Thiết kế máy nâng có cơ cấu nâng hạ hàng (thuyết minh + bản vẽ)

Tổng quan về cầu trục.I Giới thiệu chung về cầu trục Cầu trục là một loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu,có bánh xe lăn trên đờng ray chuyên dùng nên gọi là cầu lăn.nó đợc sử dụng p

Phần I Tổng quan về cầu trục.

I Giới thiệu chung về cầu trục

Cầu trục là một loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu,có bánh xe lăn trên đờng ray chuyên dùng nên gọi là cầu lăn.nó đợc sử dụng phổ biến trong hầu hết các ngành kinh

tế quốc dân và quốc phòng để nâng vật trong các phân xởng nhà kho, củng có thể đợc trang bị móc câu,cơ cấu nam châm điện ,hoặc gầu ngoạm tuỳ theo tính chất vật

nâng.theo dạng kết cấu thép ngời ta phân thành cầu trục một dầm và câu trục hai dầm.Các bộ máy của cầu trục có thể đợc dẩn động bằng tayhoặc bằng điện dùng mạng điẹn công nghiệp.cầu trục đợc điều khiển do ngời láI chuyên nghiệp trong cabin treo ở một

đàu của dầm của cầu lăn.trờng hợp dùng palăng điện làm cơ cấu nâng có thể điều khiển

từ mặt đất và ngời láI có thể không chuyên nghiệp

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

Các thông số cơ bản của cầu trục

+ Sức nâng Q ( T )

+ Chiều cao nâng: H ( m )

+ Khẩu độ: L ( m )

+ Vận tốc làm việc của các bộ máy

+ Chế độ làm việc : nhe , trung bình , nặng

II Cấu tạo chung

2.1 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 cầutrục có khẩu độ lớn Dạng dàn có nhợc điểm là khó chế tạo, tính toán phức tạp hơndạng dầm hộp

Dạng dầm hộp thờng đợc chế tạo từ các thép bản sau đó đợc ghép lại Ưu điểmcủa loại này là có cấu tạo đơn giản, quá trình gia công lắp ráp đơn giản Nhợc điểm củaloại này là có trọng lợng lớn hơn của dạng dàn Thờng dùng với cầu trục có khẩu độnhỏ, trung bình

2.2 Cơ cấu nâng

đối với các tảI trọng nâng khác nhau ngời ta sử dụng các cơ cấu nâng khác nhauphù hợp với điều kiện sử dụng hiệu quả.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.dùng để nâng hạ vật theo phơng đứng.khi treo palăng trên xecon thì diện tích xếp dỡ của nó đợc mở rộng

Đối với cầu trục hai dầm thì xe con đợc dùng trong cơ cấu nâng Trong đó xecon có thể có hai tang và có móc câu ở dới, có thể thay thế bằng gầu ngoạm, hoặc mâmtừ

2.3 Cơ cấu di chuyển

Cơ cấu di chuyển của cầu trục phảI đãm bảo cho cầu trục di chuyển đều ở cả hai bên.vìkhẩu độ của dầm chủ tơng đối lớn nên dễ xãy ra hiện tợng xiên lệch giá cầu khi dichuyển.có 3 phơng án về bố trí kết cấu của bộ máy di chuyển

+ Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền ch

+ Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay nhanh

+ Cơ cấu dẫn động riêng: (dẩn động độc lập)

2.4 Điện

Để cung cấp điện thờng dùng hệ thống cấp điện dọc để cấp cho nguồn động lựccho toàn bộ cầu trục Để cấp điện cho palăng và hệ thốn điều khiển thì sử dụng hệthống cấp điện ngang

Phần II Tớnh toỏn cơ cấu nõng hạ hàng của cầu trục.

1: Sơ đồ tớnh.

2:Tính chọn cáp.

Chọn hệ số an toàn n=5,5 tương ứng với chế độ làm việc nhẹ (theo bảng 2-2,[1] ).Lực căng lớn nhất xuất hiện trên nhánh cáp cuấn vào tang khi nâng vật được xác định theo công thức sau:

) 1 (

0





Trong đó:

Q0 = Q+Qm (N); Tải trọng hàng nâng danh nghĩa

Q=100000 N Trọng lượng của hàng nâng

Qm=2100 N Trọng lượng của đồ mang hàng (bộ móc treo hàng)

Q0 = 100000+2100=102100 N;

Với a là số puli làm việc của bộ móc câu treo hàng, a=2

=0,98 hiệu suất của một ròng rọc(puli) bang 2-5[1]

m=2 Số nhánh cáp vào tang tời.

T=0 Vì cáp trực tiếp cuấn lên tang mà không qua các ròng rọc đổi hướng

102100(1 0,98) 2(1 0,98 ).0,98

Lực kéo đứt cáp tính toán là: Sđtt=n.Smax=5,5.25782,2=141802,1N

Trong các kiểu dây cáp thì kiểu k –P theo OCT 2688-55 có tiếp xúc đườnggiữa các sợi thép ở các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi vậtliệu chế tạo là các sợi thép nhỏ có giới hạn bền từ 12002100 N/mm Từ lực kéo đứttính toán ta chọn loại dây cáp có giới hạn bền của các sợi thép là từ 1500÷1600N/mm2,

có đường kính của dây cáp là dc=16,5 mm, lực kéo đứt tiêu chuẩn là Sđtc=141500N.xấp xỉ với lực kéo đứt yªu cÇu

3:Tính các kích thước cơ bản của tang tời

- Đường kính nhỏ nhất của tang tời được xác định theo công thức 2-12, [1] :

Dt dc(e-1)

Trong đó:

Dt: Đường kính tang tới đáy rãnh cắt, mm

dc: Đường kính của dây cáp mang hàng cuấn vào tang,16,5mm

e : Hệ số thực nghiệm, với chế độ làm việc nhẹ lấy e=20 (bảng 2-4, [1] )

 Dt 16,5(25-1)=396 mm

Ta chọn đường kính tang Dt=400 mm

- Chiều dài của tang:

Chiều dài của tang phải thoả mãn khi khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất, trên tangvẫn còn lại ít nhất 1,5 vòng dây(với tang dùng palăng đơn, khi dùng palăng kép giảmlực thì còn lại ít nhất 3 vòng cáp trên tang

chiều dài toàn bộ tang:

L=L0’+2L1+2L2+L3;

Chiều dài một nhánh cáp cuấn len tang khi làm việc với chiều cao nâng H= 6m

và với bội suất cáp ip=2 là

Trong đó t là bước cuấn cáp, ta sử dụng tang sẻ rãnh t=dc+2 mm

L1: chiều dài phần tang để cặp đầu cáp Nếu kẹp cáp thông thường thì phải sẻ thêm khoảng 3 vòng rãnh trên tang:

L4: khoảng cách giữa hai puli ngoài cùng ở ổ treo móc L4=300

tg0,07, với tang sẻ rãnh  góc nghiêng cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với hướng thảng đứng

hmin800 khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục ròng rọc ổ treo móc hin (phải thoả mãn lớn hơn tổng hai bán kính của bộ phận mang hàng và tang tời)



 S mac k

=1.0,8.25782,815.20 =68,8 N/mm2.

k=1: hệ số phụ thuộc vào số lớp cáp cuốn trên tang Tra theo trang 22, [1]

: Hệ số giảm ứng suất; với tang chọn là gang thì =0.8

Tang được đúc bằng gang C 15-32 là loại vật liệu thông thường phổ biến nhất

có giới hạn bền nén là bn=565 N/mm2 ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k=5

Công suất tĩnh khi nâng hàng được xác định theo công thức(2-78, [1].):

N=



60.1000.

.v n Q

p=0,99-hiệu suất của hệ palăng,

t=0,96-hiệu suất của tang tời,

0-hiệu suất của hợp giảm tốc và các khớp nối (hiệu suất truyền động từ động cơ tớitang tời) Để tính hiệu suất này ta sẽ lựa chọn hộp giảm tốc là hộp giảm tốc bánh răngthẳng hai cấp Xuất phát từ bảng 1-9, tính toán máy trục ta tính được 00,92

Công suất danh nghĩa: Ndn=11 kw

Số vòng quay danh nghĩa: ndn=715 v/ph

Momen vô lăng: (Gi.Di2)roto=18,6 Nm2

khối lượng động cơ: 300 kg

Số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước vn=6 m/ph

nt=vn.ip/πDDo=9,17 v/ph

D0 : đường kính tang tính đến tâm dây cáp (m)

Do đó tỷ số truyền là: io=715/9,17=78

6: Kiểm tra động cơ về nhiệt.

Ta dùng sơ đồ sử dụng cầu lăn theo hình vẽ:

Cơ cấu nâng sẽ làm việc theo các trọng lượng nâng: Q1=Q; Q2=0,75Q;

Q3=0,2Q và tỷ lệ thời gian làm việc với các tải trọng này tương ứng là 2:5:3 Động cơ điện được chọn có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh nên phải được kiểm

tra về nhiệt Để thực hiện việc kiểm tra này ta cần xác định một số thông số tính toán trong các thời ky làm việc khác nhau của cơ cấu

Các thông số cần xác định là (tính toán cho trường hợp Q1):

Đồ thị gia tải trung bình

- Trọng lượng vật nâng cùng bộ phân mang hàng:

- Mô men trên trục động cơ khi nâng vật: theo 2-79 [1]

Qo m

M

8 , 1 2

1 , 1 )

5 , 2 8 , 1 ( 2

Gia tốc khi mở máy với tải trọng Q1=Q:

J=vn/60.tmn=6/60.7,19=0,139 m/sGia tốc này thoả mãn đối với máy trục lắp ráp thiết bị và máy trục làm việc với kim loại lỏng ( bảng 2-22, [1])

- Thời gian mở máy khi hạ vật:

tm - Tổng thời gian mở máy trong các thời kỳ làm việc với tải trọng khác nhau

tv - Thời gian làm việc với vận tốc ổn định khi làm việc với từng tải trọng

Mtb=

t

M t t

300 có momen phanh Mt=500 Nm đảm bảo mômen phanh danh nghĩa.

8: Bộ truyền.

Như đã dự kiến ở trên, bộ truyền sẽ được thực hiện dưới dạng hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ Tiện lợi hơn cả là chọn mua sẵn hộp giảm tốc tiêu chuẩn Căn cứ vào yêu cầu về công suất phải truyền với CĐ 25%, số vòng quay trục vào, tỷ số truyền

và yêu cầu lắp ráp, chọn hộp giảm tốc ký hiệu PM-500, ( b¶ng 30 [2] ) cã các đặc tính sau:

Kiểu hộp: 2 cấp bánh răng trụ

Tổng khoảng cách các trục: A=An+Ac=250+400=650mm

Tỷ số truyền : i=76,5 (phương án I) [3]

Công suất truyền được vói CĐ25%, số vòng quay trục vào 750 v/ph là

N=15,1kw

Sai số tỷ số truyền là: = 1 , 92 %

78

78 5 , 76







.Tức là trong phạm vi cho phép chấp nhận được

9: Các bộ phận khác của cơ cấu.

a)Khớp nối trục động cơ với hộp giảm tốc

Ở đây sử dụng khớp vòng đàn hồi, là loại khớp nối di động có thể lắp và làm việc khi 2trục không đồng trục tuyệt đối; ngoài ra loại khớp nối này còn giảm được chấn động và

va đập khi mở máy và khi phanh đột ngột Phía nửa khớp bên hộp giảm tốc kết hợp làm bánh phanh Căn cứ vào đường kính bánh phanh D=300mm, mômen lớn nhất khớp có thể truyền đựơc là Mmax=1100 Nm, mômen vô lăng của khớp là

(Gi.Di2)khớp=20,55 Nm2

Mômen lớn nhất mà khớp phải truỳên có thể xuất hiện trong 2 trường hợp: khi

mở máy nâng vất và khi phanh hãm vật đang nâng

Khi mở máy nâng vật, với hệ số qúa tỉa lớn nhất đã quy định ở phần chọn động cơ: Mmmax=2,5.Mdn=2,5.146,9=367,25 Nm

phần dư để thắng quán tính của cả hệ thống:

Md= Mmax-Mn=367,25-156,45=210,8.Nm

Một phần mômen này tiêu hoa trong việc thắng quán tính các chi tiết máy quay bên phía trục động cơ (roto va nửa khớp), còn lại truyền qua khớp.

Mômen vô văng nửa khớp phía động cơ lấy bằng 40% mômen vô lăng của cả khớp:

(Gi.Di2)k’=0,4.20,55=8,22 Nm2.Mômen vô lăng các chi tiết máy quay trên giá động cơ:

2

72 , 0 715

6 102100

1 ,

D Gi

i

79 , 43

97 , 16 8 , 210 )

(

)' (

( 375

)

(

375

)

(

2 2

*

2 0

* 2





o p t ph

dc o t

ph

dc i

i

i i M M

n D Q M

M

n i D G

715 4165 , 0 102100 36

2



Mômen truyền qua khớp để thắng quán tính sẽ bằng:

15 , 0 375

715 97 , 16

375

)'

dc i

i D i n G



Nmkiểm tra khả năng truyền tải của khớp theo mômen truyền yêu cầu là M=215,7

Nm kiểm tra điều kiện làm việc của khớp:

5 6

+Kiểm tra bền cho móc tại các mặt cắt nguy hiểm.

Ta sẽ kiểm tra bền cho móc tại các tiết diện A-A; B-C; C-C

* Ta xét tiết diện ngang A-A:

Tiết diện ngang chịu đồng thời uốn và kéo

Coi móc nh thanh cong, ứng suất pháp lớn nhất xuất hiện ở các thớ phía trong (phía trong chịu nhiều hơn) đợc tính theo công thức (2-1) [1]

 =

2

. 1

a k F

e Q

 []

Trong đó: Q - tải trọng của móc: Q = 100000 N

F - diện tích tiết diện tính toán, mm2

e1 - khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ trong cùng, mma- đờng kính miệng móc

Tiết diện A - A của thân móc

e2=54,4

100h=92

22 2 75 3 2

1

b b

b b

+ Hệ số hình học của tiết diện tính theo công thức (2-4),[1]

2

1 1

2 2

1 1

1

b b e r

e r e

r h

b b b h b b r

4 , 54 6 , 92 ln ) 4 , 54 6 , 92 ( 92

22 75 22 92 ).

22 75 (

6 , 92 2

6 , 37 100000

250 = 208 N/mm2

Ta thấy ứng suất pháp lớn nhất của tiết diện A-A:  = 152 N/mm2 < []

Vậy tiết diện ngan A-A đủ bền

* Kiểm tra tiết diện đứng B-B Tiết diện đứng chịu đồng thời uốn và cắt

-Các ứng suất  và  đợc xác định với giả thiết là tải trọng đặt vào dây dới góc 45o so với hớng thẳng đứng

-Theo TOCT 6627-66 ta chọn móc, thì tiết diện đứng B-B làm giống tiết diện ngang A-A

+ ứng suất xác định theo công thức (2-5) [1]

=

2

110 1 , 0 4460 2

6 , 37 100000 2

2

. 1



a k F

e Q

=76 N/mm2 + ứng suất cắt, xác định theo công thức (2-7) [1]

tđ = 2 2

3 

  = 76  2 3 22 , 4 2 =85,4 (N/mm2)

Ta thấy tđ = 85,4 < [] = 208  tiết diện B-B đủ bền

* Kiểm tra tiết diện cuống móc C-C:

Theo công thức (2-8) [1]:

 =

4

2 1

d

Q

  []’ Với: d1 - đờng kính chân ren

[] - ứng suất kéo cho phép, đã giảm thấp.



Trong đó d1 = 48,8mm - đờng kính chân ren

k1 - hệ số điền đầy của ren, bằng tỷ số chiều rộng tiết diện chân ren trên bớc ren, đối với ren hệ mét: k1 = 0,87

k - hệ số tính đến sự phân bố tải trọng không đồng đều trên các vòng ren, Với ren đã

5 , 5

- ổ lăn chặn 8312 có đờng kính ngoài: D = 110, chiều cao H = 35mm

- Vì trong khi làm việc ổ lăn chặn thờng không quay nên chỉ kiểm tra theo tải trọng tĩnh cho phép

+ Thanh ngang cụm treo móc:

-Thanh ngang chế tạo bằng vật liệu thép 45 với cơ tính:

+ Giới hạn bền: b = 610 N/mm2, Giới hạn chảy: ch = 430 N/mm2, Giới hạn mỏi: -1 =

thanh ngang đợc tính theo uốn

- Mô men uốn lớn nhất tại tiết diện giữa của thanh ngang (tiết diện D-D)

Mu =

4

230 120000 4

Qt = 120000 N-tải trọng tính có kể đến ảnh hởng tải trọng động (kđ = 1,2)

l = 230mm - khoảng cách giữa hai pu li

Ta thấy ứng suất uốn trong thanh ngang xuất hiện theo chu kỳ mạch động với max khi

có tải Qt và min  0 khi không tải (móc không treo vật)

* ứng suất cho phép với chu kỳ mạch động

[] =

' ].

[

4 ,

k n





Với: [n] - hệ số an toàn cho phép: [ n] = n1.n2 n3

n1-hệ số an toàn ,phụ thuộc vào mức độ quan trọng của chi tiết và cơ cấu,giá trị trị bảng (1.6) [1] có n1=1,2

n2 -hệ số tải trọng ,tính đến chế độ làm việc của cơ cấu ,tải trọng quán tính khi mở máy và phanh,tính chất của tải trọng ,tra bảng(1.7) [1] có n2=1

n3-hệ số kể đến ảnh hởng của các khuyết tật bên trong của vật liệu đến sức bền mỏi của chi tiết n3=1,3

[  

u M

61610

Kích thớc chiều cao thanh ngang H ta đã chọn là H = 100mm lớn hơn chiều cao cần thiết.

Trong đó: ack = 20  25 - số chu kỳ làm việc trong 1h  lấy ack = 25

at = 1 - số lần gia tải (nâng vật) trong một chu kỳ

2 10

8 2 2

Q Z Q Q

10 = 1,01

- Giới hạn mỏi tính toán đối với chế độ làm việc cụ thể của cơ cấu nâng đã cho là: -1 = '

1

 kc = 250 1,01 =252,5 N/mm2

- Với các kích thớc đã chọn có mô men cản uốn

W =

6

100 ) 64 125 ( 6

Đối với chu kỳ ứng suất mạch động (r = 0)

Hệ số an toàn đợc tính theo công thức (1-8) [1]

n =

m k

 = 0,7 - hệ số kích thớc, tơng ứng với kích thớc lớn nhất B = 110  = 0,75 - hệ số chất lợng bề mặt

Do đó ta có: n = .33,85

610

365 85

, 33 75 , 0 7 , 0

8 , 1

365

Tra bảng 1.8 [1] ta có hệ số an toàn cho phép [n] =1,31,6

Ta thấy n > [n]  tiết diện đảm bảo bền mỏi

+ Tiết diện E - E

-Mặt cắt có kích thớc đờng kính  = 80 mm chịu mô men uốn : Mu = 3450000 Nm

- Ta tiến hành kiểm tra hệ số an toàn mỏi tơng tự trên

+ Mô men cảm uốn của tiết diện

W = 0,1 d3 =0,1.803= 51200 (mm3)+ ứng suất uốn lớn nhất: u = 67 , 4 ( / )

4 , 67 = 33,7 N/mm2

+ Hệ số an toàn mỏi: n =

m k

, 33 75 , 0 7 , 0

3 , 2

365

 =2,18 > [n]=1,6Vậy tiết diện E-E của thanh ngang đảm bảo an toàn mỏi

+ ổ lăn đặt ròng rọc của cụm pu li móc câu.

tải trọng tĩnh tác dụng lên một ổ lăn

4

100000 4

Số vòng quay của ròng rọc với đờng kính dã chọn Dr=400 mm

Nr=6.2/3,14.0,4165=9,18 vg/ph

-Bộ phận tang

+ Cặp đầu cỏp trờn tang.

Ta sẽ dựng kiểu cặp cỏp trờn tang thụng thường: ở mỗi đầu cỏp dựng 3 tấm cặp, tương ứng với đường kớnh dõy cỏp dc=16,5 mm, bứơc cắt t=20 mm, vớt cấy M20

Lực tớnh toỏn với cặp cỏp theo cụng thức (2-16):

So=  2578214.4,8

e e

S

f mac  =4442,9 NTrong đú: f: hệ số ma sỏt giữa mặt tang với cỏp

=4.- gúc ụm của cỏc vũng cỏp dự trũe trờn tang, tương ứng Z0=2

, 0 2

4442,9

2

0



Lực uốn cỏc vớt cấy: Po=p.f=2221,5 N

Ứng suất tổng xuất hiện trong thõn vớt cấy, cụng thức (2-17):

1

0 0 2

1 0 , 1 3 20 , 4

5 , 26 5 , 2221 4

4 , 20 3

5 , 15867 3 , 1

1 , 0 4

.

3 , 1



l P d

+ Trục tang Bộ phận tang lắp trờn trục và ổ vỡ sử dụng palăng kộp nờn vị trớ của

hợp lực căng dõy trờn tang sẽ khụng thay đổi và nằm ơ điểm giữa tang Trị số hợp lực này tớnh bằng:

R=2.Smax=2 25782,8 =51565,6 N

Ta cú sơ đồ tớnh trục tang như sau: