Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học Thiết kế cầu trục là bước kết thúc môn học Kỹ thuật nâng chuyển, là phần kiến thức quan trọng đối với sinh viên khoa

cơ khí nói chung và sinh viên ngành cơ giới hoá xí nghiệp nói riêng, đó là kiến thức tổng hợp của các môn học : cơ sở thiết kế máy, vẽ kỹ thuật, cơ học máy, sức bền vật liệu,…

Đề tài của đồ án này là thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp để

nâng vật có tải trọng 12.5 tấn, dùng để nâng chuyển các vật, các chi

tiết, phôi liệu … trong nhà xưởng Tập trung của đồ án là tính toán cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển

Qua đồ án giúp sinh viên nắm vững những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy, tính toán thiết kế chi tiết máy theo chỉ tiêu chủ yếu là khả năng làm việc, thiết kế chi tiết máy vỏ khung, chọn cấp chính xác ,lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, về dung sai lắp ghép và các số liệu tra cứu

Do kiến thức về thiết kế máy còn hạn chế nên nội dung và trình bày còn hạn chế không tránh khỏi thiếu sót

Chúng em rất chân thànhcảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong bô trong bộ môn, sự nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn, giảiù thích của cô NGUYỄN HỒNG NGÂN

TP.HỒ CHÍ MINH Ngày tháng năm 2004 Nhóm Sinh viên thực hiện đồ án:

Châu ngọc Ân MSSV : 20100112

Phan văn Cường MSSV : 2010352

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp đảm bảo yêu cầu về thông số hoạt động và đặc tính kỹ thuật cho trước:

- Kích thước nhỏ gọn phù hợp với không gian làm việc chật hẹp trong xưỏng cơ khí

- Đảm bảo tính bền ,an toàn kinh tế ,dễ dàng vận hành ,bảo trì

- Tăng năng suất giảm nhẹ sức lao động của công nhân trong việc vận chuyển phôi

- Đăc tính kỹ thuật

+ Tải trọng nâng: Q=12.5 (tấn) + Chế độ làm việc trung bình : CĐ = 25% + Chiều cao nâng H = 8 (m)

+ Vận tốc nâng v n = 12(m phùt) + Vận tốc di chuyển xe lăn v xe = 40(m phùt) + Tầm rộng L = 20 (m)

MỤC LỤC

CHƯƠNG I

Giới thiệu tổng quan về máy xây dựng

Định nghĩa, phân loại và yêu cầu đối với máy xây dựng 5

Yêu cầu đặc tính kỹ thuật và chọn phương án 10 Nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế

Chọn phương án CHƯƠNG II

Tính cơ cấu nâng

CHÖÔNG III

Tính cô caáu di chuyeån xe laên

CHÖÔNG IV

Tính cô caáu di chuyeån caàu

Chöông I

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY XÂY DỰNG

I ĐỊNH NGHĨA , PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÁY XÂY DỰNG

1) Định nghĩa về máy xây dựng :

- Máy xây dựng là danh từ chung chỉ các loại máy và thiết bị phục vụ cho công tác xây dựng cơ bản , công nghiệp , cảng , thuỷ lợi , giao thông vận tải v.v Do vậy chủng loại rất nhiều

2) Phân loại máy :

- Để thuận tiện cho nghiên cứu và thiết kế chế tạo người ta phân loại máy xây dựng theo tính chất công việc hay công dụng như sau :

- Máy phát lực : Dùng để cung cấp động lực cho các máy khác làm việc , thường là những tổ máy điêzen phát điện , tổ máy nén khí v.v

- Máy vận chuyển : Sử dụng để vận chuyển hàng hoá , vật liệu Nó được phân ra làm nhiều loại khác nhau như máy vận chuyển ngang , máy vận chuyển đứng , máy vận chuyển liên tục , máy xếp dỡ …

- Máy làm đất : Gồm các máy phục vụ các khâu thi công đất như máy đào đất , chuyển đất , xúc đất …

- Máy gia công đá : Phục vụ cho nghiền sàng rửa đá

- Máy làm bêtông : Dùng trong việc trộn , đổ và đầm bêtông

- Máy đóng cọc và nhổ cọc

- Máy gia công gỗ : Phục vụ việc cưa , xẻ , bào gỗ

- Máy gia công sắt thép : Phục vụ cho việc cắt , uốn , hàn thép và cốt thép

- Máy bơm nước : Phục vụ cho việc cấp thoát nước

- Các máy chuyên dùng

- Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu nghiên cứu , thiết kế và sử dụng người ta còn phân loại theo nguồn động lực ( máy chạy bằng động cơ đốt trong ,

bằng điện , khí nén … ) , theo cách di động ( bánh hơi , bánh xích , bánh sắt … ) , theo phương pháp điều khiển ( cơ khí , thuỷ lực , khí nén … )

3) Yêu cầu chung đối với máy xây dựng :

- Về kết cấu : đơn giản , gọn nhẹ , công suất thích hợp Các chi tiết máy đơn giản đủ độ bền , dễ chế tạo

- Về sử dụng và bảo quản : cần có tính cơ động , điều khiển , tháo lắp , bảo quản , vận chuyển không quá phức tạp , sử dụng thuận tiện an toàn , phù hợp với khí hậu

II GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC

1) Khái niệm :

- Cầu trục là loại máy nâng được sử dụng chủ yếu để nâng và di chuyển các vật nặng , xếp dỡ hàng hoá … Trong công nghiệp nó được sử dụng ở các nhà xưởng lắp ráp chế tạo , trong các lò luyện kim

+ Cầu trục hai dầm cũng có hai kiểu : kiều tựa và kiểu treo

3) Cấu tạo chung của cầu trục

- Cầu trục có nhiều dạng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận sau :

- Động cơ : Trong máy trục sử dụng 3 loại động cơ như động cơ đốt trong , động cơ khí nén , động cơ điện Động cơ đốt trong thích hợp với những máy di động nhiều , hoạt động độc lập , không theo quỹ đạo nhất định và xa nguồn điện Động cơ khí nén thường được sử dụng trong những máy cố định hay máy công cụ như máy đóng cọc , máy khoan , máy phun vôi … Động cơ điện là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong cầu trục vì phù hợp với tính chất làm việc của cầu trục ( cố định , di chuyển ngắn theo quỹ đạo nhất định ) và có công suất cao , gọn nhẹ , chịu tải tốt , thay đổi tốc độ và chiều quay nhanh , dễ tự động hoá …

- Hệ thống truyền động : Có rất nhiều kiểu truyền động như truyền động dầu ép khí nén , truyền động điện , truyền động hỗn hơp , truyền động cơ khí Tuy nhiên trong cầu trục dùng phổ biến là truyền động cơ khí vì dễ chế tạo , an toàn

- Cơ cấu công tác

- Cơ cấu quay

- Cơ cấu di chuyển : Thường sử dụng di chuyển bằng bánh xe và ray

- Hệ thống điều khiển : Sử dụng để tắt mở hoạt động của các cơ cấu

- Khung bệ

- Các thiết bị phụ

- Để dễ dàng trong thiết kế người ta chia cầu trục ra làm ba cơ cấu chính : cơ cấu nâng vật , cơ cấu di chuyển xe con , cơ cấu di chuyển cầu

I, YÊU CẦU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN

A.NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ

1) Nhiệm vụ :

- Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp

2) Yêu cầu :

- Kích thước nhỏ gọn phù hợp với không gian làm việc chật hẹp trong xưỏng cơ khí

- Đảm bảo tính bền ,an toàn kinh tế ,dễ dàng vận hành ,bảo trì

- Tăng năng suất giảm nhẹ sức lao động của công nhân trong việc vận chuyển phôi

- Đăc tính kỹ thuật

+ Tải trọng nâng: Q=12.5 (tấn)

+ Chế độ làm việc trung bình : CĐ = 25%

+ Chiều cao nâng H = 8 (m)

+ Vận tốc nâng v n = 12(m phùt)

+ Vận tốc di chuyển xe lăn v xe = 30(m phùt)

+ Tầm rộng L = 20 (m)

+ Vận tốc di chuyênỷ cầu Vc = 100 (m/phút )

B CHỌN PHƯƠNG ÁN

- Cơ cấu nâng được thiết kế dùng tời nâng và móc

- Tời nâng gồm có động cơ điện , hộp giảm tốc ,tang và cáp nâng + Động cơ điện có hai loại động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều Động cơ điện xoay chiều 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với công suất , tính bền cao,momen khởi động

lớn ,dễ đảo chiều.Bên cạnh đó ta có động cơ điện một chiều : là loại động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng , khi làm việc bảo đảm khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng ,giá thành cao , khi lắp đặt cần thêm bộ chỉnh lưu khá phức tạp Trên những ưu khuyết điểm của hai loại động cơ điện xoay chiều và động cơ điện một chiều ta thấy được động cơ điện xoay chiều tuy tính chất thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện một chiều nhưng vớiä tính thông dụng , bền và kinh tế hơn thì những khuyết điểm của loại động cơ này vẫn chấp nhận được Vậy khi thiết kế cầu trục hai dầm này ta dùng động

cơ điện xoay chiều ba pha là phù hợp

- Hộp giảm tốc : Sử dụng bộ truyền bánh răng trụ ,bộ truyền bánh răng bôi trơn bằng tát dầu

- Tang được chế tạo bằng gang xám ,có xẻ rãnh Cáp vào rãnh thì ứng suất phân bố đều , tránh được ứng suất tập trung trên cáp ,giảm được giá thành so thép

- Cáp nâng :lựa chọn dựa trên hệ số an toàn cho phép , và tuổi thọ của dây cáp Do đó ta phải chọn cáp cho phù hợp với tải trọng nâng , chịu lực căng dây lớn

- Có hai loại cáp có thể sử dụng :cáp bện xuôi và cáp bện chéo + Cáp bện xuôi :có tính mềm ,dễ uốn qua ròng rọc và tang ,khả năng chống mòn tốt (do tiếp xúc giữa các sợi cáp là tiếp xúc đường có nhược điểm là dễ bị tở khi cáp bị đứt và dễ bị xoắn lại khi một đầu cáp ở trạng thái tự do

+ Cáp bện chéo:có tínhcứng ,dễ mòn khi làm việc (do tiếp xúc giữa các sợi cáp là tiếp xúc điểm) nhưng lại khó bị tở và không bị xoắn lại khi một đầu ở trạng thái tự do.

- Dựa trên tính chất của hai loại cáp và cấu tạo của cơ cấu nâng ta chọn loại cáp bện chéo

- Những tính chất cơ bản của các loại thép :

+ Các loại thép lá ,tấm dập có sức chịu cao về kéo nén Nên dùng cho các phần tử tiếp nhận tải trọng kéo, nén Ta sử dụng loại thép này làm các tấm kê

+ Các loại thép CT3 , thường là thép hình có độ bền cơ tính , tính công nghệ cao , tính bền dẻo do chịu va đập và tính hàn cao Nên dùng cho các phần tử tiếp nhận ứng suất uốn Ta sử dụng loại thép này làm kết cấu dầm chịu lực và làm khung xe con

+ Phanh sử dụng trong cầu trục có nhiều loại như phanh má , phanh đĩa , phanh đai , phanh nón , phanh áp trục , phanh ly tâm Để đảm bảo

an toàn và thích hợp với hệ thống dẫn động điện độc lập ta sử dụng loai phanh thường đóng

Chương: II TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG

Số liệu ban đầu :

Trọng tải Q0 = 12.5 (tấn) = 125000 (N)

Trọng lượng vật mang: bỏ qua khi tính

Chiều cao nâng:H = 8 (m)

Vận tốc nâng V = 12 (m/ phút)

Chế độ làm việc: CĐ% = 25%

Sơ đồ cơ cấu nâng :

- Sơ đồ cơ cấu nâng được trình bày trên hình 1: bao gồm tang (1) được nối với hộp giảm tốc (3) qua khớp răng (2), hộp giảm tốc nối với động cơ (6) qua khớp nối răng, một nửa khớp dùng làm bánh phanh về phía hộp giảm tốc , phanh (5) là loại phanh lo xo điện 2 má áp trục

Hình 1: Sơ đồ cơ cấu nâng

- Với sơ đồ như trên sẽ đảm bảo độ cứng vững, tính bền và giảm thời gian bảo dưỡng.

Chọn loại dây

- Dây thường dùng trong máy trục có 2 loại dây chính đó là xích và cáp

- Xích có ưu điểm là dề uốn, có thể làm việc với tang và đĩa xích có

đường kính nhỏ nên bộ truyền có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản Tuy nhiên, nó chỉ làm việc với vận tốc gới hạn không quá 1 m/s Nếu vận tốc quá vận tốc gới hạn thì các mắt xích bị mòn nhanh làm 2 tăng khả năng đứt xích Vì vậy xích tường ít dược sử dụng hơn cáp

- Dây cáp thép là loại dây được dùng trong ngành máy trục nhiều nhất vì nó có khả năng làm việc với vận tốc cao mà không ồn, uốn được theo mọi phương, chịu được tải trọng khác nhau, trọng lượng bản thân nhỏ và

ít đứt đột ngột Cáp có nhiều loại như: cáp bện đơn, cáp bện kép, cáp bện trái, cáp bện phải, bện hỗn hợp … Trong đó cáp bện kép là loại được dùng chủ yếu trong máy trục Ta chọn loại cáp πk-p 6x19 lõi đay theo tiêu

chuẩn TOCT 2688-80 làm dây cho cơ cấu nâng.Đây là loại cáp bện kép có lõi đay thấm dầu, các sợi cáp tiếp xúc đường, các sợi cáp có đường kính bằng nhau

3 Chọn palăng

- Có 2 loại palăng thường dùng đó là: palăng đơn và palăng kép

Hình 2: Kết cấu của cáp

- Loại palăng đơn (A) do chỉ có một nhánh dây chạy trên tang nên mỗi khi cuốn và nhả cáp có sự di chuyển của dây dọc trục làm khó hạ vật đúng vị trí gây ra tải tác động lên ổ đỡ thay đổi

- Loại palăng kép (B) có2 nhánh dây cuốn lên tang nên nâng hạ vật đúng vị trí, áp lực lên các ổ trục sẽ được phân đều và ít thay đôỉ Theo bảng 2-6[2], với tải trọng 12.5 tấn ta chọn palăng có bội suất a = 2x2 Sơ đồ palăng được bố trí như hình 3B

- Lực căng lớn nhất ở nhánh dây cuốn vào tang khi nâng vật

Trong đó :

Qo = Q + Qm :tải danh nghĩa (tấn) với Q là tải trọng nâng ,Qm là trọng lượng vật mang Khi tính toan bỏ qua trọng lượng vật mang

m : số dây cuốn lên tang , với tang sử dụng là tang kép m = 2

t : số ròng rọc đổi hướng , do dây mắc trực tiếp lên tang t = 0

η :hiệu suất của ròng rọc , theo bảng 2-5[2] ứng với điều kiện sử dụng ổ lăn được bôi trơn bằng mỡ trong điều kiện bình thường

η = , (cth:2-21[2]) trong đó :

So : lực căng tên nhánh dây treo vật đầu tiên , *o

o

Q S

4 Kích thước dây :

- Dây cáp dùng trong máy trục phải có kích thước phù hợp với tải trọng, dây cáp thường được tính toán và chọn theo lực kéo đứt

Sđ = Smax * k , (cth: 2-10[2])

Trong đó: k là hệ số an toàn, được tra theo bảng 2-2[2] ,ứng với chế độ làm việc trung bình k = 5.5 vậy:

Sđ = Smax * k = 31566 * 5.5 = 173613 (N)

- Theo Atlas máy trục ta chọn được loại cáp π k – p 6x19 có ứng

suất giới hạn bền σb = 1700(N/mm2) , đường kính cáp dc = 18(mm)

5 Tính tang :

- Tang dùng trong máy trục có hai loại là tang trơn và tang xẻ rãnh

- Tang trơn dùng để quấn nhiều lớp cáp khi chiều cao nâng lớn

- Tang xẻ rãnh dùng quấn một lớp cáp trong co cấu nâng dẫn động bằng điện với chiều cao nâng vật không qua lớn Ở tang có rãnh thì dây cáp được quấn theo rãnh nên không bị rối cáp và kẹt cáp, dây cáp ít mòn vì ít cọ xát vào nhau Tang có rãnh chia làm hai loại:

+ Tang đơn là tang xẻ rãnh theo một chiều, có một nhánh dây treo vật

+ Tang kép là loại tang xẻ rãnh ở hai nửa khác nhau và khác chiều, có hai dây treo vật

- Với chiều cao nâng H = 8 (m) ta chọn loại tang xẻ rãnh sâu

- Các kích thước của tang :

Chiều dài của tang: L = Lo + 2 * L1 + 2*L2 + L3 , (cth: 2-14[2])

Trong đó L1 là chiều dài phần tang kẹp đầu cáp

L2 là chiều dài phần tang làm thành bên

L3 là chiều dài phần tang không cắt rãnh

L4 + 2*hmin*tgα ≥L3 ≥L4 -2*hmin*tgα

L4 là khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng trên khung treo móc

hmin là khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang và trục ròng rọc

α là góc nghiêng cho phép khi dây chạy trên tang bị lệch so với phương đứng , với tang cắt rãnh tgα = 1/10

+ Đường kính tang: Được xác định theo công thức

Hình 4: Kích thước của tang

Dt ≥dc * (e-1) , (cth: 2-12[2] )

Trong đó: e = 25 , là hệ số thực nghiệm được xác định theo bảng

2-4[2] tương ứng với chế độ tải trọng trung bình

Dt: là đường2 kính tang , Dt = 430(mm)

Dc là đường kính cáp dc = 18(mm)

Vậy:

' 16

2 ( t c) o (0.43 0.018)

chuẩn MH 5365-64 được t = 20.

Vậy:

L0 = 2 * 13 * 20 = 520(mm)

+ Chiều dài phần tang kẹp cáp:

Với phương pháp kẹp cáp thông thường ta cần thêm 3 vòng rãnh cáp để đảm bảo cho đầu cáp cặp

Khi làm việc thành tang bị uốn , nén và xoắn Với chiều dài của tang nhỏ hơn 3 lần đường kính của nó thì ứng suất uốn và xoắn không vượt quá (10÷15)% ứng suất nén Ví vậy tang được kiểm tra sức bền theo điều kiện nén với ứng suất cho phép là:

ϕ là hệ số giảm ứng suất , đối với tang kép ϕ = 0.8

k là hệ số phụ thuộc lớp cáp quấn lên tang ,ở đây chỉ có một lớp cáp quấn lên tang nên k = 1

[ ]σn là ứng suất nén cho phép tang được chế tạo là gang CH 15-32 có giới hạn bền nén là σbn = 565 (N/mm2), ta có

565 113( )

bn n

N mm

* 60*1000*

n

Q v N

η

Trong đó:

η là hiệu suất toàn cơ cấu , η η η η = t* p* 0

với: η =t 0.96là hiệu suất tang , được tra theo bảng 1-9[2]

0.99

p

η = là hiệu suất của palăng

η 0 là hiệu suất của bộ truyền , tra theo bảng 1-9[2] ta

được η = 0 0.97 nhưng do kể cả khớp nối răng ta lấy η = 0 0.93

Vn là vận tốc nâng, Vn = 12 (m/s)

n

Q v N

η

- Với công suất tĩnh 28.73(kw) và chế độ làm việc trung bình ta chọn được loại động cơ MTB412-8 với các thông số sơ bộ :

Công suất danh nghĩa: Nđc = 22 (kw)

Số vòng quay : nđc = 715 (vòng/phút)

Mômen vô lăng: (GiDi)2

roto = 30 Nm2 Khối lượng động cơ: mđc =345 (kg)

Đương kính trục ra: d = 65(mm)

7 Tính tỷ số truyền

- Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang: