Tính toán thiết kế cầu trục tải trọng 12 tấn

Tính toán thiết kế cầu trục tải trọng 12 tấn

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU TRỤC

PHẦN I:

PHẦN II:

2.2.1 Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản 49

2.2.3 Thiết kế bộ truyền trong hộp, bánh răng trụ

2.2.4 Thiết kế bộ truyền ngoài hộp, bánh răng trụ

2.3.1 Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản 76÷78

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của thế giới và xu huớng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đang dần đổi mới và buớc vào thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá, vừa xây dựng cơ sở vật chất – kỹ thuật vừa phát triển nền kinh tế đất nuớc Hiện nay, nước ta đang mở rộng việc xây dựng và phát triển các khu công nghiệp, nhà máy, các cơ sở sản xuất….từ đó, hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế sức lao động của con người … Do đó, ngành Cơ khí chế tạo máy không thể thiếu và

có vai trò rất quan trọng trong quá trình xây dựng và phát triển đất nước

Trong các trương trình giảng dạy bậc Đại học của các khối ngành kỹ thuật việc thiết kế đồ án môn học là một nhiệm vụ quan trọng đối với tất cả mọi ngành nghề Giúp cho sinh viên hiểu sâu, hiểu kỹ và tổng hợp được những kiến thức cơ bản của môn học Đối với ngành Cơ khí, đây là một công việc thiết thực, không những giúp cho sinh viên được hòa mình vào thực tế, tích lũy kinh nghiệm, được khẳng định những kiến thức đã học trên lý thuyết, mà còn hình thành tác phong và khả năng ngề nghiệp của một kỹ sư cơ khí thực thụ trong tương lai.

Đề án kỹ thuật là học 1 phần nằm trong chương trình đào tạo kỹ sư Cơ khí

trường ĐHKT Công nghiệp Thái Nguyên Đây là 1 học phần mới nằm trong các học phần tự chọn trong trương trình đào tạo Mục đích của học phần là nhằm cho sinh viên tìm hiểu nghiên cứu về một số các loại dây truyền , kết cấu máy nâng chuyển cơ khí thông dụng trong thực tế như các trạm dẫn động băng tải, xích tải , gầu tải, cầu trục v.v Qua đó sinh viên được tìm hiểu thực tế, tiến hành tình toán thiết kế các cụm chi tiết, bộ phận máy nhằm nâng cao hiểu biết cho sinh viên.

Đề tài thiết kế của nhóm em được giao là “Tính toán thiết kế cầu trục tải

trọng 12 tấn” Sau một quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế, đặc biệt nhờ có sự

giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các cô giáo Trần Thị Phương Thảo và cô Bùi Thanh

Hiền, cùng các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, đến nay nhóm chúng em đã

hoàn thành đề tài đồ án của mình với một bản thuyết minh và các bản vẽ theo yêu cầu

đề tài.

Trong quá trình làm đồ án, mặc dù các thành viên trong nhóm đã đoàn kết,

cố gắng để đồ án của nhóm hoàn thiện nhất, nhưng do điều kiện thời gian và kinh nghiệm hạn chế, nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề án của nhóm được hoàn thiện nhất.

Em xin trân thành cám ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Thuận Nông Văn Thức Dương Văn Tĩnh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

PHẦN I:

GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ.

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN

1.1.1 Khái niệm: Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay

đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo,gầu ngoạm,… hoặc gián tiếp như băng tải, xích tải, con lăn, đường ống v.v

1.1.2 Phân loại: Theo tính chất làm việc thì máy nâng chuyển được chia

làm 2 loại chính:

- Máy vận chuyển liên tục: Ở các loại máy này vật phẩm được di chuyểnthành dòng ổn định và liên tục Có thể bốc rỡ ngay trong quá trình vận chuyển.Máy vận chuyển liên tục được phân thành 2 nhóm:

+ Vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như băng tải, xích…

+ Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như hệ thống đường lăn, ốngdẫn

- Máy vận chuyển theo chu kỳ: Đặc trưng của loại máy này hoạt động cótính chất chu kỳ (luôn phiên giữa thời kỳ làm việc và thời gian nghỉ )của cơ cấu máy Phần chủ yếu của máy vận chuyển theo chu kỳ là máytrục Máy trục được chia ra làm 3 nhóm lớn

+ Máy trục đơn giản như kích, tời, pa lăng

+ Máy trục thông dụng, như cầu trục cần cẩu

+ Máy trục đặc chủng: Đó là loại máy dùng riêng theo yêu cầu nào đó nhưthang máy, trục bến cảng

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC

1.2.1 Khái niệm: Cầu trục là tên gọi chung của máy trục chuyển động trên

hai đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vậtphẩm trong khoảng không (khẩu độ) giữa hai đường ray đó

Đặc điểm về cầu trục:

Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm chính) liên kết vớihai dầm ngang (dầm cuối), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di chuyểntrên hai đường ray song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấuthép Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng,hàng hoá trong các nhà xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi

Dầm cầu được gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể cómột hoặc hai dầm, trên đó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọctheo dầm chính Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với haidầm cuối, trên mỗi dầm cuối có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động vacụm bánh xe bị động Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển

xe con (hoặc palăng) mà cầu trục có thể nâng hạ ở bất cứ vị trí nào trongkhông gian phía dưới mà cầu trục bao quát

Xét về tổng thể cầu trục gồm có phần kết cấu thép (dầm chính, dầm cuối,sàn công tác, lan can), các cơ cấu cơ khí (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển cầu

và cơ cấu di chuyển xe con) và các thiết bị điều khiển khác

Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện Dẫn động bằngtay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ khôngthường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao Dẫn động bằng điện chocác loại cầu có tải trọng nâng và tốc độ nâng lớn sử dụng trong các phânxưởng lắp ráp và sửa chữa lớn

Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500 t; khẩu độ dầm cầuđến 32m; chiều cao nâng đến 16m; tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph; tốc độ

di chuyển xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph.Cầu trục có tải trọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật:một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ.Tải trọng nâng củaloại cầu trục

1.2.2 Phân loại cầu trục:

Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:

a Theo công dụng.

Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trụcchuyên dùng

- Cầu trục có công dụng chung: có kết cấu tương tự như các cầu trục

khác, điểm khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật đadạng, có thể nâng được nhiều loại hàng hoá khác nhau Thiết bị mang vậtchủ yếu của loại cầu trục này là móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máymóc Loại cầu trục này có tải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng

với gầu ngoạm, nam châm điện hoặc thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhấtđịnh.

- Cầu trục chuyên dùng: là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó

chuyên để nâng một loại hàng nhất định Cầu trục chuyên dùng được sửdụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyêndùng và có chế độ làm việc rất nặng

b Theo kết cấu dầm.

Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm

- Cầu trục một dầm: là loại máy trục kiểu cầu thường chỉ có một dầm

chạy chữ I hoặc tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm cầu, xe con cheopalăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoăc mang cơ cấu nâng dichuyển phía trên dầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhàxưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao Tất cả các cầu trục một dầmđều dùng palăng đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạhàng Nếu nó được trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫnđộng bằng tay, nếu được trang bị palăng điện thì gọi là cầu trục một dầm dẫnđộng bằng điện

Hình 1.2 Cầu trục một dầm.

1 Bộ phận cấp điện lưới ba pha 6 Palăng điện

2 Trục truyền động 7 Dầm chính

3 Cơ cấu di chuyển cầu 8 Khung giàn thép

4 Bánh xe di chuyển cầu 9 Móc câu

5 Dầm cuối 10.Cabin điều khiển

Theo phương pháp dẫn động thì cầu trục 1 dầm được chia làm 2 nhóm:+ Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay: có kết cấu đơn giản và rẻ tiềnnhất, chúng được sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bịvới khối lượng công việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng

0,5  5 tấn, tốc độ làm việc chậm.

+ Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện: được trang bị palăng điện, sứcnâng có thể lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm có bộ phận cấp điện lưới bapha

Hình 1.3: Cầu trục 1 dầm truyền động bằng điện

- Cầu trục 2 dầm: Kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm (Hình 1.3) gồm

có: dầm hoặc dàn chủ 1, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu 7, trên dầm đầulắp các cụm bánh bánh xe di chuyển cầu trục 6, bộ máy dẫn động 3, bộ máy dichuyển hoạt động sẽ làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theođường ray chuyên dùng 5 đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động củacầu trục chiều quay của động cơ điện Xe con mang hàng 11 di chuyển dọctheo đường ray lắp trên hai dầm (dàn) chủ; trên xe con đặt các bộ máy của tờichính 10, tời phụ 9 và bộ máy di chuyển xe con 2, các dây cáp điện 8 có thể

co dãn phù hợp vói vị chí của xe con và cấp điện cho cầu trục nhờ hệ thanhdẫn điện 12 đặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt điện 3 pha tỳ sát trêncác thanh này, lồng thép làm công tác kiểm tra 13 treo dưới dầm cầu trục.Các bộ máy của cầu trục thực hiện 3 chức năng: nâng hạ hàng, di chuyển xecon và di chuyển cầu trục Sức nâng của cầu trục 2 dầm thường trong khoảng

5  30 tấn, khi có yêu cầu riêng có thể đến 500 tấn Ở cầu trục có sức nângtrên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng cùng với hai móc câu chính

và phụ, tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25) sức nâng của tờichính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn

Dầm chính của cầu trục hai dầm (Hình 1.4)được chế tạo dưới dạnghộp hoặc dàn không gian Dầm giàn không gian tuy có nhẹ hơn dầm hộpsong khống chế tạo và thường chỉ dùng cho cầu trục có tải trọng nâng và khẩu

độ lớn Dầm cuối của cầu trục hai dầm thường được làm dưới dạng hộp vàliên kết với các dầm chính bằng bu lông hoặc hàn

Hình 1.4:Kết cấu cầu trục 2 dầm.

Hình 1.5: Cầu trục 2 dầm

c Theo cách tựa của dầm chính.

Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo

- Cầu trục tựa: là loại cầu trục mà hai đầu của dầm chính tựa lên các

dầm cuối, chúng được liên kết với nhau bởi đinh tán hoặc hàn Loại cầu trụcnày có kết cấu đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên được sửdung rất phổ biến Trên hình 1.3 là hình chung của cầu trục tựa loại mộtdầm phần kết cấu thép của gồm dầm cầu 1 có hai đầu tựa lên các dầm cuối

5 với các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng Loại cầu trục nàythường dùng phương án dẫn dẫn động chung Phía trên dầm chữ I là khunggiàn thép 4 để dảm bảo độ cứng vững theo phương ngang của dầm cầu Palăngđiện 3 có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu dichuyển palăng Ca bin điều khiển 2 được treo vào phần kết cấu chịu lực củacầu trục.

- Cầu trục treo: là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu thép có thể chạy

dọc theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo Do liên kếttreo của các ray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ được dùng trongcác trường hợp đặc biệt cần thiết So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm

là có thể làm dầm cầu dài hơn, do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép củanhà xưởng, thậm chí có thể chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song songđồng thời kết cấu thép của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa Tuynhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn cầu trục tựa

Hình 1.5 Cầu trục treo.

a) Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo

d Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển.

Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn động chung

và cầu trục dẫn động riêng

- Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương án dẫnđộng chung và dẫn động riêng Trong phương án dẫn động chung, động cơdẫn động được đặt ở giữa dầm cầu và truyền chuyển động tới các bánh xechủ động ở hai bên ray nhờ các trục truyền Trục truyền có thể là trục quaychậm, quay nhanh và quay trung bình (hình 1.5, a, b, c) Ở phương án dẫn

động riêng (hình 1.5, d) mỗi bánh xe hoặc cụm bánh xe chủ động được trang

bị một cơ cấu dẫn động

Hình 1.6 Các phương pháp bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục

- Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay chậm (hình 1.6, a) gồm

động cơ điện 1, hộp giảm tốc Hình 1.6

Các phương ánh dẫn động 2 và các đoạn trục truyền 3 nối với nhau vànối với trục ra của hộp giảm tốc bằng các khớp nối 4 Trục truyền tựa trêncác gối đỡ 5 bằng ổ bi Do phải truyền momen xoắn lớn nên trục truyền,khớp nối và ổ bi có kích thước rất lớn, đặc biệt khi cầu trục có tải trọng nâng

và khẩu độ dầm lớn Các đoạn trục truyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng

So với trục đặc tương đương, trục rỗng có trọng lượng nhỏ hơn 15 – 20%.Phương án này được sử dụng tương đối phổ biến trong các cầu trục có côngdụng chung có khẩu độ không lớn, đặc biệt là các cầu trục có kết cấu dầm

không gian có thể bố trí dễ dàng các bộ phận của cơ cấu.

- Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay trung bình (hình1.6, b) có trục truyền 3 truyền chuyển động đến bánh xe di chuyển cầu trục qua cặp bánh răng hở 4 Vì vậy mà mômen xoắn trên trục nhỏ hơn so với trục truyền chậm vàkích thước của chúng cũng nhỏ hơn

- Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay nhanh (hinh 1.6,c) có trục truyền 2 được nối trực tiếp với trục động cơ và vì vậy nó có đườngkính nhỏ hơn 2 – 3 lần và trọng lượng nhỏ hơn 4 ÷ 6 lần so với trục chuyềnquay chậm Tuy nhiên, do quay nhanh mà nó đòi hỏi chế tạo và lắp ráp chínhxác

- Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (hình 1.6, d) gồm hai cơ cấu nhưnhau dẫn động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt Công suấtmỗi động cơ thường lấy bằng 60% tổng công suất yêu cầu Phương án này

tuy có sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hai bên ray không đềusong do gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sửdụng phổ biến hơn, đặc biệt là trong những cầu trục có khẩu độ trên 15m.

e Theo nguồn dẫn động.

Theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn độngmáy

- Cầu trục dẫn động bằng tay, (hình 1.7) được dùng chủ yếu trong sửa

chữa, lắp ráp nhỏ và các công việc nâng - chuyển hàng không yêu cầu tốc độcao Cơ cấu nâng của loại cầu trục này thường là palăng xích kéo tay Cơ cấu

di chuyển palăng xích và cầu trục cũng được dẫn động bằng cách kéo xích từdưới lên Tuy là thiết bị nâng thô sơ song do giá thành rẻ và dễ sử dụng màcầu trục dẫn động bằng tay vẫn được sử dụng có hiệu quả trong các phânxưởng nhỏ

- Cầu trục dẫn động bằng động cơ, (hình 1.1) đươc dùng chủ trong các

phân xưởng sửa chữ, lắp ráp lớn và công việc nâng - chuyển hàng yêu cầu cótốc độ và khối lớn Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện Cơ cấu

di chuyển palăng điện, xe con và cầu cũng được dẫn động từ động cơ điện.Loại cầu trục này được dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu điểm nổi bật là khảnăng tự đông hoá, thuận tiện cho người sử dung và có thể sử dụng trong việcvận chuyển các loại hàng có khối lượng lớn

Hình1.7 Cầu trục dẫn động bằng tay

a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm

f Theo vị trí điều khiển

Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầmcầu (hình 1.4) và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm (hình 1.2).Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho các loại cầu trụcmột dầm có tải trọng nâng nhỏ

1.3 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ 1.3.1 Nhiệm vụ:

Thiết kế là một quá trình sáng tạo, trong quá trình này người thiết kếphải tìm hiểu, đề cập và giải quyết thoả đáng hàng loạt các yêu cầu khác nhau

về phương pháp tính toán, chỉ tiêu khả năng làm việc, công nghệ chế tạo vàquy trình lắp ráp, sử dụng, sửa chữa theo nhiều phương pháp khác nhau Nhiệm

vụ chính của thiết kế là tìm ra và cụ thể hoá các giải pháp kỹ thuật để từ đólựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp với nhiệm vụ như thiết kế Cuối cùng

là đưa ra những thông tin về đối tượng thiết kế và từ những thông tin đó có thểtạo ra một sản phẩm cụ thể

Việc thiết kế phải đảm bảo khả năng thực hiện được các giải pháp kỹthuật, nghĩa là phải có sự phù hợp giữa các đặc tính kỹ thuật của các đốitượng mới với các giải pháp kỹ thuật và mức độ phát triển của khoa học kỹthuật cũng như thực tế sản xuất

Trong đề tài này, việc thiết kế được giới hạn trong “thiết kế cầu trục phục

vụ cho việc di chuyển vật nặng với tải trọng 12 tấn ” sao cho đảm bảo được

các tính năng kỹ thuật và yêu cầu đặt ra

1.3.2 Mục tiêu thiết kế:

1.3.2.1 Yêu cầu chung:

Mỗi loại máy nâng được cấu thành từ hai bộ phận cơ bản: kết cấu thép

và bộ phận cơ khí Ngoài hai bộ phận trên còn có phần trang bị điện, các bộphận điều khiển, các cơ cấu bảo vệ an toàn,… Phần kết cấu thép có hình dạng,kích thước ngoài khác nhau, phù hợp với không gian, tính chất công việc vàđối tượng mà chúng phục vụ cũng như điều kiện kinh tế kỹ thuật khác Kếtcấu thép là xương sống, là bộ phận chịu tải của cả máy nâng mà trong quátrình làm việc trọng lượng các cơ cấu cơ khí, tải trọng nâng chuyền đến Các

cơ cấu cơ khí được lắp đặt trực tiếp trên bộ phận kết cấu thép và thực hiệnchức năng nâng hạ, di chuyển hoặc quay máy nâng, thay đổi tầm với Người

ta phối hợp các chức năng của các cơ cấu trên để nâng hạ, di chuyển vật trongkhông gian mà máy nâng có thể thao tác

Bộ phận cơ cấu cơ khí là tập hợp các bộ truyền dẫn động từ động cơđến bộ công tác Các bộ phận này có thể là cơ khí, thuỷ lực, khí nén hoặchỗn hợp của các loại đó Đại đa số các máy nâng sử dụng truyền động cơ khí

mà kết cấu của chúng là: động cơ, hộp giảm tốc, trong đó có các trục, khớpnối, ổ bi, các cặp bánh răng, cáp hoặc xích truyền động, tang cuốn cáp, puli,phanh,… được xắp xếp theo một thứ tự và quy luật truyền động nhất định.Tính toán các cơ cấu truyền động là tính toán chức năng của máy (động học,động lực học như là số vòng, tốc độ, phương chiều chuyển động, lực tácđộng…), sức bền các cơ cấu để từ đó định ra kích thước hình học, côngsuất động cơ và các thông số khác nhằm làm cho máy nâng đặt được cácyêu cầu kĩ thuật phù hợp với yêu cầu thực tế đòi hỏi đặt ra

Đối với tính toán sức bền nhằm tìm được kích thước của các cơ cấu đặt

độ cứng vững và bền mòn Tính toán bền thường trải qua hai giai đoạn:

trước tiên là lựa chọn sơ bộ sau đó là tính chính xác Lựa chọn sơ bộ là mụcđích xác định nhanh những kích thước chính theo phương pháp đơn giản vàgần đúng Tính toán chi tiết hay tính chính xác nhằm mục đích kiểm tra vàđiều chỉnh lại kích thước cơ cấu đã lựa chọn sơ bộ Cách tính này thường dựavào tính chất mỏi của vật liệu.

Hư hỏng các cơ cấu máy nâng chủ yếu là do gẫy và mòn Việc tính bềnchi tiết là phải xác định chính xác kích thước để có khả năng cứng vữngchống lại các tải trọng tác dụng lên chúng, bảo đảm tuổi thọ của chúng đồngthời bảo đảm tính kinh tế không quá lãng phí vật liệu Mòn của các chi tiết

cơ cấu diễn ra từ từ và lâu dài Để đảm bảo độ mòn cho phép cần quan tâmtới chất lượng vật liệu và phương pháp xử lý bề mặt các vật liệu đó phù hợpđiều kiện làm việc theo yêu cầu của từng chi tiết, bộ phận và đặt được tuổithọ của cả máy đã xác định trước

Trong tính toán thiết kế “Cầu trục 12 tấn “ cần thoả mãn các yêu cầu

sau:

- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển trong phân xưởng cơ khí

- Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang vàkhông gian nhà xưởng

- Phải đạt được tính kinh tế cao: nghĩa là thiết bị sau khi chế tạo và cácchi phí vận chuyển của thiết bị phải là tối ưu nhất

- Kích thước các chi tiết kết cấu của cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảmbảo được các tính năng của nó

- Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắpđặt trong phân xưởng

- Sử dụng đơn giản, làm việc phải có độ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự

cố ở mỗi chế độ nâng chuyển

- Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị được dễdàng trong những trừơng hợp cần thiết

- Thiết bị phải đặt tuổi bền cần thiết

1.3.3 Phân tích và chọn phương án thiết kế.

Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới cầu trục 12 tấn, trước

tiên ta phải phân tích chọn sơ đồ kết cấu cầu trục sao cho phù hợp với mụcđích và đặc điểm sản xuất của của phân xưởng sau đó tiến hành chọnphương án thiết kế cho phù hợp, chính xác và đặt hiệu quả cao nhất

a Chọn mô hình thiết kế.

Từ các lọai cầu trục trên, qua tìm hiểu thực tế về đặc điểm kết cấu và tínhnăng kỹ thuật của cầu trục phục vụ trong các phân xưởng tôi thấy loại cầutrục hai dầm dạng chữ I có xe con treo palăng di chuyển trên cạnh trên củadầm chữ I là loại phù hợp nhất Loại cầu này có ưu điểm hơn cả vì có kếtcấu vững chắc, thích hợp cho việc di chuyển trong các phân xưởng cũng nhưyêu cầu về tải trọng, làm việc tin cậy, sử dụng đơn giản, thuận tiện cho việcbảo dưỡng thiết bị nếu xảy ra sự cố và đặt hiệu quả kinh tế cao Chính vì vậy

tôi chọn loại cầu này để thiết kế.

Hình 1.8 Cầu trục thiết kế

- Kết cấu thép: Gồm có dầm cầu(dầm chủ) dầm chủ dựa vào hai dầmngang(dầm cuối), ở cuối hai dầm ngang có đặt các bánh xe, bánh xe dichuyển nhờ nguồn động lực dẫn động Toàn bộ cầu trục di chuyển trênhai đường ray đặt trên cột tường nhà, xe con(xe lăn) chuyển dọc theođường ray đặt trên dầm chủ Trên xe con có đặt các cơ cấu nâng chính,

cơ cấu nâng phụ, cơ cấu di chuyển xe con Đường dây lấy điện cấp điệncho cầu trục

- Phương án dẫn động: mỗi cơ cấu (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xecon, cơ cấu di chuyển cầu) đều được dẫn động bằng một động cơ điện

- Cầu trục được trang bị thiết bị mang vật là móc treo

- Các cơ cấu được điều khiển bằng hộp nút bấm từ dưới nền nhà

b Chọn phương án thiết kế

Hiện nay để đi thiết kế một vấn đề nào đó chúng ta có 4 phương pháp

cơ bản, đó là:

- Thiết kế theo mẫu

- Thiết kế theo Quy Phạm

- Thiết kế theo số liệu thống kê

- Thiết kế theo tính toán

Mỗi phương án thiết kế đều có những đặc điểm và ưu nhược điểmkhác nhau, do đó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn phương án nào chophù hợp nhất theo yêu cầu và mục đích của vấn đề cần giải quyết để đạt hiệuquả cao nhất Vậy với yêu cầu và mục đích cụ thể trong tính toán thiết kế cầu

trục ta chọn phương án thiết kế theo tính toán vì đây là phương án cho ta kết

quả chính xác nhất, tính kinh tế và hiệu quả cao nhất.

Cụ thể trong tính toán “Thiết kế cầu trục hai dầm với tải trọng nâng 12

tấn” ta phải tính các cơ cấu chính sau:

- Tính cơ cấu nâng

- Tính cơ cấu di chuyển: cơ cấu di chuyển cầu và di chuyển palăngđiện

Tương ứng với chế độ làm việc trung bình ta có:

Bảng 1-1 Các số liệu về chế độ làm việc các cơ cấu của cầu trục

- Số lần mở máy trong một giờ, m

- Số chu kỳ làm việc trong một giờ, ack

- Nhiệt độ môi trường xung quanh, t0C

250,330,250,5560

0 – 1525

PHẦN II:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

2.1 Chọn phương án cho cơ cấu nâng

Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng là một bộ phận của cầu trục Việcchọn phương án cho cơ cấu nâng để thiết kế cần phải đảm bảo các thông làmviệc như công suất, tốc độ, đặc tính động lực học, phương pháp điều khiển,môi trường sinh thái, khả năng quá tải, khả năng tiêu chuẩn hóa, khả nănglắp đặt, vận hành, an toàn Các chỉ tiêu kinh tế như giá thành, chi phí sản xuất,khấu hao, chi phí bảo dưỡng sửa chữa v.v

Các phương án bố trí cho cơ cấu nâng:

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng dẫn động bằng tay

Cơ cấu nâng có thể được truyền động băng tay hoặc bằng điện

Hình 2.2 : Pa lăng xích

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng dẫn động bằng điện

a, b,c- Cấu tạo chung của tời cáp d,e,g,h- Cơ cấu nâng nhiều tốc độ i,

f-tời cáp dùng cho gầu ngoạm

Hình 2.4: Một số cơ cấu nâng truyền động bằng điện

Đối với cầu trục thiết kế phương án bố trí cho cơ cấu nâng được chọn có

sơ đồ như hình 2.1 Với phương án này cơ cấu có kích thước tương đối gọnnhẹ cho phép chế tạo từng cụm cơ cấu riêng biệt nên thuận tiện cho việc lắpđặt và đơn giản trong việc chế tạo

1- Động cơ điện.2- Hộp giảm tốc3- Khớp Nối.

Hình 2.6: Sơ đồ Pa lăng mang vật

Các thông số cơ bản ban đầu

- Chế độ làm việc của cơ cấu: Trung bình.

- Trọng lượng của bộ phận mang vật bao gồm: Móc treo, pa lăng đượcchọn theo tiêu chuẩn của liên xô ( atlat ) có khối lượng

Trong các kiểu kết cấu của dây cáp thì kết cấu kiểu  K-P theo tiêuchuẩn của Liên Xô có tiếp xúc đường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau,làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép

cacbon cao ( thép 69, 65) có giới hạn bền 1200  2100 N/ mm 2

Ta chọn loại cáp bện đôi kiểu  K-P kết cấu 6 x 19 (1+9+9) + 110.CΓOCT 3077-69OCT 3077-69 ( b ả n g 2 ) - [ 2 - t ờ 2 0 ] , giới hạn bền các sợi thép trong

khoảng 1500  1800 N/ mm 2

2.2.2 Pa lăng giảm lực.

Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nângvới tải trọng lớn ta dùng một palăng

Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang Do cầu lăn thựchiện việc nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làmviệc ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang tương ứng với trọng tảicầu lăn theo Bảng 2-6[I] chọn bội suất palăng a=2 Palăng gồm hai ròng rọc diđộng và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng, sơ đồ (hình 2.7)

Q

N m

m = 2 – số nhánh cáp cuốn lên tang

t = 0 Vì dây trực tiếp quán lên tang không qua các dòng dọc đổihướng

S max – Lực căng lớn nhất trong dây

n = 5,5 - Hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2- 2) –

[tr.19] ứng với chế độ làm việc trung bình.

=> S đ 37878.78 5,5 208333.13     N 

Xuất phát từ điều kiện bền theo công thức ( 2-10 ), với loại dây đã chọn ởtrên, với giới hạn bền của sợi δ b = 1600 N/mm2 Theo tiêu chuẩn Liên xô , chọnđường kính dây cáp dc = 20,5 mm, có sức kéo đứt Sđ = 215 kN, xấp xỉ với lựcđứt cáp theo yêu cầu, khối lượng trên 1000 m cáp đã được bôi trơn là 1551 kg.Tra bảng 3 [ 2 –trang 20]

2.2.4 Tính kích thước cơ bản của tang và ròng rọc.

* Tang:

- Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang xác định theo công thức (2-12) – [tr-20]

Dt  d c (e  1)  20,5(18  1)  348,5 mm

Trong đó: Dt - Đường kính tang đến đáy rãnh cát, mm.

d c  20,5 mm - Đường kính dây cáp quắn lên tang.

e = 25 – Hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào loại máy và chế độ làm việc, tra theo bảng (2-4) –[ 1 –trang 20]

Ở đây ta chọn đường kính tang và dòng dọc giống nhau: Dt = Dr = 492 mm.Ròng dọc cân bằng không phải là dòng dọc làm việc, có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20% so với dòng dọc làm việc

Dc = 0,8 Dr = 0,8 492 = 393,6 mm

- Chiều dài tang: Chiều dài tang được tính sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất trên tang vẫn còn lại ít nhất là 1,5 vòng dây, không kể những vòng nằm trong cặp ( Quy định an toàn )

Chiều dài toàn bộ của tang khi dùng pa lăng đơn được xác định theocông thức (2-13)[tr.21]

- Chiều dài có ích của cáp khi làm việc với chiều cao nâng danh nghĩa H = 12m

và bội suất Palang a = 2

l = H a = 12 2 = 24 m

- Số vòng cáp làm việc trên tang

' 0

- Khoảng cách L3 ngăn cách giữa hai nửa cắt rãnh tính theo chỉ dẫn ởtrang 21

L  L – 2h tgDựa vào kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:

L4 = 300 mm, khoảng cách giữa hai dòng dọc ở ổ treo móc

hmin = 800 mm, khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục dòng dọc ổ treo móc

tg   0.07, là góc cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với hướng thẳngđứng

φ = 0,8 - hệ số giảm ứng suất đối với tang bằng gang

k =1 – hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên tang.[1-trang 22]

Bảng (2-1) Hệ số an toàn k.

- Công suất động cơ phải đủ đảm bảo mở máy với gia tốc cho trước.Đối với cơ cấu nâng: Xác định công suất tĩnh khi nâng vật bằng tải trọngđược tính theo công thức ( 2-78)- [ 1-trang 48].

N =



1000 60

.V n Q

Trong đó:  p = 0,99 – hiệu suất palăng đã tính trên (mục 2)

t = 0,96 – hiệu suất tang, bảng (1-9)- [1- trang 15].

0 = 0,92 – hiệu suất bộ truyền có kể cả khớp nối, bảng [1-trang 15]

(1-9)-=> η = 0,99 0,96 0,92 = 0,87

Vậy: N = 120000.12

60.1000.0,87 = 27,6 (kW )

Tương ứng với chế độ làm việc trung bình ta

chọn sơ bộ động cơ điện AOC2- 72- 4 Theo AL MNC/ tờ 21

Công suất danh nghĩa : Ndc = 27,5 ( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 700 (vòng/phút)

Hệ số quá tải: max 2,0

Trong đó: nđc = 700 v/ph – số vòng quay danh nghĩa của động cơ, (vg/ph)

nt – số vòng quay của tang, ( vg/ph)

a = 2 – bội suất palăng

D0 – đường kính tang tính đến tâm cáp.

D0 = Dt + dc ≈ 0,51 (m)

Vậy tỷ số truyền chung : i0 = 700/14,7= 47,6

2.2.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt.

Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải cho trên hình 2.9

Hình 2.9 Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Q1 = Q; Q2 = 0,5Q; Q3 = 0,3Q Và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng lượngnày là 3:1:1

Động cơ điện đã chọn các công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu

khi làm việc, do đó phải được kiểm tra về nhiệt

Để kiểm tra đựơc nhiệt động cơ, ta lần lượt xác định các thông số tính toán trongcác thời kỳ làm việc khác nhau của cơ cấu

Với m=2 là số nhánh cuốn cáp trên tang

D Momen trục động cơ khi hạ vật, theo công thức 2-80 [trang 48]

( 375

)

( 375

).

(

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G t

n m n

m

i i n

Ta có: β=1,1 ÷ 1,2 , hệ số ảnh hưởng quán tính các chi tiết trên các trục sautrục I

dc

N M

i i h

h m

Trên đây trình bày cách tính toán các thông số cho trường hợp Q1=Q các trường hợp Q2; Q3 cũng tương tự, kết quả phép tính các thông số cho cáctrường hợp tải trọng khác nhau được ghi theo bảng dưới đây:

Các thông số cần

h m

M

M tb m m t v

2 2

. 351,03.700 25,73

tb dc tb

M n

Kết quả phép tính kiểm tra về nhiệt cho thấy động cơ điện được chọn làAOC2- 72- 4 với CĐ 25%, có công suất danh nghĩa là Ndn = 27,5Kw hoàn toànthoả mãn yêu cầu khi làm việc

hệ thống phanh, do đó cơ cấu nâng của cầu trục phải trang bị thiết bị phanh hãm

để đảm bảo độ an toàn Quá trình phanh được thực hiện bằng cách đưa vào cơcấu lực cản phụ dưới dạng ma sát nảy sinh ra momen phanh

Phanh được dùng có thể có nhiều loại: phanh đai, phanh một má, phanhhai má, phanh áp trục, phanh ly tâm … vvv… có thể phanh thường đóng hoặcthường mở, ở đây ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng và được bố trítrên trục động cơ vì những lý do sau :

Loại phanh này có kích thước nhỏ ngọn hơn các loại phanh khác

Lực phanh tác dụng đối xứng lên trục đặt phanh

Đảm bảo đóng mở nhịp nhàng giữa các má phanh với bánh phanh nên độ

an toàn sẽ cao hơn cho cơ cấu nâng khi làm việc với tải trọng lớn

Phanh thường đóng làm việc an toàn hơn phanh thường mở, khi có sự cốxảy ra thì phanh vẫn đóng vật nâng ở tư thế treo, không bị rơi đột ngột

Đặt phanh trên trục đông cơ thì mômen phanh nhỏ hơn ở các vị trí khác,

do đó kích thước, trọng lượng của phanh sẽ nhỏ hơn và tính an toàn cũng caohơn để chọn phanh làm việc có hiệu quả và an toàn ta dựa vào giá trị momenphanh yêu cầu Mph omen phanh của cơ cấu nâng được xác định từ điều kiện giữvật nâng treo ở trạng thái tĩnh với hệ số an toàn n

Mph = n Mt ≤ [Mph] 2-2-[2]

Trong đó : n hệ số an toàn của phanh, phụ thuộc vào chế độ làm việc đối vớichế độ làm việc nhẹ : n = 1,5 ; trung bình n = 1,75; nặng n = 2 ; rất nặng n =2,5

Phanh được đặt trên trục động cơ nên: Momen phanh được tính :

Qua Việc phân tích tính toán ở trên,ta chọn loại phanh má điện xoay chiều, ký hiệu TKT-300 đảm bảo mômen phanh danh nghĩa vừa đúng

Mph=500Nm

Lực đóng phanh được xác định theo công thức 2-34-[I]

P D M f ph l l

.

1 Bánh phanh; 2, 4 Má phanh; 3, 5 Tay đòn phanh; 6 Nam điện;7 Tay đòncủa cơ cấu tạo lực mở phanh; 8 Lò xo tạo phanh; 9 Lò xo phụ; 10 đai ốc nén

lò xo

11 Dai ốc dùng khi bảo dưỡng hoặc thay mới má phanh; 12 Đai ốc điều chỉnhhành trình phanh;13 ống bao; 14 Thanh đẩy; 15.Vít hạn chế hành trình phanh Trong đó : D: đường kính bánh phanh D = 300mm

f : hệ số ma sát giữa vật kiệu bánh phanh thép các bon C45 và vậtliệu lót phanh ; theo bảng 2-8[T1]

vậy có thể chọn nam châm điện có các thông số đây:

Momen nam châm hút: Mn = 97,5 Nm

Tay đòn đặt lực: a = 60mm

Momen trọng lượng ngàm nam châm: Mng = 4,2 Nm

Lực lò xo chính khi đóng phanh :

a

M P P

P c   P  ng Trong đó : Pp = 2÷8 Lấy Pp = 5kg

360



 D B

N

P 

Trong đó: B Chiều rộng bánh phanh, lấy B=80mm

β0 Góc ôm của má phanh lên bánh phanh

lấy :β0=700

0,112 70

. 3,14.510.80.

360

N P

D B

N/mm2

Theo bảng: 2-10-[I].Áp suất cho phép [p] = 0,4 N/mm2

Khe hở lớn nhất giữa má phanh và bánh phanh xác định theo công thức2-35-[I]

với h1 và h2 là khe hở lớn nhất và bình thường của thanh lõi ngang phanh h1=4mm; h2 =2,5mm

Khe hở lớn nhất : 0 , 96

420 2

200 4 2

Max

420 2

200 5 , 2 2

2.3 Tính toán chọn hộp giảm tốc.

Bộ truyền sẽ được thiết kế dưới dạng hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ, trục ra

và trục vào quay về một phía

Các thông số cần thiết :

Số vòng quay trục vào: n1 = 700 vòng/phút

Động cơ dẫn động : N = 27,6 Kw

Tỉ số truyền chung của hộp là: i = 47,6

2.3.1 Phân phối tỷ số truyền

Trong trường hợp này động cơ nối trực tiếp với trục vào của hộp nên khôngthông qua bộ truyền ngoài

Gọi : icn tỷ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh

26,36 9,55.10 9,55.10 359526

700

I I

N M

92,6

II II

N M

14,7

III III

N M

Vật liệu bánh răng lớn: Thép 40 thường hoá, phôi rèn, có các số liệu sau :

σb = 540 N/mm2

σ chảy = 270 N/mm2

HB = 200

2 Xác định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép

a Ứng suất tiếp xúc cho phép σH

H S

Trong đó :

+ ZR: Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc Lấy ZR=1

+ ZV: hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng Lấy ZV=1

+ KXH: Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng Lấy KXH=1

+ KHL: Hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ được xácđịnh theo công thức: K HL= H HO

HE

N m N

Với: mH : Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

Khi HB ≤ 350 chọn mH = 6

NHO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

NHO = 30 2,4

HB H

NHE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

Khi bộ truyền chịu tải trọng tĩnh: NHE = 60cnt

Trong đó: c : Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay c=1

H

MPa S

H S

Trong đó:

+ ZR: Hệ số xét đến độ nhám của mặt răng làm việc Lấy ZR=1

+ ZV: Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng Lấy ZV=1

+ KXH: Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước răng Lấy KXH=1

+ KHL: Hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ được xácđịnh theo công thức: K HL= H HO

HE

N m N

Với: mH : Bậc của đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn Khi HB ≤ 350 chọn mH = 6

NHO : Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc

NHO = 30 2,4

HB H

NHE : Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

Khi bộ truyền chịu tải trọng tĩnh: NHE = 60cnt

Trong đó: c : Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay c=1

N

N = 1

=> Ứng suất tiếp xúc cho phép:

* Do ta sử dụng bánh răng trụ răng thẳng nên ứng suất tiếp xúc cho phép σH

phải lấy gái trị: [σ ]H = 427,3 (MPa)

b Ứng suất uốn cho phép σF

*

Với bánh răng lớn:

Từ công thức :  

0 lim

K : Hệ số xét đến ảnh hưởng của đặt tải Lấy K Fc=1

Bước đầu chọn sơ bộ y R=y S=K xF=K Fc=1

=>  

0 lim FL

σ

F

F S

Trong đó: N FO: Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn 6

4.10

FO

N 

N FE: Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương N FE  60 .c n tΣ

Với : c : Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay c = 1

K : Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn Lấy K xF

=1

Fc

K : Hệ số xét đến ảnh hưởng của đặt tải Lấy K Fc=1

Bước đầu chọn sơ bộ y R=y S=K xF=K Fc=1

=>  

0 lim FL

σ

F

F S

N FE: Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương N FE  60 .c n tΣ

Với : c : Số lần ăn khớp trong 1 vòng quay c = 1