Tính toán thiết kế bộ di chuyển cầu trục 18 tấn khẩu độ 20 m

Cầu trục đợc sử dụng rộng rãi trong các bến bãi, nhà máy, phân x-ởng để nâng chuyển hàng hoá,máy móc và những công việc nặng.. -Hiện nay nớc ta có nhiều trung tâm nghiên cứu cũng nh các

Lời nói đầu 2

Giới thiệu sơ lợc về câù trục 4

1 Những đặc điểm cơ bản của trang bị điện cầu trục 50

Chơng III Tính toán thiết kế một số cụm chi tiết phụ khác 65

lời nói đầu.

-Máy nâng- vận chuyển là một trong những phơng tiện quan trọngcủa việc cơ giới hoá các quá trình sản xuất trong ngành kinh tế quốc dân

-Trong các nớc tiên tiến, ngày càng phát triển mạnh về "máy - vậnchuyển", ngành máy nâng vận chuyên đã trở thành những ngành lớn về chếtạo máy có tính độc lập

-Trong thời kỳ công nghiệo hoá, hiện đại hoá đất nớc hàng loạtnhững nhà máy, công xởng đợc lắp ráp và xây dựng cùng với dây truyềncông nghệ máy móc hiện đại đang đợc sử dụng rộng rãi với khối lợng lớn

-Để đáp ứng nhu cầu cần thiết của đất nớc đang phát triển nên đòi hỏicần phải có những trang thiết bị phục vụ cho quá trình sản xuất, gópphầnlàm cho chất lợng của các công việc đạt hiệu quả kinh tế cao Do đóyêu cầu cần thiết về thiết kế máy nâng vận chuyển ngày càng cấp bách

-Đứng đầu về nhu cầu tăng nhanh máy nâng vận chuyển phải kể đếncầu trục Cầu trục đợc sử dụng rộng rãi trong các bến bãi, nhà máy, phân x-ởng để nâng chuyển hàng hoá,máy móc và những công việc nặng Nó có ýnghĩa quan trọng về phơng diện giảm nhẹ sức lao động nặng nhọc cho côngnhân, tạo ra năng suất làm việc cao, không ngây ô nhiễm môi trờng , đápứng nhu cầu hiện đại trong ngành kinh tế quốc dân

-Hiện nay nớc ta có nhiều trung tâm nghiên cứu cũng nh các nhàmáy, xí nghhiệp đã và đang nghiên cứu chế tạo các loại cần trục với đầy đủcác kích thớc, tải trọng và chế độ làm việc khác nhau để đáp ứng nhu cầu

đa dạng và phong phú của ngành công nghiệp Vì vậy ngành chế tạo cầutrục cũng đang phát triển

Trong thời gian học tập tại trờng nhờ sự nhiệt tình giảng dạy của cácthầy cô mà em có kiến thức cơ bản về ngành máy xây dựng nói chung vàcầu trục nói riêng

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp có nhiều kiến thức em cần họchỏi tham khảo các thầy cô và bạn bè giúp đỡ với sự nhiệt tình hớng dẫn làm

đề tài của thầy Nguyễn Văn Vịnh để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp

Cuối cùng em xin trân thành cảm ơn:

Thầy TS.Nguyễn Văn Vịnh.

Các thầy cô trong bộ môn Máy Xây Dựng

Sinh viên thực hiện

Đào Duy Quang

Giới thiệu sơ lợc về cầu trục.

Cần trục di chuyển kiểu cầu đợc sử dụng rộng rãi để xếp dỡ hànghoá trong các nhà kho, phân xởng của các nhà máy hoặc của các xí nghiệpsửa chữa, chế tạo Cần trục di chuyển kiểu cầu là một loại kết cấu nânghàng di chuyển dọc theo dàn cầu của cần trụcvàđợc gọi là “cầu trục”

-Cầu trục di chuyển kiểu cầu có một loại dầm hoặc hai dầm có hìnhdạng dầm cầu hoặc dàn đợc di chuyển bằng bánh sắt theo đờng ray đặt trêntờng nhà Do cầu trục có cấu tạo và di chuyển nh vậy nên ở Việt Nam ngời

ta còn gọi là cầu lăn hoặc cầu trục

Nguồn động lực cho các cơ cấu trong cần trục thờng là động cơ điện.Các cơ cấu của cầu trục đảm bảo ba chuyển động

Nâng hạ hàng

Di chuyển xe con mang hàng.

Di chuyển toàn bộ cầu trục

Tải trọng nâng của cầu trục thờng từ 3-15 tấn, ngoài ra ngời ta cònchế tạo ra các loại cầu trục có tải trọng nâng lớn hơn rất nhiều

Để đảm bảo cho toàn bộ cầu trục di chuyển đợc bình thờng theo đờngray thì cần phải có tỷ số giữa khẩu độ Lk với khoảng cách giữa hai bánh xecùng phía Kk:

Khi tải trọng nâng nhỏ hơn 5 tấn và khẩu độ nhỏ ta dùng giá cầu làloại chỉ có một dầm chủ, thờng dùng là một thanh thép định hình chữ I bốtrí Palăng tay hoặc Palăng điện di chuyển trên bản cánh dới của dầm

Khi cần trục có sức nâng từ 5 tấn trở lên và khẩu độ lớn hơn 8m tadùng giá cầu hai dầm( hoặc 4 dàn: hai dàn chủ và hai dàn phụ) trên dầmchủ (hoặc dàn chủ) đặt đờng ray cho xe con mang hàng di chuyển

Kích thớc của giá cầu do tải trọng nâng, khẩu độ L, chiều cao h vàhình thức kết cấu của giá cầu

L: Khoảng cách tâm hai dầm đầu

h: chiều cao giá cầu phụ thuộc khẩu độ Lvà hình thức kếtcấu của giá cầu

B: Khoảng cách tâm trục các bánh xe di chuyển của giá cầu , phụ thuộc vào độ cứng ngang của giá cầu

Tính toán thiết kế cầu trục 2 dầm.

Nhiệm vụ cụ thể đợc chỉ định là:

Tính toán thiết kế bộ máy di chuyển của cầu trục

Xây dựng quy trình sử dụng

Xây dựng , tính toán hệ thống điện của cầu trục

Tính toán và thiết kế một số chi tiết và cụm máy phụ khác

Chơng I.

Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển của

cầu trục

I Chọn phơng án cơ cấu di chuyển cầu trục

Cơ cấu di chuyển của cầu trục có thể thực hiện theo hai phơng án:dẫn động chung và dẫn động riêng

Trong phơng án dẫn động chung( Hình 1; Hình 2 ; Hình 3) động cơdẫn động đợc đặt ở khoảng giữa dầm cầu và truyền chuyển động tới các chủ

động ở hai bên ray nhờ trục truyền Trục truyền có thể là trục quay chậm,quay nhanh và quay trung bình

Trong phơng án dẫn động riêng ( Hình 4) mỗi bánh xe hoặc cụmbánh xe chủ động đợc đặt trong một cơ cấu dẫn động riêng với hai động cơriêng biệt và hai hộp giảm tốc riêng biệt nhng có cùng một thông số kỹthuật

1 Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền dài quay chậm.

5

6

7

Hình 1

-Nguyên lý hoạt động:ở phơng án này động cơ (1) là nguồn dẫn độngchung nối với hộp giảm tốc (2) truyền mô men xoắn tới các bánh xe (5) nhờtrục truyền (3), trục này đợc chế tạo thành nhiều đoạn, đợc nối với nhaubằng các khớp nối trục (4) và đợc đỡ bởi các ổ trục trung gian (7 ) Phanh(6) là phanh hai guốc thờng đóng

+ Phơng án này chỉ dùng cho cầu trục có khẩu độ nhỏ.

3 Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền dài ở cấp quay

3 5

4

7 6

+ Với cùng công suất truyền trục quay nhanh có trọng lợng nhỏ hơn 4-6 lần

so với trục quay chậm, mặc dù phải dùng hai hộp giảm tốc, trọng lợngchung của cơ cấu cũng không tăng

+ Đối với phơng án này độ chính xác lắp đặt các ổ trục đỡ yêu cầu cao vàphải cân bằng động các tiết máy quay nhanh

+ Bộ di chuyển này thờng lắp với khẩu độ cầu trục lớn trên 15 m

4 Cơ cấu di chuyển cầu trục dẫn động độc lập.

2

5 6 4

Bộ máy di chuyển cầu trục dẫn động độc lập, mỗi cụm bánh xe chủ động có

động cơ riêng (1), phanh (3) và hộp giảm tốc (2) Giữa hai cụm bánh xe chủ

động ở hai bên không có liên kết cơ khí

- Ưu khuyết:

+ Phơng án này tuy có sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở haibên ray đều song do kết cấu gọn nhẹ, dễ lắp đặt sử dụng và bảo dỡng

+ Có hiện tợng tự động san tải giữa các động cơ điện

+ Cơ cấu dẫn động độc lập đợc sử dụng với các cầu trục có khẩu độ lớn trên15m

+ Trong phơng án này mỗi cụm riêng biệt đợc tính toán với tải trọng bằng60% tải trọng chung để đề phòng phân bố tải không đều giữa hai bên

Vậy căn cứ những u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của các loại cơcấu di chuyển ta chọn loại cơ cấu di chuyển dẫn động độc lập

II.Tính chọn bánh xe và ray:

Căn cứ vào tải trọng Q = 18T theo bảng 9-4Tài liệu [1] ta chọn bánh

xe hình trụ có hai thành bên đờng kính bánh xe Dbx = 800 mm đờng kínhngõng trục lắp ổ d = 110 mm

Theo bảng 40Tài liệu [2] ta chọn đợc ray KP80

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe A và D khi xe lăn có vật nânglớn nhất tại một đầu cầu bên trái

- Trọng lợng vật nâng Q = 180.000N

P max= PA= PD =

2

1(Gp Q  )L l

L



+4

1Gc

1.190000

1Gc

Pmax = 162558 (N)

Kbx : Hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu

ở đây là chế độ làm việc trung bình nên theo bảng 3.12 Tài liệu[1]

ta có Kbx = 1,2

 : Hệ số tính đến sự thay đổi của tải trọng phụ thuộc vào tỷ số

Go Q

Với thép 55 khi tiếp xúc đờng theo bảng 2-19 T44QI có

d = 750 N/mm2.

Suy ra : d = 190

400 100

156056

=375 <750 N/mm2

Vậy kích thớc bánh xe đã chọn là hợp lý

III.Lựa chọn động cơ điện

Trình tự tính toán

-Xác định tổng trở lực cản di chuyển

- Xác định công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ

Từ những yếu tố trên dựa vào chế độ làm việc của động cơ mà lựachọn động cơ có công suất tơng đơng

W3 : lực cản do gió (lấy dấu dơng khi cầu lăn ngợc chiều gió , lấy dấu

âm khi cầu lăn xuôi chiều gió )

Do yêu cầu thiết kế cầu lăn làm việc trong nhà xởng nên W3 coi nh

bỏ qua

Kt : Hệ số kể đến lực cản do ma sát thành bánh và mặt đầu may ơbánh

Dbx: §êng kÝnh b¸nh xe

d : §êng kÝnh ngâng trôc l¾p æ b¸nh xe

f : HÖ sè ma s¸t trong æ trôc phô thuéc vµo lo¹i æ vµkÕt cÊu æ

tra b¶ng 3-8 Tµi liÖu[1]

L

B   tra b¶ng 3-6 Tµi liÖu[1]

ta đợc Kt =2.4 Vậy Wt = 2,4.2510 + 453 = 6459 (N)

2 Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ.

Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ đợc xác định theo côngthức 3-60 Tài liệu[1]

Vậy Nt = 6459.50

6,3( ) 60.1000.0,85  KW

Vì bố trí cơ cấu di chuyển cần là độc lập nên để đề phòng phân bố tảitrọng không đều giữa hai bên thì công suất cần thiết của mỗi động cơ ở mỗibên lấy bằng 60% Nt yêu cầu chung

Vậy N* =60% Nt = 60%.6,3 = 3,8 (KW)

Tơng ứng với chế độ làm việc của cơ cấu là trung bình ta chọn độngcơ điện cho cơ cấu di chuyển là động cơ dây cuốn để có thể thay đổi đợctốc độ di chuyển, vì khi mang tải khi cần điều chỉnh cầu di chuyển chậm,còn khi không mang tải thì cần điều chỉnh cầu di chuyển nhanh Mặt kháckhông chọn đông cơ lồng sóc,vì động cơ dây cuốn làm việc êm hơn và có

đờng đặc tính mềm hơn, khả năng thay đổi tốc độ tốt hơn Vậy tơng ứng vớichế độ làm việc của cơ cấu là trung bình có CĐ 25%

Sơ bộ ta chọn động cơ điện rôto dây cuốn MT 21-6 các loại động cơdùng cho cầu trục

Động cơ MT 21-6 có các thông số sau:

- Công suất danh nghĩa Nđc=5 KW

- Số vòng quay n =940 vòng/phút

IV.Tỷ số truyền chung.

1 Số vòng quay yêu cầu của bánh xe.

bx = .Vc Dbx



Trong đó: bx : Số vòng quay cần thiết của bánh xe

Vc : Vận tốc di chuyển cầu trục (V = 50 V/ph)

Công suất của động cơ phải có gia tốc đủ lớn để khởi động cầu trục

mà vẫn đảm bảo hệ số an toàn bám nằm trong khoảng cho phép

Làm việc trong thời gian dài với chế độ ngắt liên tục, lặp đi lặp lạinhiều lần trong khi làm việc mà không bị nóng, không h hại những vật cách

điện bên trong

Ta chọn động cơ có công suất lớn nên có thể bỏ qua việc kiểm tra vềnhiệt động cơ đó , chỉ cần kiểm tra xem động cơ khi mở máy thì độ bámthực tế và độ bám dự trữ là bao nhiêu, có đảm bảo hay không

Kiểm tra động cơ về mô men mở máy:

- Gia tốc lớn nhất cho phép để đảm bảo hệ số an toàn bám Kb=1,2.Tính cho trờng hợp lực bám ít nhât khi không có vật nâng theo công thức 3-

51 Tài liệu[1]

Jo max= )

2 , 1

Dbx

d Gdf

Gd Go

l-Vì đối với cầu trục thì phải tiến hành kiểm tra an toàn bám riêng chotừng chân dựa một khi xe lăn có vật nâng ở vị trí bất lợi đối với chân đó Vìvậy trong trờng hợp này tải trọng coi toàn bộ hệ thống xe con dịch chuyểnsát một bên và coi nh bên kia không chịu trọng lợng của hệ thống nàykhi

t = Wt* G G Q

 0

0 =6459*

180000 255000

255000

 =3786Suy ra

) / ( 69

i

D W

2

0

o m

d I i dc

o m c

bx

t

D Gi t

i

n D Go

* 375

*

2 1 2

1

* 375

940

* 89 7

* 2 1 85 0

* 21 1

* 47

* 375

940

* 8 0

* 255000 85

0

* 47

* 2

8 0

* 3786

2

2

m N

M o

Đối với động cơ điiện một chiều và động cơ điện xoay chiều kiểu dâycuốn có mô men mở máy trung bình của động cơ :

 

) ( 7 1 7

1 2

1 1 5

2 8 1 2

5

* 9550

*

n

N M

* 60

50

* 60

2

s m t

V

m

dc o

69 0

* 127500 800

110

* 02 0

* 127500 3768

2 0

* 127500

d f G W

G

m o bx d

o t

d b



Ta thấy hệ số Kb =2.1>1.2 Vậy động cơ đã chọn là hoàn toàn đảmbảo

VI.Tính chọn phanh.

Mục đích của tính toán và lựa chọn phanh:

Trong quá trình hoạt động, nếu xảy ra sự cố bất thờng nh tuột cáp,vật mang trong khi di chuyển bị va chạm với chớng ngại vật …trong nhà xtrong nhà x-ởng Thì phải có thiết bị phanh để hãm chuyển động hệ thống lại, tránh hhỏng bộ phận khác và tránh gây tai nạn trong sản xuất…trong nhà x

Thiết bị hãm di chuyển là phanh, phanh chủ yếu dùng cho máy trục

là loại phanh điện hai má

Đặc điểm của loại phanh này là hoạt động chính xác, kịp thời khi mất

điện tự động đóng lại do đó tính năng kỹ thuật của phanh an toàn đó là đặc

điểm nổi bật của phanh điện

- Gia tốc hãm nên dùng Jo

ph phụ thuộc vào tỷ số bánh dẫn động sovới tổng số bánh xe ở đây tỉ lệ đó là 50% Nó còn phụ thuộc vào hệ sốbám  ( =0.2)

tra bảng 3-10 Tài liệu[1] ta có Jo

I o

ph c

dc bx

dc c bx

o t

t

n Di Gi t

i

n D Go i

D W

* 375

*

*

*

* 375

*

*

*

* 2

2 1 2

* 255000

* 2

Dbx

d f

Vậy:

Mph =

-) ( 127 1

1

* 375

940

* 59 7

* 2 1 1

1

* 47

* 375

85 0

* 940

* 8 0

* 255000 85

Căn cứ vào mômen phanh trên tải trọng chọn loại phanh má TKT

-200 theo tiêu chuẩn của BHTMAIII phanh này có khả năng tạo ra mômen phanh lớn nhất Mmax =160 N.m nhng ở đây ta sẽ sử dụng theo yêu cầuvới Mph = 127 N.m

Trớc hết ta kiểm tra hệ số an toàn bám khi không có vật theo côngthức 3-49 a Tài liệu[1]

4 1 25 1466 75

0

* 81 9 255000

2 0

* 127500

ph W J g Go

# 1 2

*

* 375

*

*

*

* 375

*

*

*

c t ph

dc bx

t ph

I i

i M M

n D Q Go M

M

n D Gi

940

* 85 0

* 8 0

* 180000 255000

29 127

* 375

940

* 89 7

* 2 1

* 60

50

* 60

2

s m t

Vdc J

ph

Giá trị trên nằm trong khoảng thờng dùng 0 3  0 6m/s2 đối với cácmáy trục thông thờng Nh vậy phanh đã chọn là hơp lý

Trong trờng hợp cần chế tạo lấy ta có thể lấy các kích thớc và số liệucơ bản nh phanh TKT - 200 và tải trọng sẽ tiến hành một số tính toán nhsau:

Sơ đồ tính phanh

Lực đóng phanh cần có:

l

l f D

135

* 9 0

* 35 0

* 2

fN s

n

Pc p

Tay đòn đặt lực a = 34(mm) = 0.034 (m) Mômen trọng lợng ngàm nam châm Mng = 3.6(N.m) Nam châm này có thể phát ra lực đẩy.Khi mở phanh lò chính bị ép thêm

một một khoảng  h

2

1 lực sẽ tăng lên một ít, giả thiết tăng lên 10% so với ban đầu nghĩa là cần có lực đẩy  11P 1152 8 (N).Vậy nam châm đã chọn

có lực đẩy xấp xỉ trị số yêu cầu và dùng đợc

034 0

6 3 40

a

Mng Pp P

* 2 0

70

* 90

* 200

*

3 1814 360

P B

 max = 0 84 ( )

305

135

* 2

8 3 1

* 2

1

mm l

l h

VII.Bộ truyền.

