trục này được chế tạo thành nhiều đoạn nối với nhau bằng cáckhớp nối trục 4 và được đỡ bởi các ổ trục trung gian, phanh 6 là phanh hai guốc thườngđóng Loại này dùng khi khẩu độ nhỏ

Với khẩu độ lớn trên 15m ta dùng phương án trục truyền động dài ở cấp quay nhanh(hình4) Trục dài 2 truyền mô men quay từ hai đầu ra của động cơ đến các bánh xe thôngqua hai hộp giảm tốc 3 ở hai bên Với cùng một công suất thì phương án này trục truyền sẽnhỏ hơn, tuy nhiên yêu cầu lắp ráp và cần bằng động trục cao

Bộ máy di chuyển cầu trục dẫn động độc lập (hình 5) Mỗi cụm bánh xe chủ động cómột động cơ riêng 1, phanh 2 và hộp giảm tốc 3, giữa hai cụm bành xe không có liên kết cơkhí Trong hệ thống này có hiện tượng tự động san tải giữa các động cơ điện Cơ cấu nàyđược sử dụng rộng rãi hiện nay

Hình 4: Sơ đồ di chuyển dẫn động chung trục truyền dài ở cấp nhanh

Hình 5: Sơ đồ di chuyển dẫn động riêng

Sơ đồ cơ cấu di chuyển dưới đây là sơ đồ thường dùng nhất với xe con hiện nay Theo

sơ đồ này bánh xe 5 được kẹp chặt trên trục chậm của bộ truyền Trục của bánh xe nối vớitrục ra của hộp giảm tốc 3 bằng các khớp nối 4, không hoặc có qua đoạn trục nối giữa Loạikhớp nối thường dùng là khớp răng Trục vào của hộp giảm tốc nối với động cơ bằng khớpnối, trên đó có bố trí tang phanh

Như vậy các bộ phân của cơ cấu được chế tạo riêng thành từng cụm, tiện lợi trong chếtạo Bộ truyền được thự hiện dười dạng hộp giảm tốc đặt đứng, kín chống bụi bẩn

Xe con di chuyển trên dầm cẩu trục nhờ các bánh xe hình trụ hay hình côn Để đảm bảo

an toàn thì thường dùng bánh xe có hai thành bên để xe con mang hàng không bị trượt khỏiđường ray Khoảng cách hai mép trong thành bánh xe làm rộng hơn để tránh lực ma sát lớn

Hình 6: Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con

giữa thành bánh và mặt bên của ray Bánh xe hình trụ được sử dụng rộng rãi nhất, dễ chế tạoxong không có khả năng tự định tâm Ngày nay do công nghệ chế tạo ngày càng chính xácnên vấn đề tự định tâm cho bánh hình trụ không còn quan trọng nữa Do vậy để chế tạo, lắplẫn giữa các bánh xe ta dùng cả bốn bánh hình trụ giống nhau, có thành bên, vật liệu chế tạo

là thép 55∏, bề mặt làm việc được nhiệt luyện vời độ rắn HB = 300 – 400, bề dầy 1,5mm.Theo tiêu chuẩn ta chọn sơ bộ bánh xe như sau:

Pmin = 0,25 Go = 0,25.30000 = 7500(N)

Đề bài giả thiết rằng trọng tâm của lực đặt ở giữa xe con nên khi có tải trọng thì tảitrọng này cũng phân bố đều trên các bánh, khi đó tải trọng lớn nhất sẽ là:

Pmax = Pmin + 0,25Q = 7500 + 0,25.250000 = 70000 (N)Tải trọng tương đương lên bánh xe, công thức (3-56) trong sách tính toán máy trục:

Hình 7: Sơ đồ để xác định

tải trọng tác dụng lên bánh xe

Pbx = γ.kbx.Pmax (N)Trong đó:

γ = 0,8 hệ số tính đến sự thay đổi tải trọng được xác định theo công thức (3-65) với

67200

=320 (N/mm2)

Vật liệu chế tạo bánh xe là thép 55∏, có độ cứng HB 300 – 400 và ứng suất dập chophép [σ]d = 750 (N/mm2) Vậy σ ≤ [σ]d thỏa mãn độ bền dập của bánh xe do đó kích thướcbánh xe chọn là an toàn

III.Chọn động cơ điện

1. Tính sơ bộ:

Vì trọng lượng của máy trục thường lớn nên mô men cản động lớn, do đó động cơ của

bộ máy này phải có công suất đủ lớn và mô men mở máy cao để có đủ mô men khởi độngtrong thời gian cho phép Do vậy ta phải chon công suất động cơ lớn hơn hoặc bằng côngsuất tĩnh yêu cầu tức là công suất để động cơ làm việc ở tốc độ ổn định

Lực cản tĩnh chuyển động của xe con bao gồm lực cản ma sát, lực cản độ dốc đườngray Thành phần lực cản gió ở đây không có vì làm việc trong nhà

Động cơ điện cơ cấu di chuyển chọn theo công suất tĩnh khi chuyển động ổn định vớivật nâng trọng lượng danh nghĩa, cường độ làm việc CĐ 15%

Công suất của động cơ được tính theo công thức (3-10):

Lực cản do độ dốc đường ray:

W2 = α.(Go + Q) (N)Với α = 0,002 độ dốc đường ray lấy theo bảng (3-9):

W2 = 0,002.(30000 + 250000) = 560(N)

Do đó ta có tổng lực cản tĩnh khi chuyển động là

Wt = kt.W1 + W2 = 2,05.1360 + 560 = 3348 (N)Công suất tĩnh yêu cầu với động cơ điện là:

Nt =ηdc Wt.60.v.100 = 603348.100..100,85=1,54 (kw)

Với ηdc = 0,85 hiệu suát cơ cấu di chuyển, tra theo bảng (1-9)

Tương ứng với chế độ làm việc nhẹ CĐ = 15 %, sơ bộ chọn động cơ điện MT 11-6 cóđặc tính sau:

 Công suất danh nghĩa: Ndc = 2,7 Kw

 Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 855 (v/ph)

 Hế số quá tải: Mmax/Mđm = 2,3

 Mô men vô lăng

 Khối lượng mdc = 90 kg

2. Tỷ số truyền chung

Số vòng quay cần thiết để đảm bảo vận tốc di chuyển của xe là:

Tỷ số truyền chung cần với bộ truyền cơ cấu di chuyển:

3. Kiểm tra động cơ điện về mô men mở máy:

Để tránh hiện tượng bánh xe trượt trơn trên ray trong quá trình mở máy, cần tiến hànhkiểm tra mô men mở máy của động cơ Muốn thỏa mãn cần xác định: gia tốc lớn nhất chophép Jomax khi mở máy phải đảm bảo hệ số an toàn bám kb = 1,2 Tính cho trường hợp lựcbám của bánh xe ít nhất khi không có vật nâng theo công thức (3-51):

 : tổng lực cản tĩnh chuyển động xe lăn khi không có vật nâng

Thời gian mở máy cho phép với gia tốc ở trên:

Mô men mở máy tối đa cho phép để không sẩy ra hiện tượng trượt trơn theo công thức(3-54):

Trong đó:

 β : hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay (β = 1,2)

 ηdc : hiệu suất của cơ cấu di chuyển: ηdc = 0,85

 idc : tỷ số truyền chung của bộ truyền cơ cấu di chuyển, idc = 142,2

 n1 : số vòng quay trục động cơ, n1 = 855 v/ph

Với = 0,255 (N/m2), ở đây chọn khớp vòng đàn hồi có phanh đường kính

D = 100 mm cho phanh TKT – 200/100

Đối với động cơ điện có mô men danh nghĩa là:

Mô men mở máy theo công thức (2-57):

Như vậy mô men mở máy trung bình nhỏ hơn mô men cho phép, và đảm bảo điều kiện

Hệ số an toàn tính theo công thức (3-19)

Như vậy kb = 1,23 đảm bảo điều kiện kb ≥1,2 Vậy động cơ ta chọn là hợp lý

Thời gian phanh khi không có vật nâng là:

Với phanh đặt ở trục động cơ thứ nhất (trục động cơ dẫn động ) mô men phanh theocông thức:

Với:

Vậy:

Căn cứ vào mô men phanh ta chọn phanh điện từ, dòng điện xoay chiều TKT – 200/100

có mô men phanh Mph = 40 Nm (Atlas máy trục)

2. Kiểm tra hệ số an toàn của phanh:

Vậy kb = 1,57 ≥ 1,2

3. Kiểm tra gia tốc hãm khi có vật

Khi có vật thời gian phanh xác định theo công thức:

: mô men tĩnh chuyển động của xe con khi có vật nâng:

Trong các hộp giảm tốc tiêu chuẩn không có loại nào phù hợp với yêu cầu trên Ta sẽchọn một hộp giảm tốc gần phù hợp Hộp giảm tốc được chọn ở đây là BK – 550, có các đặctính như sau:

 Kiểu hộp: 3 cấp, bánh răng trụ thẳng đứng

 Tổng khoảng cách trục A = A1 + A2 + A3 = 220 + 190 + 140 = 550mm

 Tỷ số truyền: igt = 126,78

 Kiểu lắp: một đầu vào và hai đầu ra

 Công suất truyền được với CĐ = 15%, số vòng quay trục vào 1000v là 2,8 Kw

Sai số tỷ số truyền của hộp giảm tốc này trong giới hạn cho phép nên ta sử dụng hộpgiảm tốc này

1. Trục bánh dẫn

Bánh xe lắp cứng trên trục bằng then hoa, trục trên ổ lăn trong các hộp trục, trong quátrình làm việc trục chịu quay, uốn và xoắn Ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng, ứngxuất xoắn do tính chất làm việc hai chiều của cơ cấu di chuyển nên xem như cũng thay đổitheo chu kì đối xứng

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe là: Pmax = 155000(N)

Tải trọng khi kể đến tải trọng động là:

Pt = Pmax.Kd (N)Với Kd = 1,2 – 1,5, lấy Kd = 1,3

 Pt = 155000.1,3 = 201500(N)

Chọn ray 85x85, bề rộng đầu ray là b = 80 Khi đó chiều rộng của bánh xe là:

bx = 100 + 50 = 150 (mm)Khoảng cách từ tâm ổ bi đến tâm bánh xe là:

l = 75 + 35 = 110 (mm)

Mô men lớn nhất tại tiết diện giữa bánh xe là:

Ngoài lực Pt, trong mặt phẳng ngang trục còn bị uốn bởi lức di chuyển bánh xe (=1/2 lựccản chuyển động xe lăn), song trị số lực này nhỏ nên bỏ qua

Mô men xoắn lớn nhất truyền từ trục ra của hộp giảm tốc sang các bánh dẫn sẽ xuất hiệnkhi động cơ điện phát ra mô men lớn nhất khi mở máy

Mmm = 1,8 Mdn = 1,8.30,2 = 54,36 (Nm)

Mô men thắng lực cản tĩnh chuyển động:

Mô men để thắng lực quán tính hệ thống:

Vậy tổng mô men lớn nhất trên trục I truyền đến các bánh dẫn là:

Mô men lớn nhất tính toán kể đến ảnh hưởng của tải trọng động :

Mô men lớn nhất trên trục bánh xe dẫn là:

= 63,19.126,1.0,85 = 6777,3 Nm

Ở trục ra hộp giảm tốc mô men này truyền sang hai bên, phân bố với tải trọng tác dụnglên hai bánh A,D là như nhau Mô men xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh dẫn là:

 Mx = 0,5.6777,3 = 3388,65 (Nm)

Mô men tương đương tác dụng lên trục:

Do ứng suất xoắn thay đổi đối xứng nên α =1 ;

Để chế tạo trục ta dùng thép 45 có : σ-1 = 250 Nmm2 và τ-1 = 150 Nmm2 Ứng suất uốncho phép với chu kì đối xứng được xác định theo công thức (1-12):

Với:

 [n]: hệ số an toàn, lấy [n] = 1,5 (tra bảng 1-8)

 k : hệ số tập trung ứng suất, lấy k = 2,2 (theo bảng 1-5)

Đường kính trục tại tiết diện bánh xe cần có:

Chọn đường kính trục d =120 (mm)

2. Ổ đỡ trục bánh xe

Ổ đỡ trục bánh xe dùng ổ côn góc nghiêng β =12o Ta tính toán chọn ổ bánh dẫn chịu tảilớn nhất

* Tải trọng tương đương:

Tải trọng đứng hướng kính do xe con và vật nâng gây nên:

Tải trọng chiều trục do xe con bị lệch: tải trọng này quy ước tính bằng 100% tải trọnglên xe

A1 = 0,1.155000 = 15500 (N)Tải trọng dọc chiều trục do tải trọng hướng kính và góc nghiêng β của ổ:

S = 1,3.R1.tgβ = 1,3.77500.tg12o = 21415,1 (N)Lực S suất hiện đều ở hai ổ đối nhau và triệt tiêu lẫn nhau Ngoài ra có thể có tải trọngngang do lực di chuyển của xe con, song tải trọng này nhỏ nên bỏ qua

Tải trọng tương đương:

 Kn: hệ số nhiệt độ, theo bảng 8-4 lấy Kn = 1 (nhiệt độ làm việc dưới 100oC)

 Kt : hệ số tải trọng độn, theo bảng 8-3 lấy Kt = 1,15, tải trọng va đập nhẹ, quá tảingắn hạn đến 125% so với tải trọng tính toán

h = 24.365.A.kn.kng = 10840,5 (giờ): số giờ làm việc

của ổ Với kn = 0,33 , kng = 0,25 với chế độ làm việc nhẹ

và A = 15 năm (tra bảng 1-5)

Hệ số khả năng làm việc:

C = 104,5.(6,78.60.10840,5.10-6)0,3 = 163,1 (KN)

Tra bảng P2.11 tài liệu thiết kế chi tiết máy ta

chọn ổ đũa côn 7518 có các thông số như sau:

a,Khớp nối trục động cơ và trục vào hộp giảm tốc:

Khi ta chọn phanh có đường kính tang phanh là D = 100mm, đây là đường kính ngoài của nối trục Ta chọn nối trục đàn hồi có đường kính ngoài là 100m và có mô men lớn hơn mô men mở máy max Mmmax = 54,36 Nm Tra trong Tài liệu thiết kế chi tiết máy ta chọn khớp nối có thông số như sau: