Tính toán thiết kế cơ cấu nâng hạ,cơ cấu di chuyển xe con đặt trên cổng trục hai dầm

chuyển chiếm một phần không nhỏ trong khái niệm máy xây dựng , nó có lịch sử pháttriển rất lâu đời gắn liền với lịch sử phát triển của xã hội loài ngời và song hành với sựphát triển của

Trờng:đại học giao thông vận tải hà nội.

Giáo viên hớng dẫn: TS nguyễn văn vịnh.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Phú

Lớp:MXD K41

Hà NộI 5/2008

Chơng 1 : giới thiệu chung.

Máy xây dựng là một khái niệm rộng lớn bao gồm sự kết tinh của tri thức , khoa học kỹ thuật của nhân loại trong quá trình lao động sản xuất và cải tạo lao động sản xuất Sự tiến hoá của tri thức nhân loại càng thúc đẩy việc cải tạo công cụ lao

động , nhằm mục đích từng bớc giải phóng sức lao động con ngời

Máy xây dựng đợc phân ra làm nhiều loại nh : máy thi công chuyên dùng , máy

chuyển chiếm một phần không nhỏ trong khái niệm máy xây dựng , nó có lịch sử pháttriển rất lâu đời gắn liền với lịch sử phát triển của xã hội loài ngời và song hành với sựphát triển của khoa học kỹ thuật Trong đó cầu trục và cổng trục là hai loại máy chủ lực của máy trục , nó phục vụ rất đắc lực công tác vận chuyển , xếp dỡ hàng hoá, lắp ráp máy móc , lao lắp dầm cầu ở nhà xởng , kho bãi , nhà bãi , các công trình xây dựng

Cổng trục hay còn có tên gọi khác là cầu trục long môm , cầu trục chân đế , cầutrục kiểu chữ u là loại đợc sử dụng rộng rãi trên các công trình xây dựng nh : xây dựng nhà dân dụng , nhà công nghiệp , xây dựng công trình thuỷ điện , quốc phòng , thuỷ lợi , giao thông , để lắp ráp máy móc , thiết bị xếp dỡ hàng hoá ở các bến cảng nhà ga , phục vụ cho việc sản xuất các cấu kiện xây dựng , lao lắp dầm cầu , v v Kết cấu thép tầng trên giống nh cầu trục nhng khác với cầu trục ở chỗ đợc trang bị thêm các chân đỡ đặt trên các cụm bánh xe di chuyển trên đờng ray chuyên dùng để tạo ra chiều cao nâng Công dụng , dạng kết cấu thép , kết cấu tầng trên , phơng án dẫn động cơ cấu di chuyển cổng rất đa dạng , nên có rất nhiều quan điểm phân loại cổng cụ thể nh sau:

-Theo công dụng:

+Cổng trục có công dụng chung : dùng để xếp dỡ , vận chuyển hàng thể khối , vật liệu rời trong các kho bãi , bến cảng nhà ga Có tải trọng nâng từ 3.210 (tấn) , khẩu độ dầm chính từ 1040 (m) , chiều cao nâng từ 716 (m)

+Cổng trục dùng để lắp ráp : dùng để lắp ráp các thiết bị trong nhiều lĩnh vực , với vận tốc thấp

+Cổng trục có công dụng riêng : chuyên để phục một loại công việc nào đó nh nghành đóng tàu

+Cổng trục có rải sức nâng lớn cũng nh chiều cao nâng lớn , nên có thể cẩu đợc nhiều mã hàng với tải nâng khác nhau và với độ cồng kềnh khác nhau

+Tải trọng hàng nâng không thay đổi dọc theo cổng , sử dụng với độ tin cậy cao , làm việc ổn địng chính xác

+Trọng lợng bản thân kết cấu nhỏ , thiết bị máy móc đơn giản , dễ chăm sóc bảo dỡng kỹ thuật , thích nghi với nhiều công việc khác nhau

+Trong công tác xây dựng , cổng trục đợc sử dụng chủ yếu để lao lắp dầm cầu do có sức nâng lớn , khẩu độ , chiều cao nâng lớn , lắp ráp có độ chính xác cao do vận tốc các thiết bị nâng và di chuyển nhỏ

Cổng trục nh nói ở trên với chức năng chủ yếu là nâng hạ hàng và di chuyển nó trong không gian làm việc Muốn thực hiện đợc chức năng trên cổng trục phải bố trí thiết bị nâng hạ vật và cơ cấu di chuyển thiết bị ấy Thiết bị ấy là xe con mang hàng hoặc pa lăng , cụ thể ở đây là xe con Nh vậy , trên xe con đợc bố trí cơ cấu nâng , cơ cấu di chuyển , các cơ cấu này đợc trang bị các động cơ điện riêng và sử dụng mạng

điện công nghiệp

Điều khiển xe con cũng nh toàn cổng nhờ ngời lái chuyên nghiệp từ trong ca bin treo ở một đầu cổng hoặc điều khiển từ mặt đất qua hộp điều khiển , điều khiển các cơ cấu trên hoàn toàn độc lập với nhau

Xe con mang hàng là một khung hàn hay đinh tán với rất nhiều dạng kết cấu khác nhau trên thực tế Nó phụ thuộc vào tải trọng hàng nâng vào quan điểm thẩm mĩkhi bố trí các cơ cấu trên đó của ngời thiết kế Tuy nhiên , dù cấu tạo về hình dáng cónhiều dạng khác nhau thì xe con cũng gồm hai cơ cấu chính : cơ cấu nâng hạ và cơ cấu di chuyển xe con Để đơn giản trong công việc lắp đặt thì mỗi cơ cấu đợc bố trí liền thành một khối và cố gắng đạt đợc các yêu cầu đặt ra nh sau :

1 Kích thớc và trọng lợng nhỏ nhất Yêu cầu này ảnh hởng trực tiếp tới không gian

mà xe con phục vụ , chiều cao cho phép của cổng

2 Phân bố trọng lợng vật treo , trọng lợng các cơ cấuđặt trên xe phải đều cho các bánh xe

3 Sắp đặt các bộ phận trên khung xe phải tiện lợi đễ dàng cho việc lắp ráp và bảo quản Yêu cầu này đảm bảo có thể tháo chữa một bộ phận nào mà không đụng

đến bộ phận bên cạnh Các tiết máy và các bộ phận máy cần kiểm tra , cũng nh các dụng cụ bôi trơn phải sắp đặt nh thế nào cho việc bảo quản chúng đợc tiện lợi

II-xác định vận tốc di chuyển xe con:

-Theo giáo trình "Máy vận chuyển-nhà xuất bản giao thông"thì vận tốc di chuyển của

xe lăn ở trong khoảng 1050(m/phút),phơng án thiết kế ở đây ta chọn vx=20(m/phút)

III-thiết kế bánh xe:

Xe con dy chuyển trên dầm cổng trục nhờ các bánh xe hình trụ hay hình

côn.Để đảm bảo an toàn thì thờng dùng bánh xe có hai thành bên cho xe con mang hàng khỏi bị trợt khỏi đờng ray.Khoảng cách hai mép trong của thành bánh xe làm rộng hơn để chánh lực ma sát lớn giữa thành bánh và mặt bên của ray.Bánh xe hình trụ đợc sủ dụng rộng rãi nhất,dễ chế tạo nhng không có khả năng định tâm.Khắc phục

điều này ngời ta dùng hai bánh hình côn để làm bánh dẫn.Do ngày nay công nghệ chính xác ngày càng cao nên vấn đề định tâm chuẩn cho các bánh xe hình trụ không còn là vấn đề nữa.Do vậy để dễ chế tạo ,lắp lẫn giữa các bánh xe cao ta dùng cả bốn bánh giống nhau hình trụ có thành bên vật liệu chế tạo bánh xe ta chọn là thép 55,bềmặt làm việc đợc nhiệt luyện với độ rắn HB=300400 với bề dày1.5(mm)

-Theo tiêu chuẩn OCT3569-60,ta sơ bộ chọn bánh xe:(hình 23)

+Đờng kính bánh xe:Dbx=300(mm),+Đờng kính ngõng trục:d=60(mm),+Bề rộng bánh xe(không kể thành bên):60(mm)

-Tơng ứng với Dbx ta chọn thép vuông 45x45 làm ray đặt trên cổng trục cho xe lăn chạy

 Kiểm tra bánh xe:

-Bánh xe và ray tiếp xúc đờng ,bánh xe kẹp chặt trên trục không thể quay tơng đơng với mặt phẳng vuông góc với trục nên để đảm bảo bánh xe bền cho bánh xe thì :

d=190

r b

P bx

* d (2.67-TTMT)

Trong đó:

Vì vật liệu làm bánh xe là thép đúc 55 nên tra bảng (2.19-TTMT),ứng suất dập cho phép:d=750(N/mm2),

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

b=40(mm)r=150(mm)

Vậy: Pmax=PA+Pmim=8750+32142.86=40892.86(N)

150

* 40

86 40892

* 2 1

* 8

-Công thức tĩnh yêu cầu : Nt=

dc

x

t v W



* 1000

*

vx=20 (m/phút)

dc:hệ số dy chuyển của cơ cấu,tra bảng(1.9-TTMT) với bộ truyền bánh răng ,dùng ổ lăn thì dc=0.80.9,ta lấy dc=0.85

Wt:tổng lực cản tĩnh di chuyển xe con

 Cơ cấu dy chuyển này là bộ máy tự hành tren hai ray nên tổng lực cản dy động gồm các thành phần :

+Lực cản tĩnh tác dụng trong suốt quá trình di chuyển với vận tốc ổn định

+Lực cản động chỉ xuất hiện khi khởi động,khi phanh hoặc chuyển động có gia tốc.ở đây ta chỉ quan tâm đến lực cản tĩnh:

Ta có: Wt=ktw1+w2+w3 (N) (3.39-TTMT)

kt:hệ số kể đến lực cản ma sát do thành bánh và mặt đầu mai ơ bánh xe.Tra

bảng(3.6-TTMT) căn cứ vào tỷ số khoảng cách bánh trên khoảng cách trục bánh xe:

1200

1400

>1,dùng ổ lăn để lắp bánh xe nên:

kt=21.w1:Lực cẳn do ma sát lăn và ma sát ổ trục:

:hệ số ma sát lăn (mm),tra bảng (3.7-TTMT) với Dbx =300(mm) và ray vuông(hay ray bằng) ta có =0.3

f:hệ số ma sát trong ổ trục,tra bảng (3.8-TTMT) căn cứ vào ổ nón:f=0.02

300

02 0

* 60 3 0

* 2

w3=k0*q*(Fk+Fh) (N) (1.2-TTMT)

k0:hệ số cản khí động

+Đối với dàn và dầm kín:k0=1.1+Đối với buồng lái và đối trọng:k0=1.2

ta lấy:k0=1.1q:áp lực gió tính toán,tra bảng(1.2-TTMT) với phép tính động cơ

Ta lấy =0.8

Fk=0.84*0.8=0.672(m2)

Fh:diện tích hớng gió của vật nâng, theo bảng (1.4-TTMT) Fh=9(m2)

w3=1.1*150*(9+0.672)=1595.88 (N)Vậy: Wt=2*750+250+1595.88=3345.88 (N)

Cuối cùng: Nt= 1 8 ( )

85 0

* 1000

* 60

28

* 88 3345

+Mô mem vô lăng: 1.7(N.m2)+Trọng lợng: 90(kg)

V-tỷ số truyền chung:

Vận tốc vòng quay để đảm bảo vận tốc dy chuyển của xe:

3 0

* 14 3

VI-kiểm tra động cơ điện về mô mem mở máy:

Cơ cấu di chuyển cần phải đợcc kiểm tra về lực bám sao cho đảm bảo hệ số an toàn bám nhất định,để tránh hiện tợng trợt trơn của bánh xe trên đờng ray.Phép tính kiểm tra về lực bám tiến hành cho trờng hợp mở máy khi không có vật nâng treo ở móc,là lúc có nhiều khả năng xảy ra hiện trợt trơn nhất

Để đảm bảo điều kiện bám thì:

Mm max=(1.82.5)Mdn:mô mem mở máy lớn nhất

Mm mim=1.1Mdn:mô mem mở máy nhỏ nhất

Mdn:mô mem danh nghĩa của động cơ



Vậy: Mm(đc)= M dn 1 45 *M dn

2

) 1 1 8 1 (

Mt0,Mđ10:mô mem tĩnh và động do quán tính khối lợng phần

dy chuyển tính cho trờng hợp không có vật nâng

Mđ2:mô mem động do quán tính khối lợng các tiết máy quaytrong cơ cấu

Ta có: Mt0=

dc x

bx t

i

D w



*

* 2

*

0

Wt0:tổng lực cản tĩnh chuyển động xe lăn khi không có vật nâng

Wto=ktw1 +w2 +w3 (N) (3.39-TTMT)Các thành phần trong công thức trên tính nh khi ta tính lực cản tĩnh chuyển

động xe lănvới chú ý không có Q,khi đó thay số ta tính đợc:

wt0=2*35000* 0 002 * 35000 1 1 * 150 * 0 672 600 88 N

300

60

* 02 0 3 0

* 2

c bx

t i

n D G



*

*

* 375

*

*

0 2

gia tốc lớn nhất để đảm bảo an toàn bám với hệ số bám kb=1.2:

1

*

t bx d

D

d f G

G G

* 17500 2

1

12 0

* 17500 ( 35000

81 9

s m

m

t = 0 86 ( )

54 0

* 60

28

s



Ta có: Mđ2= 0

2

* 375

* )

* (

*

m

dc I i i

t

n D G

* 375

885

* 955 1 2 1 85 0

* 86 0

* 85 19

* 375

885

* 2 0

* 35000 55

19

* 85 0

* 2

2 0

* 88 801

VII-tính toán phanh:

Cơ sở để tính chọn phanh là mô mem phanh với điều kiện: MphMph

Mph:mô mem phanh tính toán

Mph:mô mem phanh cho phép ,tra bảng

-Mô mem phanh phải đợc xuất phát từ yêu cầu sao cho khi xe lăn di chuyển trên ray trong mọi trờng hợp phải đảm bảo xe không xảy ra trợt trơn trong quá trình phanh

ph x

dc dc bx dc

x

bx t

t

n D G t

i

n D G i

D W

* 375

)

* (

*

*

* 375

*

*

*

* 2

* 2

* 35000

* 2

N D

* 60

* 78 29

* 375

85 0

* 885

* 3 0

* 35000 04

1

* 375

885

* 2 1

* 955 1 85 0

* 78 29

* 2

3 0

* 315

2

2

m N







căn cứ vào mô mem phanh cần thiết trên đây ta chọn phanh má điện từ kiểu TKT-100

có mô mem phanh Mph =20(N.m)theo tiêu chuẩn BHИИMAШ.Ш

-Ta kiểm tra phanh đã chọn theo ba điều kiện sau:

W g

j G

45 0

12 0

* 17500

375

*

*

* )

( 375

* )

* (

*

0

2 0 0

2

t ph

dc dc bx t

ph

dc I i i

M M

n D G M

M

n D G

Mph:mô mem phanh vừa chọn

Mt0:mô mem cản tĩnh của phanh khi có vật nâng đợc tính

Mt0=

dc dc

bx t

i

D W



*

* 2

*

0

Wt0=wt=3345.88(N)Khi đó: Mt0= 19 82 ( )

85 0

* 78 29

* 2

3 0

* 88 3345

m N



Và: tph= 0 97 s

78 29

* ) 82 19 20 ( 375

85 0

* 885

* 3 0

* 35000 )

82 19 20 (

* 375

885

* 955 1

* 2 1

* 60

s m



Tóm lại đảm gia tốc hãm khi có vật

 Xe con làm việc ngoài trời không có bộ phận hãm gió,mô mem phanh phải đảm bảo điều kiện sau:

k*(w2 +w3 -w1 )*

dc

dc bx

i

D

* 2

kk:hệ số khí động họcq:áp lực gió ở trạng thái không làm việc,tra bảng (1.3-TTMT) q=1000(N/

* 60 3 0

* 2 35000 )

*

* 2 (

D

d f G

* 2

85 0

* 3 0

 <20Tóm lại việc chọn phanh TKT-100 là hoàn toàn hợp lý

VIII-tính chọn bộ truyền:

Hộp giảm tốc ta chọn là loại đặt đứng với bánh răng truyền động là bánh răng trụ.Hộpgiảm tốc đợc chọn phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+Tỷ số truyền: i=29.78+Chế độ làm việc: CĐ=25

+Vận tốc vòng quay: nv=885(v/phút)+Công suất phải truyền: N=2.2(kw)Căn cứ vào những điều trên ta chọn hộp giảm tốc BK-475 ,với các thông cho nh sau:+Ký hiệu: BK-475 bánh răng trụ ba cấp,

+Tỷ số truyền: i=29.06 phơng án III,

+Công suất truyền : N=6.5 (kw)

Sai lệch tỷ số truyền:= * 100

78 29

78 29 06

=-2.417 nằm trong phạm vi cho phép

Hộp giảm tốc đặt đứng loại BK thông dụng và cố định dễ dàng bằng 4 đai ốc phía sau

mà không phải dùng tới đinh vấu,đầu trên trục ra dễ dàng cho việc lắp ráp khớp nối

mà không phải phay các rãnh then nh hộp giảm tốc BKH

IX-thiết kế các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển:

1.Trục bánh chủ động:

Kết cấu bộ phận trục cùng bánh dẫn và hộp trục trình bày nh hình vẽ (hình 24).Bánh

đợc lắp cứng trên trục nhờ then.Trục đợc đặt trên ổ bi đỡ chặn,đợc liên kết với khung

xe nhờ các hộp trục.Trong quá trình làm việc trục quay chịu uốn và xoắn.ứng suất uốnthay đổi theo chu kỳ đối xứng,do tính chấtlàm việc hai chiều nên coi nh ứng suất xoắncũng thay đổi theo chu kỳ đối xứng

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe A xác định nhơ phần tính toán bánh xe với kếtquả: PA=Pmax=40892.86(N)

Tải trọng này cha kể đến ảnh hởng của tải trọng động.Khi tính toán ta cần tính với tải trọng động Với bộ máy của ta làm việc với chế độ CĐ=25nên ta lấy kđ=1.2,do đó tải trọng thực tế để tính toán:

Pt=Pmax*kđ=1.2*40892.86=49071.432(N)Sơ đồ hoá tính toán trục bánh chủ động với hai gối đặt ở giữa ổ bi cố định trục,trục sẽ chịu xoắm đồng thời chịu uốn:

+Trục chịu uốn do phản lực của ray tác dụng lên bánh xe,mô mem uốn lớn nhất tại tiết diện giữa bánh:

Mu max=P t l 2453571 6N.mm

4

200

* 432 49071 4

động cùng tốc độ,điều kiện làm việc của các bánh nh nhau.Ta sẽ dùng trị số này để tính toán.Mô mem xoắnlớn nhất trên trục bánh A tính theo:

Mx=Mbd N m

P P

P

D A

D G

D G

I i i

td i

346 2 512 12

512 12

* 24 23 )

* (

)

* (

Mô mem tơng đơng tác dụng nên trục tại mặt cắt giữa trục:

Sơ đồ hoá tính toán trục chủ động và biểu đồ mô mem uốn mô mem xoắn (hình 25)

Mtđ= M u2  *M x2= 2453 5716 2  656 7 2

Vì ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ đối xứng nên =1,vậy thay số ta tính đợc:

Mtđ=2539934.7(N.mm)

Để chế tạo trục ta sử dụng thép 45 có giới hạn mỏi -1=250(N/mm2),

-1=150(N/mm2),ứng suất uốn cho phép với chu kỳ đối xứng xác định theo công thức:

* 4 1

250

mm N

43 71

* 1 0

7 2539934

vì tại tiết diện này ta làm then nên kích thớc phải lấy tăng 4,do vậy:

d70.8*1.04=73.632(mm)kết cấu trục sơ bộ nh hình vẽ 26

Ta chọn: d=75,các kích thớc còn lại lấy nh hình vẽ,tra bảng (7.23-TKCTM) ta có kích thớc then bằng bxh=24x14.Chiều dài then đợc xác định theo sức bền dập và sức bền cắt:

 Theo điều kiện dập trên mặt cạnh làm việc của then:

l

 d

x

k d

Mx=656700(N.mm)d=75(mm)

b=24(mm):bề rộng then k=8.7:biểu thị phần then lắp trong rãnh của trục

d:ứng suất dập cho phép ,tra bảng (7.20-TKCTM) dạng lắp cố định,vậtliệu mai ơ bằng thép,đặc tính tải trọng va đập nên d=50(N/mm2)

50

* 7 8

* 75

656700

* 2





 Theo điều kiện cắt của then:

 c

x

b d

* 75

656700

* 2





Từ kết quả trên ta lấy l=80(mm) vì theo kinh nghiệm l =0.80.9 chiều dài mai

ơ

Kiểm tra trục theo hệ số an toàn:

-Tại mặt cắt kiểm tra trục chịu cả uốn và xoắn,do vậy công thức tính hệ số an toàn:

n n

 (1.10-TTMT)+Hệ số an toàn uốn vì là quy luật chu kỳ đối xứng nên:



tra bảng (7.3b-TKCTM)ta có :

+Mô mem chống uốn: W=37600(mm3)+Mô mem chống xoắn: Wx=79000 (mm3)khi đó ứng suất lớn nhất:

mm N

Z1= 2944210 8

10

15 29442108



4

15 29442108



20

15 29442108

* 3



2

15 29442108

Số chu kỳ làm việc tơng đơng của ứng suất uốn:

Ztđ=2944210.8+736527.038*0.88+4416316.2*0.378+14721054*0.2148

=3069395.5

ta có: -1,=250*

5 3069395

10 8

7

=289.77(N/mm2)với chế độ làm việc trung bình tra bảng (1.1-TTMT) số lần đóng mở trong một giờ: m=120,nên số chu kỳ tính toán của ứng suất xoắn:

zt=T*m=120*44019=5282280Giới hạn mỏi xoắn tính toán:

-1,=150*

5282280

10 8

7

=162.46

ta có:

25 1 60

tra bảng (7.6-TKCTM) Có k=1.66 và k=1.3

Ta tính đợc:

n= *67.55 1.72

74 0

* 9 0

66 1

77 289



n= *8.31 8.39

62 0

* 9 0

3 1

46 162

