Thiết kế cơ cấu di chuyển cầu trục 5 tấn (kèm bản vẽ)

Một trong những yêu cầu cần thiết của một ngời sinh viên học Máy xây dựng và xếp dỡ khi ra trờng là phải hiểu rõ đợc nguyên lý, cấu tạo của các thiết bị máy cũng nh các chi tiết cấu tạo

Lời nói đầu

Hiện nay, hầu hết các nghành kinh tế quốc dân đều sử dụng ngày càng nhiều máy xây dựng, đặc biệt là các nghành giao thông vận tải, xây dựng, thuỷ lợi Máy xây dựng hiện có ở nớc ta rất đa dạng về chủng loại, phong phú về mấu mã của nhiều nớc trên thế giới.Trong các loại máy xây dựng hiện nay, máy nâng_vận chuyển chiếm một tỷ lệ lớn và đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Một trong những yêu cầu cần thiết của một ngời sinh viên học Máy xây dựng và xếp

dỡ khi ra trờng là phải hiểu rõ đợc nguyên lý, cấu tạo của các thiết bị máy cũng

nh các chi tiết cấu tạo nên bộ máy đó Để nắm vững đợc lý thuyết và thực hành thì ngời sinh viên phải hoàn thành tốt các bài thiết kế môn học Bài thiết kế môn học máy nâng_vận chuyển cũng giúp cho các sinh viên trong ngành Máy xây dựng và xếp dỡ hiểu rõ hơn về nguyên tắc hoạt động của các cụm chi tiết cấu tạo nên bộ máy và nguyên lý hoạt động của cụm chi tiết đó

Em chân thành cảm ơn các thầy cô đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Vịnh và thầy Bùi Thanh Danh đã tận tình chỉ bảo, hớng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản thiết kế môn học này

Sinh viên

Lê Văn Lân

A Cầu Trục

I Công dụng Phân loại–

1 Công dụng

Cầu trục đợc dùng chủ yếu trong công xởng , dùng chủ yếu để lắp ráp máy móc, vận chuyển hàng hoá trong các nhà kho, bến bãi hoặc để sử dụng phục vụ các dây truyền sản xuất

2 Phân loại

- Theo kết cấu của dầm chính

+ Cầu trục dạng dàn

+ Cầu trục dạng dầm hộp

- Theo số lợng dầm chính

+ Dạng một dầm

+ Dạng hai dầm

- Theo công dụng : Có dạng chung và dạng riêng

- Theo cách tựa của dầm cầu lên đờng ray di chuyển :

+ Cầu trục tựa

+ Cầu trục treo

- Theo cách bố trí của cơ cấu dẫn động:

+ Dẫn động chung

+ Dẫn động riêng

II Cấu tạo chung

Gồm có phần kết cấu thép, cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển, điện

1 Kết cấu thép

Kết cấu thép của cầu trục gồm hai dạng: Dạng dàn và dạng dầm hộp.

Kết cấu dạng dàn có khối lợng nhỏ hơn khối lợng dạng hộp, thờng dùng với cầu trục có khẩu độ lớn Dạng dàn có nhợc điểm là khó chế tạo, tính toán phức tạp hơn dạng dầm hộp

Dạng dầm hộp thờng đợc chế tạo từ các thép bản sau đó đợc ghép lại Ưu

điểm của loại này là có cấu tạo đơn giản, quá trình gia công lắp ráp đơn giản Nhợc điểm của loại này là có trọng lợng lớn hơn của dạng dàn Thờng dùng với cầu trục có khẩu độ nhỏ, trung bình

2 Cơ cấu nâng

Thờng sử dụng palăng, xe con, tời Đối với cầu trục một dầm thờng sử dụng palăng, có thể là pălăng cáp điện, palăng xích điện hoặc xích kéo tay

Đối với cầu trục hai dầm thì xe con đợc dùng trong cơ cấu nâng Trong đó

xe con có thể có hai tang và có móc câu ở dới, có thể thay thế bằng gầu ngoạm, hoặc mâm từ

3 Cơ cấu di chuyển

Cơ cấu di chuyển gồm 3 phần:

+ Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền chậm + Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay nhanh + Cơ cấu dẫn động riêng: Loại này thờng chọn công suất bằng 60 ữ

70% tổng công suất cần thiết

4 Điện

Để cung cấp điện thờng dùng hệ thống cấp điện dọc để cấp cho nguồn

động lực cho toàn bộ cầu trục Để cấp điện cho palăng và hệ thốn điều khiển thì

sử dụng hệ thống cấp điện ngang

B Tính toán bộ máy di chuyển cầu trục

Tải trọng Q =5 T = 50000 N

Xe con Gx = 1,2 T = 12000 N

Xe lớn Gc = 4 T = 40000 N Vận tốc di chuyển v = 30 m/ph Chế độ làm việc trung bình

Khẩu độ 8(m)

*) Sơ đồ tính toán :

I Bánh xe và ray

Ta chọn loại bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thớc theo

ΓOCT 3569- 60 Đờng kính bánh xe chọn Dbx = 700 mm đờng kính ngõng trục lắp ổ d = 90 mm (theo bảng 9-4 tính toán máy trục) Căn cứ kích thớc bánh xe

ơng ứng với Dbx = 700 mm, chiều rộng vành bánh 120 mm, chọn ray cầu trục KP

80 để làm ray cho cầu lăn

Bố trí mỗi bên hai bánh xe, tải trọng tác dụng lên các bánh xe gồm có trọng lợng xe con, xe lớn và trọng lợng hàng nâng

Do trọng tâm nằm ở giữa xe nên tải trọng khi không có vật nâng đợc phân

bố đều trên 4 bánh xe Chọn khoảng cách trục bánh xe con là 2,4 m khi đó ta có sơ đồ tải trọng tác dụng lên xe con:

h.3-sơ đồ tải trọng dưới tác dụng của các bx xe lăn

g

q

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe A ( và D) khi xe lăn có vật nâng lớn nhất tại một đầu bên trái cầu ( coi nh xe con di chuyển hẳn về phía trái cầu )

l=8000

h.4-sơ đồ xác định tải trọng lên bx cầu lăn

p a

g c

p d

Pmax = PA = PD =

2

1

( Gx + Q )

L

l

L− +

4

1

Gc =

2

1

(12000 + 50000 )

8

2 , 1

8 −

+ 14 40000=36350 N

Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên bánh xe A ( và D) khi xe lăn không có vật nâng tại đầu bên trái cầu

Pmin = 2

1

Gx

L

l

L− +

4

1

Gc = 2

1 12000

8

2 , 1

8 − +

4

1

40000 = 15100 N

Tải trọng tơng đơng tác dụng lên bánh xe:

Pbx = γ Kbx Pmax = 0,7525 1,2 36350 = 32824,05 N

Trong đó: γ = 0,7525 xác định từ công thức

γ = (1 ) )

1 1

( 2

1

3

Go

Q

+

0

g

Q

= 4000050000+12000 = 0,96 kbx = 1,2 ( tra theo bảng )

Kiểm tra sức bền dập theo sơ đồ

Bánh xe chế tạo bằng thép đúc 55; để bảo đảm lâu mòn, vành bánh đợc tôi đạt độ rắn HB = 300 ữ 320









ứng suất dập tính theo công thức(2-67):

= =235,7 N/mm2

b, r: chiều rộng mặt làm việc và bán kính bánh xe( mm)

E: môđun đàn hồi tơng đơng( N/mm2) bánh xe làm bằng thép nên E = 2,1.105 (N/mm2)

σd = 235,7 N/mm 2 < [σ]d = 750 N/mm2

Vậy kích thớc bánh xe đã chọn là an toàn

2 Chọn động cơ

Lực cản tĩnh chuyển động của bánh xe gồm có lực cản so ma sát và lực cản do độ dốc đờng ray Thành phần lực cản do gío ở đây là không có, vì cầu lăn làm việc trong nhà

Lực cản do ma sát

W1 = ( G0 + Q)

bx

D

d

f

2 à +

= (52000 + 50000)

600

90 02 , 0 6 , 0

2 +

= 510 N

à, f : hệ số ma sát lăn và hệ số ma sát trợt tra theo bảng 3-7 và 3-8:

Lực cản do độ dốc đờng ray đặt lên cầu công thức(3-11):

W2 = α ( G0 + Q) = 0,001.(52000+ 50000) = 102 N

α: độ dốc đờng ray tra theo bảng(3-9), α = 0,001

Tổng lực cản tĩnh theo công thức (3-39):

Wt = kt.W1 + W2 + W3 = 2,3 510 +102 = 1275 N

[ ]d

d

r b

E

ì

ì

= 0 , 418 max

r b

E P

d

ì

ì

= 0 , 418 max

δ

300 80

10 1 , 2 36350 418

, 0

5

ì

ì

K : hệ số kể đến lực cản do ma sát thành bánh và đầu mayơ bánh xe Theo bảng (3-6), chọn K t = 2,3

Ta có: L = 8000 mm ; B = 2400 mm ⇒ ≈ 2 , 3

B L

Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ điện, công thức (3-60):

Nt =

dc

c

t V W

η

1000 60

.

= 601275.1000.30.0,85 = 0,75 KW Với:

Vc: vận tốc di chuyển , Vc= 30(m/ph)

ηdc: hiệu suất truyền động của động cơ Theo bảng 1.9_tính toán máy trục, với cơ cấu di chuyển xe, bộ truyền bánh răng ηdc = 0,85.

Tơng ứng với chế độ làm việc của cơ cấu là trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện: MTk011-6(bảng 2-27 sách Truyền động) có các đặc tính sau:

Công suất danh nghĩa Nđc = 1,4 KW

Số vòng quay danh nghĩa nđc = 885 v/ ph

Hệ số quá tải

dn

M

Mmax

= 3,5 Mômen vô lăng (GiDi2)roto = 0,085 Khối lợng 51 Kg

3 Tỷ số truyền chung

Số vòng quay yêu cầu của bánh xe:

nbx =

bx

c

D

v

.

Π = Π30.0,7 = 13,64 v/ ph

Tỷ số truyền chung cần có đối với bộ truyền

ic =

bx

dc

n

n

= 13885,64 = 64,8 v/ ph

4 Kiểm tra động cơ điện về mômen mở máy

Gia tốc lớn nhất cho phép để bảo đảm hệ số an toàn bám kb = 1,2 theo công thức(3-51), tính cho trờng hợp lực bám ít nhất ( khi không có vật nâng ) :

jomax =  + d − 0

g

t bx

W D

d f

g 1,2

g

g0

ϕ

d









700

90 02 , 0 26000

9,81

1,2

26000.0,2 52000

jomax = 0,7075 m /s2

Trong đó: ϕ = 0,2- hệ số bám với xe lăn làm việc trong nhà

Gd = 26000 N – Tổng áp lực lên bánh dẫn khi không có vật

Wt0 = Wt +Q

0

0

G

G

= 650 N – Tổng lực cản tĩnh khi không có vật nâng Thời gian mở máy tơng ứng với gia tốc cho phép ở trên

tm0 =

max 0

.

60 j

v

= 60.030,7075 ≈ 0,7 s Mômen mở máy tối đa cho phép để không xảy ra trợt trơn theo công thức(3-54):

2 i 2

1

2 0 0

375

).

G (

375

G

2

.

m

i dc

o m c

bx dc

c

bx t

t

n D t

i

n D i

D

η η

Mm0 = 1,2.3750,265.0,.7885

85 , 0 7 , 0 8 , 64 375

885 7 , 0 52000 85

, 0 8 , 64 2

7 , 0 650

2

2

+

Trong đó: Σ(Gi.Di2) = (Gi.Di2)rôto + (Gi.Di2)khớp = 0,085 + 0,18 = 0,265

(Gi.Di2)khớp: Tra trong bảng (16-4) sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 2

Đối với động cơ điện đã chọn có mômen danh nghĩa:

Mdn = 9550

dc

n

Ndc

= 9550

885

4 , 1

= 15,1 Nm Mômen mở máy trung bình của động cơ

Mm(đc) =

2

1 , 1 )

5 , 2 8 , 1 ( ữ M dn + M dn = 1,6 Mdn = 24,16 Nm < 29,27 Nm

Nh vậy tuy đã dùng Mmmax = 2,1Mdn động cơ vẫn có mô men mở máy nhỏ hơn so với trị số cho phép

5 Phanh

Gia tốc hãm khi không có vật nâng, tra bảng tơng ứng với tỷ lệ bánh dẫn

so với tổng số bánh xe là 50% và hệ số bám ϕ = 0,2 Ta có Jp0 = 0,75 m/s2

Thời gian mở máy khi không có vật sẽ là:

tph0 = o

p

c

J

v

.

60 = 60.300,75 = 0,67 s Với phanh đặt ở trục thứ nhất, mômen phanh xác định theo công thức:

1

2 i 2

1

2 0

*

375

).

G (

375

G

2

.

p

i o

p c

dc bx dc

c

bx t

t

n D t

i

n D i

D

η

Mph =

-67 , 0 375

885 265 , 0 2 , 1 67

, 0 8 , 64 375

85 , 0 885 7 , 0 52000 85

, 0 8 , 64 2

7 , 0 86 , 222

2

2

+

Trong đó:

Wt* = G0

bx

D

d

f

2 à +

= 520002.0,6700+0,02.90 = 222,86 N Căn cứ vào Mph =17,87(N.m), ta chọn phanh má TKT-100(phanh

điện từ dòng điện xoay chiều) có mômen phanh Mph = 20(N.m), theo bản vẽ máy nâng_vận chuyển(trờng ĐH xây dựng)

Kiểm tra tình hình làm việc của phanh đã chọn

Hệ số an toàn bám:

kb =

* 0

g

t

p W

J

− g

g0ϕ

2

1

=

86 , 222 9,81

75 , 0 52000

2 , 0

−

52000 2

1

≈1,39 > 1,2

Thời gian phanh khi có vật theo công thức:

tp =

) (

375

) G ( ).

( 375

).

2 i 2

1

2 0

t p

I i c

t p

d bx

M M

n D i

M M

n D Q

+

+ +

= (52000375.(5000020 3).,20).,764.885,82.0,85 3751,2..(0,20265.8853,2)

2

+

+ +

+

= 1,06s Trong đó: *

t

M : mômen tĩnh chuyển động của cầu lăn khi có vật nâng

3 , 2 ( )

85 , 0 8 , 64 2

7 , 0 510 2

1

*

m N i

D W M

dc c

bx

ì

ì

ì

=

ì

ì

ì

=

η

Gia tốc hãm sẽ là:

jp =

p

c

t

v

.

60 = 6030.1,06 = 0,47m/s2

jp = 0,47 m/s2 nằm trong khoảng thờng dùng đối với các máy trục thông thờng

6 Bộ truyền

Theo sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu ở hình vẽ trên, ta dùng hộp giảm tốc bánh răng trụ 3 cấp Hộp giảm tốc đảm bảo các yêu cầu: Với CĐ% = 25% số vòng quay ở trục vào n v = 885(v/ph); truyền đợc công suất N = 0,75(KW) và tỉ số truyền i = 64,8

Tra bảng trong bản vẽ Máy nâng vận chuyển ĐHXD, chọn hộp giảm tốc BKH_480 có tỷ số truyền i = 63; công suất truyền đến hộp giảm tốc N=7,41(KW); tốc độ của trục vào n v = 1000(v/ph)

Tổng khoảng cách trục:

A = A1 + A2 + A3 = 180 + 175 + 125 = 480(mm)

Nh vậy, muốn đảm bảo yêu cầu động học ta phải thiết kế hộp giảm tốc theo các yêu cầu đã đề ra ở trên Để quá trình thiết kế đợc nhanh chóng và chế tạo đợc tiện lợi, ta có thể chọn kích thớc cơ bản giống nh của hộp BKH_480, chỉ thay đổi đôi chút về số răng các bánh răng sao cho phù hợp với tỷ số truyền yêu cầu

Để có cơ sở dùng gần toàn bộ thông số và kính thớc cơ bản của hộp giảm tốc quy chuẩn ta kiểm tra khả năng tải của nó so với yêu cầu

Khả năng mômen dẫn đến trục vào:

) ( 76 , 70 1000

41 , 7 9550

n

N M

v

Khả năng truyền mômen ở trục ra:

) ( 88 , 4457 76

, 70 63

i

M ra = vao = =

Yêu cầu mômen dẫn đến trục vào:

) ( 09 , 8 885

75 , 0 9550

9550

/

/ )

(

n

N M

c y

c y vao

c

Yêu cầu mômen truyền ở trục ra:

) ( 232 , 524 8

, 64 09 , 8 /

) ( / )

(

M y c ra = y c vao y c = =

Nh vậy, hộp giảm tốc hoàn toàn đủ khả năng tải Vấn đề còn lại là ta phải thiết kế sao cho đảm bảo tỷ số truyền yêu cầu i = 64,8

Theo hộp giảm tốc BKH_480 thì tỷ số truyền chung i = 63 và phân ra các cấp nh sau:

63 14

46 17

70 18

81

.

.

5

6 3

4 1

2 3 2

=

Z

Z Z

Z Z

Z i i i i

Với i=63 thì sự chênh lệnh về tỉ số truyền nằm trong khoảng cho phép là

±5% Vậy hộp giảm tốc ta chọn thỏa mãn yêu cầu cả về khả năng tải và tỉ số truyền

7 Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển cầu trục

a Trục bánh dẫn

Kết cấu bộ phận trục bánh dẫn và hộp trục trình bày trên hình vẽ Bánh xe lắp cứng trên trục bằng then, trục đặt trên ổ lăn trong các hộp trục Do đó trong quá trình làm việc trục quay, chịu uốn và xoắn

ứng suất uốn sẽ thay đổi theo chu kỳ đối xứng, ứng suất xoắn do tính chất làm việc hai chiều của cơ cấu di chuyển, cũng xem nh thay đổi theo chu kỳ đối xứng

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe ( bánh D) hình ở trên:

Pmax = 36350N

Tải trọng tính có kể đến ảnh hởng tải trọng động:

Pt = Pmax.kđ = 36350.1,2 = 43620 N



  43620

kđ = 1,2 ữ 1,5 – hệ số tải trọng động

Sơ đồ tính

Mômen uốn lớn nhất tại tiết diện giữa bánh xe:

Mu =

4

.l

P t

=

4

210 43620

= 2290050 Nmm

Ngoài lực Pt trong mặt phẳng ngang, trục còn bị uốn bởi lực di chuyển

bánh xe ( ~ 1/ 2 lực cản chuyển động xe lăn), song trị số lực này nhỏ nên bỏ qua

Mô men xoắn lớn nhất truyền trục ra của hộp giảm tốc sang các bánh dẫn

xuất hiện khi động cơ điện phát ra mômen lớn nhất trong thời kỳ mở máy

Với hệ số quá tải lớn nhất khi mở máy đã quy định mômen mở máy lớn

nhất trên trục I sẽ là:

Mmmax = 1,8.Mdn = 1,8 15,1= 27,18 Nm

Mômen để thắng các lực cản tĩnh chuyển động:

Mt = 9550

1

n

N t

= 95500885,75 = 8,09 Nm Mômen d để thắng quán tính của hệ thống:

Md = Mmmax – Mt = 27,18- 8,09 = 19,09Nm

Mômen để thắng quán tính khối lợng các bộ phận chuyển động thẳng:

Md = Md ∑( )

) (

2 i

2 i

i

td i

D

D

g

g

= 19,09 1211,018,7 = 18,58 Nm

Trong đó (GiDi2)td – Mômen vô lăng tơng đơng của các bộ phận chuyển

động thu về trục động cơ:

Mx

(GiDi2)td = 0,1(Q + G0 ) 2

2

dc

c

n

v

= 0,1(50000+ 52000) 22

885

30

= 11,7 Nm2

Σ(GiDi2) – Tổng mômen vô lăng của cả hệ thống thu về trục động cơ Tổng mômen vô lăng các chi tiết máy quay, thu về trục động cơ

Σ(GiDi2)q ≈ 1,2 [(GiDi2)rôto + (GiDi2)khớp] = 1,2( 0,085 + 0,18) = 0,318 Nm2 Với (GiDi2)khớp = 0,18 Nm2- Mômen vôlăng của khớp nối

Σ(GiDi2) = (GiDi2)td + Σ(GiDi2)q = 11,7 + 0,318 = 12,018 Nm2

Vậy tổng mômen lớn nhất trên trục I sẽ truyền đến các bánh dẫn

M1 = Mt + Md* = 8,09+ 18,58 = 26,17 Nm

Mômen tính toán có kể đến ảnh hởng tải trọng động

M1 = M1.kd = 26,17 1,2 = 31,4 Nm

Mômen xoắn lớn nhất trên các trục bánh dẫn

Mbd = M1 i ηdc = 31,4 64,8 0,85 = 1729,5 Nm

ở trục ra của hộp giảm tốc mômen này truyền sang hai bên phân bố tỷ lệ với tải trọng lên các bánh dẫn coi nh bằng nhau

A B

B bd

P P

P M

15100 36350

36350

5 , 1729

+ = 1243,1 Nm Mômen tơng đơng tác dụng lên trục

Mtd = M u2 + ( α M x) 2 = 2 2

1243100

1

2290050 + ≈ 2605691 Nmm ứng suất xoắn thay đổi đối xứng do đó α = 1

Để chế tạo trục ta dùng thép 45 có:σ 1'= 250 (N.mm2) và

) /

(

'

1 = N mm

τ ứng suất uốn cho phép với chu kỳ đối xứng đợc xác định theo công thức:

[ ] [ ] '

' 1

k

n

σ

[n]: hệ số an toàn Lấy [n] = 1,7 Theo bảng 1.8 (Tính toán máy trục)

k’ : hệ số tập trung ứng suất Lấy k’ = 2,8 Theo bảng 1.5(Tính toán máy trục)

[ ] 52 , 52 ( ).

8 , 2 7 , 1

=

Vậy tiết diện trục tại tiết diện giữa bánh xe cần có:

d ≥ 3

] [

1 ,

0 tdσ

M

= 3

52 , 52 1 , 0

2605691

≈ 79,16 mm Lấy đờng kính trục d = 86(mm)

Tại tiết diện nguy hiểm với d = 86(mm) có khoét then bìh = 25 ì 14 Với:

t1 = 9(mm); t2 = 5,4(mm) Theo bảng9.1a_Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí

Chọn chiều dài của then l = 70(mm)

Kiểm tra then theo sức bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then theo công thức:

).

/ ( 89 , 45 70

9 86

1243100

2

.

l t d

M x

σ

Điều kiện bền cắt của then:

).

/ ( 52 , 16 70 25 86

1243100

2

.

l b d

M x

τ

Theo bảng 7.21 (Thiết kế chi tiết máy), ta có: [ ]σ d= 150 (N/mm2 ) và

[ ]τ c= 120 (N/mm2 ) Vậy then đã chọn đảm bảo điều kiện bền

Kiểm tra trục lại hệ số an toàn theo sức bền trục :

ứng với d = 86(mm) và then hoa b ì h =25ì14, ta có:

Mômen cản uốn:

).

(

2

) ( 32

mm d

t d t b d

W u =π − −

).

( 65 , 62444 86

2

) 9 86 ( 9 25 32

86

mm

W u = π − − = Mômen cản xoắn: