Thiết kế cần trục chân đế mâm quay KPM 32,5 Tấn - Chương 5

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế cần trục chân đế mâm quay KPM 32,5 Tấn

5555 1 GIỚI THIỆU: 1 GIỚI THIỆU: 1 GIỚI THIỆU:

5 1 1 giới thiệu về cơ cấu thay đổi tầm với:5 1 1 giới thiệu về cơ cấu thay đổi tầm với:

Có nhiều dạng thay đổi tầm với của cần trục như: Palăng cáp, thanh răng bánh răng, trục vít bánh vít, xilanh thuỷ lực …tuy nhiên đối với cần trục chân đế thì ta thường sử dụng cơ cấu thay đổi tầm với bằng thanh răng – bánh răng Ưu điểm của cơ cấu này là: kết cấu gọn nhẹ, độ tin cậy khi làm việc lớn, có khả năng chống lật cần về phía sau, giá thành hạ Cần trục chân đế với hệ thống cân bằng khi thay đổi tầm với phải đảm bảo trọng tâm của hệ cần không phát sinh hiện tượng nâng lên hạ xuống trong suốt quá trình thay đổi tầm với, đồng thời đảm bảo quỹ đạo chuyển động của hàng gần như một đường nằm ngang Để đảm bảo vấn đề này người ta sử dụng hệ tay đòn kiểu khâu khớp bản lề Phương pháp này giúp cho hệ cần khi làm việc có độ an toàn cao

5 5 5.1.1.1 2.2.2 Sơ đồ hình học của cơ cấu thay đổi tầm vớiSơ đồ hình học của cơ cấu thay đổi tầm vớiSơ đồ hình học của cơ cấu thay đổi tầm với: : : :

1 - Cần

2 - vòi

3 - Cáp giằng 4 - Cáp nâng

5 - Tay đòn đối trọng 6 - Thanh răng bánh răng

5.1.3 S5.1.3 S5.1.3 Sơ đồ động cơ cấuơ đồ động cơ cấuơ đồ động cơ cấu::::

* Hoạt động:

Khi đóng điện cho động cơ điện mômen được truyền qua khớp nối 2, tới hộp giảm tốc 5 và ra bánh răng ăn khớp 7 xẽ truyền chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng 6 sẽ trượt trên các thanh đỡ Một đầu của thanh răng liên kết bản lề với cần do vậy mà cần được nâng lên hay hạ xuống Để đảm bảo an toàn ta sử dụng hai phanh thường đóng

5.2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỆ CẦN:2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỆ CẦN:2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỆ CẦN:

Với:

b: Chiều dài giằng a: Chiều dài đuôi vòi

5555 2.2.2.1 Xác định chiều dài cầ1 Xác định chiều dài cầ1 Xác định chiều dài cần và chiều dài đầu vòin và chiều dài đầu vòin và chiều dài đầu vòi

Để xác định chiều dài cần và chiều dài đầu vòi, ta vẽ cần ở 2 vị trí ứng với góc

( cáp nâng song song với trục cần, vòi thẳng)

Kích thước hệ cần khi thiết kế phải thoả mãn điều kiện:

Chọn:

RR =

γ1 = 5 ÷100 -> Chọn γ1 = 100 γ2 = 5 ÷100 -> Chọn γ2 = 100

H = Lc.sinαmin – Lx.sinγ3

H = Lc.cos γ1 - Lxcos γ2

Rmin = LC sin γ1 + Lxsin γ2 + C

Lc.sinαmin – Lx.sinγ3 = Lc.cos γ1 - Lxcos γ2Lc(sinαmin - cos γ1) = Lx(sinγ3 - cos γ2) Vậy ta có:

5.25.25.2.2 2 2 Xác định chiều dài giằngXác định chiều dài giằngXác định chiều dài giằng

- Chiều dài giằng theo công thức kinh nghiệm

a = 3,17 m

312 (0,2 0,3)C C

tròn có tâm là chốt đuôi giàng có bán kính chính là đoạn từ chốt đuôi giằng đến đuôi vòi

Từ phép dựng hình ta xác định dược chiều dài giằng: b =21,47 m

Họa Đồ Vị TríHọa Đồ Vị TríHọa Đồ Vị Trí

5 3 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ MÔ MEN MẤT CÂN BẰNG CẦN:3 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ MÔ MEN MẤT CÂN BẰNG CẦN:3 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ MÔ MEN MẤT CÂN BẰNG CẦN:

5 35 35 3 1 1 1 Xây dựXây dựXây dựng đồ thị thay đổi mô men cầnng đồ thị thay đổi mô men cầnng đồ thị thay đổi mô men cần, vòi, vòi, vòi theo tầm theo tầm theo tầm với với với: : : :

Khi cần trục làm việc thì cần của cần trục nằm ở vị trí khác nhau, do vậy khoảng cách từ trọng tâm cần tới chốt cần cũng thay đổi và sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi mômen của cần đối với chốt đuôi cần

Để xây dựng đồ thị thay đổi mômen cần theo tầm với ta xét ở một số vị trí khác

các tầm với khác nhau

Cần trục thiết kế, trọng lượng thiết bị cần và đối trọng được bố trí như hình vẽ Để

được bố trí thông qua hệ tay đòn đối trọng

Gọi:

Giả thiết:

G0 = G0’+ G0”

Việc phân tích này dựa vào phương pháp phân tích lực song song theo tỉ lệ cánh tay đòn ( sự cân bằng mômen)

Trên hình vẽ thì lực N cách chốt đuôi cần một đoạn f (f là giá trị giao động quanh gốc A) Trong quá trình thay đổi tầm với như vậy, trọng lượng thiết bị cần gây ra 1 mômen đối với điểm A:

MC (A) = Gc Lc + (Gx’ + G0’)Lx ± Nf

Tuy nhiên khi lực N đi qua điểm A thì f = 0 -> mômen do lực N gây ra sẽ bằng 0

Xác định mômen tại các vị trí tính toán ta có:

Trong đó:

)'1(. 1"

X(m)(m)(m) 7,240 6,2154 5,626 4,685 4,873 3,7 1,80 0,90 f(m)

LLLLC(m)(m) 4,53 4,11 3,67 3,2 2,7 2,9 1,73 1,11 LLLLX(m) (m)18,1 16,46 14,68 12,8 10,82 8,76 6,63 4,45 G”X((((KGKGKG)))) 634,66 679,17 706,42 740,74 796,53 733,59 682,93 630,45 GX’(KG’(KGKG)))) 3365,3 3320,83 3293,58 3259,26 3214,5 3266,44 3317,07 3369,55 G0000” (” (KGKGKG)))) 348,7 339,56 338,57 350,98 355,75 348,8 360,7 367,8

G0000’(KG’(KGKG)))) 115,13 116,044 116,143 114,902 115,75 115,12 113,93 113,22 K”

K”((((KGKGKG)))) 1693,4 1418,9 1270,6 1159,7 1098,4 1039,8 1020,0 949,7 R

R(KG) 599,79 645,214 672,57 705,64 658,21 698,71 616,86 593,67 N(

N(KGKGKG)))) 2293,3 2063,66 1943,25 1865,35 1759,6 1738,55 1666,91 1813,43 Mc

McKGKGKGmmm 201753 171161 152248 142509 145702 122142 117378 105926

Trọng lượng đối trọng di động được tính đối với vị trí trung bình từ điều kiện cân bằng mômen của cần và mổmen đối trọng

xác định theo công thức:

Từ điều kiện cân bằng mômen đối trọng và mô men cần tại vị trí trung bình:

Cũng tương tư như khi xác định mô men do hình vẽ cần ta có thể xác định mô men

Vị trí

Vị trí IIII II IIIII IIIIV IVVV VIVI VIIVII VIIVIIIIII LLLLdddd6,35 6,315 6,725 6,875 6,173 6,725 6,25 5,25 aaaa 6,75 6,125 5,75 4,875 4,543 4,15 3,215 2,75 bbbb 2,125 2,25 2,5 2,375 2,25 2,125 1,175 1,125 Mdddd 203702,7 177558,9 153557,77 142509 130856,3 120801,8 115958,1 104389,9

5.3.3.5.3.3.5.3.3 Xây dựng biểu đồ không cân bằng cầnXây dựng biểu đồ không cân bằng cầnXây dựng biểu đồ không cân bằng cần::::

5.3.4.5.3.4.5.3.4 Xác định mô men mất cân bằng do trọng lượng ha Xác định mô men mất cân bằng do trọng lượng ha Xác định mô men mất cân bằng do trọng lượng hàng:øng:øng:

Ta xác định mô men mất cân bằng do trọng lượng hàng bằng phương pháp lực dư

Lấy mô men tại chốt đuôi cần A ta có:

Lấy mô men tại điểm đầu cần O ta có:

b(m) 6,89 6,96 7,01 7,20 6,49 6,67 6,43 6,58 c(m)

c(m) 7,81 7,41 6,79 5,98 5,02 3,93 2,73 1,38 d(m)

d(m) 2,75 2,56 2,31 2,01 1,73 1,59 1,39 1,25 Q(KG)

Q(KG) 32000 32000 32000 32000 32000 32000 32000 32000 MQ(KGm)(KGm) 22956,8 40717 2765,15 -8450,7 -9572,1 -12179 -10459 -4628,2

5555 4444 TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG:TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG:TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG:

Gọi U là tổng lực tác dụng lên thanh răng

Với:

U: Được tính tại nhiều vị trí 5.4

5.4.1 1 1 Tính lực trong thanh răng do mô men Tính lực trong thanh răng do mô men Tính lực trong thanh răng do mô men mất cân bằng hàng mất cân bằng hàng mất cân bằng hàng UU1111::::

Vị trí

Vị trí IIII II IIIIIIII IV IVVV VIVI VIIVII VIIIVIII MQKGmKGm 202956,8 407170 27675,2 -84508,7 -95752,1 -121479 -104599 -46218,2

rrrrnnnn(m(m)))) 4,39 4,85 5,01 5,17 5,29 5,43 5,58 5,64 U1111(KG) (KG)46231,6 83952,58 5523,98 -16346 -18100,6 -22371,9 -18745,3 -8194,72

5555.4.4.4 2.2.2 Tính lực trong thanh răng do Tính lực trong thanh răng do Tính lực trong thanh răng do UU2222 ::::

rMU2 =

5.4.3 Tính lực trên thanh răng do ảnh hưởng của tải trọng gióTính lực trên thanh răng do ảnh hưởng của tải trọng gióTính lực trên thanh răng do ảnh hưởng của tải trọng gió U U3333

( cvh)

rM

Pg(v) D

Sơ đồ tải trọng gióSơ đồ tải trọng gió

β: Hệ số ảnh hưởng động của tải trọng gió gây lên do áp lực xung β = 1,5

Diện tích chắn gió của cần:

T =Q.tgaT

Vị trí IIII II IIIIIIII IVIV V VVIVI VII VIIVIIIVIII Sin

Sin ααα 0,707 0,766 0,838 0,891 0,908 0,939 0,965 0,984 sin

sin ββββ 0,309 0,438 0,601 0,720 0,882 0,882 0,906 0,965 hhhhvvvv(m)(m) 18 19,125 20,25 22,325 22,5 23,5 24,35 25 hhhhcccc(m) (m)8,5 9,125 10,35 11,85 12,5 12,25 12,75 13,125 UcvKGKGmmm 15904,1 20827,7 25961,7 31652,2 35384,2 38080,1 40709,7 43039,1

UhhhhKGmKGmm 13763,9 14656,95 14883,75 1551,53 1533,48 16896,6 1747,87 18200,7 hhhhhhhh(m)(m) 9,71 10,34 10,5 10,83 11,17 11,92 12,45 12,84

rrrrnnnn(m) (m)4,39 4,85 5,01 5,17 5,29 5,43 5,58 5,64 U3333KG KG6758,1 7316,4 8152,8 9091,6 9681,9 10124,6 10458,4 10858,1

5.4.4 Tính lực trên thanh răng do ảnh hưởng của tải trọng ngang khi cáp hàng nghiêng góc so với phương thẳng đứng: U4

Lực trên thanh răng do lực ngang:

rMU4 =

dbcP2 .Trong đó:

M: Mô men do ảnh hưởng của lực li tâm

ωVới:

g: Gia tốc trọng trường

L: Bán kính quay của lực P1

Với:

Q = 32000KG: Trọng lượng hàng R: Bán kính quay của hàng

rMU4 =

MKGm 17434,6 18505,3 20993,8 23514 23041,4 22111,9 19235 18303,9 U5555(KG)(KG) 3971,4 3815,5 4190,4 4548,2 4355,7 4072,2 3447,1 3245,4

5.4.6 Tính lực Tính lực Tính lực quán tính quán tính quán tính li tâm khi cần trụcli tâm khi cần trụcli tâm khi cần trục thay đổi tầm với thay đổi tầm với thay đổi tầm với: U: U6666

Do cần trục thiết kế thay đổi tầm với với vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua 5.4.7.

5.4.7 Tính lực trên thanh răng do lực ma sát Tính lực trên thanh răng do lực ma sát Tính lực trên thanh răng do lực ma sát U U7777::::

Lực ma sát trong các khớp của thiết bị cần và tổn thất trong các puly khi thay đổi

nhỏ có thể bỏ qua

5.5 TÍNH TỔNG LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG5.5 TÍNH TỔNG LỰC TÁC DỤNG LÊN THANH RĂNG: : : :

Lập bảng:

Vị trí

Vị trí IIII IIII III IIIIVIV V VVIVI VII VIIVIII VIIIU1111KG 46231,6 KG339527 5523,98 -16346 -18100,6 -22371,9 -18745,3 -8194,72 U2222 KG -4641,6 KG-3087,5 -2785,7 0 2806,37 2629,4 2674,2 2731,02 U3333 KG 6758,08 KG7316,4 8152,78 9091,63 9681,97 10124,6 10458,35 10858,12 U4444 KG 27231,9 16995,15 8091,76 -2658,03 KG-9828,71 -19001,5 -27156,7 -37082,4 U5555 KG KG3971,4 3815,5 4190,4 4548,2 4355,7 4072,2 3447,1 3245,4

U KG

U KG 79551,4 68992,13 23173,2 -5364,2 -11085,27 -24547,2 -29322,35 -29551,37

Giá trị trung bình của các lực này:

2 +1+

tbi U UU

Ta tính được:

5.6 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ VẬN TỐC

5.6 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ VẬN TỐC THAY ĐỔI TẦM VỚITHAY ĐỔI TẦM VỚITHAY ĐỔI TẦM VỚI::::

Xây dựng biểu đồ vận tốc thay đổi tầm với của điểm đầu vòi: Tốc độ thay đổi tầm với của cần chính là vận tốc nằm ngang tại điểm C Tại mỗi vị trí của cần này có giá trị khác nhau và có ý nghĩa là vận tốc tức thời

Từ họa đồ vị trí ta có thể xác định được hành trình của thanh răng

Có VI = VF + VIF ( VIF là vận tốc của điểm I quay quanh F Biết phương VI là phương

Xác định vận tốc điểm B do cùng thanh cứng

định từ quãng đường thay đổi tầm với S giữa 2 điểm đang khảo sát tương ứng với góc

tbii V

tb Vi VV

Lập bảng tính thời gian thay đổi tầm với:

5555.7 7 7 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN:

bình trong thanh răng được xác định theo công thức:

.1 22 2 23 3 24 4 25 5 26 6 27 72

Công suất bình phương trung bình của động cơ được xác định theo công thức:

Với: s = 3,23m là hành trình của thanh răng, xác định được từ họa đồ vị trí của cần; và

η: Hiệu suất truyền động từ động cơ đến thanh răng:

thgtbt η ηη

Dựa vào công suất ta chọn động cơ điện theo catalog: MTH 160LB8T1: N =55 KW

n =710 vòng/ phút

5.8 CHỌN HỘP GIẢM TỐC 8 CHỌN HỘP GIẢM TỐC 8 CHỌN HỘP GIẢM TỐC –––– KHỚP NỐI KHỚP NỐI KHỚP NỐI PHANHPHANHPHANH

5.5.5.8888.1.1.1:::: Chọn hộp giảm tốc.Chọn hộp giảm tốc.Chọn hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc được chọn dựa vào tỉ số truyền i và công suất truyền qua hộp giảm tốc

Sơ bộ ta chọn đường kính bánh răng là: 0,4m Số vòng quay trục ra của hộp giả tốc là:

Dựa vào tỉ số truyền ta chọn hộp giảm tốc ba cấp: PCΠ-450 có thông số như sau: i =138; L =1510 mm; H = 867mm; B =1230mm

5555 8888.2 .2 .2 Chọn phanh Chọn phanh Chọn phanh::::

Phanh của cơ cấu chọn phải đảm bảo sao cho giữ cần ở vị trí bất kì trong quá trình thay đổi tầm với

Mô men phanh tính theo công thức sau: i

P2 max η

Trong đó:

K: là hệ số an toàn của phanh, K =1,75

D: Là đường kính bánh răng; D =400mm

Theo sơ đồ truyền động do lắp hai phanh nên mô men phanh sẽ là:

5555 9.9.9 KIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆNKIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆNKIỂM TRA ĐỘNG CƠ ĐIỆN: : : :

Động cơ điện khi chọn cần phải kiểm tra theo thời gian khởi động khi có tải lớn nhất và thời gian khởi động khi có tải nhỏ nhất

5.

5.9999.1.1.1 K K Kiểm tra theo thời gian khởi độngiểm tra theo thời gian khởi độngiểm tra theo thời gian khởi động::::

Thời gian khởi động được tính theo công thức:

( tbk c)((tbK ) C)

2. 0max

+ Động năng của hệ cần và hàng E:

ωTừ (1) và (2) có:

Q: Trọng lượng hàng; Q= 32000 (KG)

-> Thay vào (2) Ta được

c ==

ω

Thay vào (1)

5.5.5.9999.2.2.2 Kiểm tra theo thời gian khởi động Kiểm tra theo thời gian khởi động Kiểm tra theo thời gian khởi động

kiện thay đổi tầm với không có hàng và gió, đồng thời cần trục không quay)

E: Động năng của hệ cần, vòi, hàng

Vậy thời gian khởi động tính toán phải nhỏ hơn hoặc bằng: 2÷2,5 (s)

[ ]−><

5.

5.9999 3333 Kiểm tra thời gian phanh Kiểm tra thời gian phanh Kiểm tra thời gian phanh::::

trên thanh răng gây nên mô men này được tính khi cần trục quay có gió lớn nhất ở trạng thái làm việc và góc của cáp treo hàng nghiêng so với phương thẳng đứng

Thời gian phanh được tính:

() 375.(600312,96) 2,516( )

5 9999 4444 Kiểm tra theo thời Kiểm tra theo thời Kiểm tra theo thời gian gian gian phanhphanhphanh::::

Trong thời gian phanh khi không có hàng, không có gió, cần trục không quay mô

Vậy: tP ≤[ ] [ ]tF ; tF =1,5(s)

5.10 CHỌN KHỚP NỐI5.10 CHỌN KHỚP NỐI: : : :

Khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc

Khớp nối được chọn giựa vào mô men tính toán truyền qua khớp: MM = MH k1 k2

Theo (Bảng1-26),[5] ta có:

Dựa vào mô men tính toán của khớp ta chọn khớp nối vòng đàn hồi: TDCT 75

5.11 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN CUỐI CỦA CƠ CẤU THAY ĐỔI TẦM VỚI5.11 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN CUỐI CỦA CƠ CẤU THAY ĐỔI TẦM VỚI:::: 5.11

5.11.1 Chọn vật liệu.1 Chọn vật liệu.1 Chọn vật liệu::::

Do bánh răng chịu tải trung bình có va đập, làm việc hai chiều nên ta chọn vật liệu chế tạo là thép 50 thường hoá Thanh răng là thép 45 thường hoá Theo (Bảng.61),[7] ta có bảng số liệu sau:

Tên chi tiết

Tên chi tiết Giới hạn bềnGiới hạn bền Giới hạn chảyGiới hạn chảyGiới hạn chảy ĐoĐộ cứngä cứngä cứng Nhãn hiệu Nhãn hiệuThanh răng

- HB: Độ cứng:

n: Hệ số an toàn: n =1,75 ( Bảng 6.2),[7]

m : Bậc đường cong mỏi, m=6

ttMMi 3.

Ta có:

u: Số lần ăn khớp của bánh răng khi quay một vòng, u=1 n: Số vòng quay của trục trong1 phút ; n=5 (v/p)

T: Tổng thời gian làm việc

T = Na Nn Ca.tc

-> T = 40.270.2.6 = 129600 (giờ) - Với ứng suất tiếp súc:

- Với ứng suất uốn:

+ Tính theo sức bền uốn + Với bánh răng:

Do Ntd > N0 -> KN =1

σ 5.11

5.11.2 Kiểm tra bền.2 Kiểm tra bền.2 Kiểm tra bền - Chọn chiều rộng bánh răng:

- Công suất trục ra: N2 = N1.η

η: Hiệu suất bộ truyền; η = 0,894

- Chọn sơ bộ hệ số tải trọng K

HB ≤ 350, Chịu tải thay đổi:

bangttH KK

Chọn chiều rộng bánh răng b = 120 (mm) Đường kính vòng đỉnh: D = 350 (mm) Do ổ trục đối xứng theo (bảng3.12),[7] Kttbảng =1,04

K