Ta dùng hộp giảm tốc bánh răng trụ đặt đứng Hộp giảm tốc phải

đảm bảo các yêu cầu sau:

Với CĐ 25% số vòng quay trục vào là 940 (v/ph) truyền đợc công suất 3.8 KW và tỷ số truyền 47 tra bảng 48 Tài liệu[2]

Trong các hộp giảm tốc tiêu chuẩn của ngành máy nâng chuyển không có loại nào phù hợp với các yêu câù trên Hộp giảm tốc phù hợp hơn cả là hộp giảm tốc BK 350

- Kiểu hộp 3 cấp bánh răng trục thẳng đứng

Để có cơ sở ta dùng gần toàn bộ các thông số và kích thớc cơ bản củahộp giảm tốc quy chuẩn

- Ta kiểm tra khả năng tải của nó so với yêu cầu

+ Khả năng mômen dẫn đến ttrục vào:

Mvào = 9550*n N 9550*1004 38.2(N.m)

v



+ Khả năng truyền mômen ở trục ra:

* 9550

* 9550

/

/

m N n

N c y

c y



+ Yêu cầu mô men truyền ở trục ra:

My/c(ra) = My/c(vào)*iy/c

4 1

2



Z

Z Z

Z Z Z

Để giữ nguyên các thông số khoảng cách trục, mô đun và do đó kích thớc toàn bộ hộp giảm tốc ta sẽ dùng số răng khác nhng vẫn giữ tổng số răng từng cặp một theo tiêu chuẩn cụ thể là:

4 1

2 3 2



Z

Z Z

Z Z

Z i i i

i Ta sẽ

có hộp giảm tốc đủ khả năng tải và đảm bảo yêu cầu động học

VIII.C¸c bé phËn kh¸c cña c¬ cÊu di chuyÓn

- Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe (bánh D) đã đợc xác định ở bớc tính bánh xe Có trị số bằng Pmax = 162558 (N)

- Tải trọng tác dụng lên trục: khi tính toán tải trọng tác dụng lên trục

có kể đến ảnh hởng của tải trọng động đợc tính theo công thức sau:

* 2

l Pt l Pt

mm N

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

di chuyển bánh xe (1/2lực cản chuyển động cầu lăn) nhng trị số lực này nhỏnên ta bỏ qua

Xác định mômen xoắn trên trục:

Mômen xoắn lớn nhất truyền từ trục ra của hộp giảm tốc sang bánh dẫn 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 trên trục I (trục động

8 3

* 9550

* 9550

1

*

m N n

td Di Gi Md

940

50 180000 255000

1 0

M

) ( 124 3

83

* 1 0

55 17578351

Ta lÊy dêng kÝnh trôc ë ®©y d=125 (mm)

Sau ®©y ta kiÓm tra l¹i hÖ sè an toµn theo søc bÒn mái cña trôc

T¹i tiÕt diÖn nguy hiÓmvíi d=125 tra b¶ng 7-23 Tµi liÖu[4] cã khoÐt r·nh then: bh 36  20

tra b¶ng7-3b Tµi liÖu[4]

Ta có: W=172700 (mm3)

W1=364000 (mm3)

Các ứng suất lớn nhất:

8 98 172700

Hệ số chất lợng bề mặt ở đâylấy   0 9( Bề mặt đợc mài)

theo Tài liệu[1]

Hệ số kích thớc lấy theo bảng 7-4 Tài liệu[4]

67 0



   0 55

Hệ số tập trung ứng suất đối với tiết diện trục rãnh then là:

(theo bảng 7-6 Tài liệu[4])

Số gìơ làm việc tổng cộng

T=A*24*365*Kn*Kng

Trong đó:

Kn: hệ số sử dụng trong năm, tra bảng 1-1 Tài liệu[1] Kn=0.5

Kng: Hệ số sử dụng trong ngày, tra bảng 1-1 Tài liệu[1] ta có

4

1 75

0 2

1215 20000

180000

* 75 0 65000

p P

Số chu kỳ làm việc Z1 , Z2, Z3 , Z 4 tơng ứng với các tải trọngQ1, Q2,

Q3, Q4 phân bố theo tỷ lệ 2:5:3:10 theo hình 1-1 Tài liệu[1] cứ mỗi chuyến

đi có tải thì kèm theo một chuyến về không có tải hoặc ngợc lại

Vậy:

0 * 26 48 * 10 2 648 * 10 10

1 20

1 20

3 20

1 20