Nghiên cứu thiết kế, chế tạo tời cấp cứu và tời cấp cứu và tời cứu sinh phục vụ công tác cứu hộ trên biển

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2010 Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tời cấp cứu và tời cứu sinh phục vụ công tác cứu hộ trên biển” Ký hiệu: 206.10.RD/HĐ - KHCN Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG Cơ quan chủ trì đề tài: VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN VĂN BÌNH 8736 Hà Nội - 2010 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2010 Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tời cấp cứu và tời cứu sinh phục vụ công tác cứu hộ trên biển” Ký hiệu: 206.10.RD/HĐ - KHCN Nội dung kết quả trung gian: Phần 1: Khảo sát chế độ làm việc của tời cấp cứu và tời cứu sinh. Phần 2: Thuyết minh tính toán, lựa chọn thông số kỹ thuật của tời cấp cứu và tời cứu sinh. Phần 3: Bộ tài liệu thiết kế tời cấp cứu và tời cứu sinh PHÒNG KT – KHCN ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Bình Hà Nội - 2010 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 CHƯƠNG I: KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TỜI CẤP CỨU VÀ TỜI CỨU SINH 3 1.1. Cơ sở để xác định các thông số làm việc của tời cứu sinh và tời cấp cứu. .3 1.1.1.Yêu cầu chung đối với tời cứu sinh, cấp cứu. 3 1.1.2. Dây cáp được sử dụng cho tời. 4 1.1.3. Yêu cầu đối với phanh 4 1.1.4. Yêu cầu đối với kết cấu cơ khí 4 1.2. Các chế độ làm việc của tời cứu sinh và tời cấp cứu 5 1.2.1. Chế độ treo xuồng. 5 1.2.2. Chế độ hạ xuồng: 6 1.2.3. Chế độ nâng xuồng bằng điện 7 CHƯƠNG II: THUYẾT MINH TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA TỜI CẤP CỨU VÀ TỜI CỨU SINH. 9 2.1. Lựa chọn sơ đồ truyền động và phân phối tỷ số truyền của hệ thống truyền động. 9 2.2. Tính công suất trên các trục: 10 2.2.1- Tính công suất trên trục tang: 10 2.2.2. Tính công suất trên trục trung gian: 10 2.2.3. Tính công suất trên trục ly hợp: 10 2.2.4. Tính công suất trên trục động cơ: 11 2.2.5. Chọn công suất của động cơ: 11 2.3. Tính lực tác dụng lên cáp: 11 2.3.1. Kiểm tra bền cho cáp: 11 2.3.2. Tính kiểm bền tang: 11 2.4. Tính nghiệm bền mối hàn 13 2.4.1. Tính cho mối hàn trên moay ơ 13 2.4.2. Tính mối hàn trên tang 14 2.5 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 16 2.5.1. Tính cặp bánh răng Trục ly hợp - Trục động cơ: 16 2.5.2. Tính cặp bánh răng Trục trung gian - Trục ly hợp: 18 2.5.3. Tính cặp bánh răng Trục trung gian - Trục tang 21 2.6 THIẾT KẾ TRỤC 23 2.6.1 Trục cụm động cơ 23 2.6.2 Trục ly lợp 27 2.6.3 Trục trung gian 32 2.6.4 Trục tang 37 2.7 TÍNH CƠ CẤU PHANH HÃM - LY HỢP 42 2 2.7.1 Xác định mô men trên trục ly hợp - trục phanh 42 2.7.2 Tính toán phanh ly tâm 42 2.7.3 Kiểm tra phần ly hợp ma sát nhiều đĩa 44 2.7.4 Tính khớp ly hợp một chiều 47 TÀI LIÊU THAM KHẢO 49 3 CHƯƠNG I: KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TỜI CẤP CỨU VÀ TỜI CỨU SINH. 1.1. Cơ sở để xác định các thông số làm việc của tời cứu sinh và tời cấp cứu. Căn cứ vào Bộ luật quốc tế về trang bị cứu sinh (Bộ luật LSA – THE INTERNATIONAL LIFE – SAVING APPLIANCE CODE ), các thiết bị hạ và nâng phương tiện cứu sinh lân tàu phải đáp ứng các yêu cầu sau: 1.1.1.Yêu cầu chung đối với tời cứu sinh, cấp cứu. 1.1.1 Trừ phương tiện hạ phụ đối với các xuồng cứu sinh hạ rơi tự do, mỗi thiết bị hạ phải được bố trí sao cho phương tiện cứu sinh hoặc xuồng cấp cứu được trang bị đủ mà nó phục vụ có th ể hạ một cách an toàn trong những điều kiện không thuận lợi khi tàu chúi đến 10 0 và đến 20 0 về bất kỳ phía nào khi: Toàn bộ số người đã lên xuồng Khi số thuyền viên trên tàu vận hành không đủ ở trên xuồng. 1.1.2. Bất kể yêu cầu ở mục 1.1.1 thế nào, các thiết bị hạ xuồng cứu sinh của tàu dầu, tàu chở hoá chất và tàu chở khí có góc nghiêng cuối cùng lớn hơn 20 0 được tính toán theo MARPOL 73/78 và các khuyến nghị của tổ chức An toàn Hàng hải thông qua bằng nghị quyết . 1.1.3. Thiết bị hạ không được phụ thuộc vào bất kỳ phương tiện nào khác ngoài trọng lực hoặc cơ năng độc lập với nguồn năng lượng trên tàu để hạ phương tiện xuồng cứu sinh hoặc xuồng cấp cứu khi nó phục vụ ở trạng thái toàn tải cùng các trang thiết bị cũng như ở trạng thái không tải. 1.1.4. Mỗi thiết bị hạ xuồng phải có kết cấu sao cho công việc bảo dưỡng thường xuyên phải thuận tiện, tất cả các chi tiết của tời khi các thuyền viên tiếp bảo dưỡng, sửa chữa phải ở vị trí dễ thao tác nhất. 1.1.5. Tất cả các chi tiết cấu thành thiết bị nâng hạ tời cứu sinh và tời cấp cứu và các phụ kiện đi kèm với nó phải có độ bền khi thử tải trọng tĩnh không nhỏ hơn 2,2 lần tải trọng làm việc lớn nhất. 1.1.6. Các thành phần kết cấu,các ròng rọc, dây hạ, dây chằng, tai vấu, mắt nối và tất cả các phụ tùng khác được sử dụng cùng với thiết bị nâng hạ phải được thiết kế với hệ số an toàn dựa trên tải trọng làm việ c lớn nhất và độ bền tới hạn của vật liệu khi đó hệ số an toàn sử dụng khi thiết kế không nhỏ hơn 4,5 cho tất cả các thành phần kết cấu và hệ số an toàn nhoe nhất bằng 6 cho các dây hạ, xích treo, mắt nối và các ròng rọc. 4 1.1.7. Thiết bị nâng hạ xuồng cứu sinh và xuồng cấp cứu phải làm việc được trong mọi điều kiện thời tiết. 1.1.8. Tời cấp cứu và tời cứu sinh phải có đủ khả năng để đưa xuồng cấp cứu và xuồng cứu sinh cùng với thuyền viên trở về vị trí cất giữ. 1.1.9. Thiết bị nâng hạ tời cứu sinh và cấp cứu ph ải trang bị động cơ tời điện có đủ khả năng nâng xuồng cấp cứu và xuồng cứu sinh từ mặt nước với đầy đủ người cùng trang thiết bị của nó với vận tốc không nhỏ hơn 0,3 m/s 1.1.2. Dây cáp được sử dụng cho tời. Yêu cầu đối với cáp: Cáp được sử dụng trên tời cấp cứu và tời cứu sinh phải đảm bảo các yêu cầ u sau: Loại cáp không xoắn và không rỉ. Đối với tời có nhiều tang, yêu cầu tốc độ thu và rải cấp trên mỗi tang phải có vận tốc như nhau tại cùng một thời điểm. 1.1.3. Yêu cầu đối với phanh. Phanh không bị trôi khi thử với tải tĩnh không nhỏ hơn 1,5 lần tải trọng làm việc lớn nhất. Phanh không bị trôi khi thử với tải trọng động không nhỏ hơn 1,1 lần t ải trọng làm việc lớn nhất ở chế độ hạ. 1.1.4. Yêu cầu đối với kết cấu cơ khí. Tời phải được bộ truyền động cơ khí bằng tay để nâng các phương tiện cứu sinh và cấp cứu lên tàu. Các tay quay hoặc vô lăng của bộ truyền cơ khí này không được quay cùng khi sử dụng tời nâng bằng điện. Tốc độ hạ phương tiện cứ u sinh hay xuồng cấp cứu toàn tải xuống nước không được nhỏ hơn giá trị được tính theo công thức sau: V hạ = 0,4 + (0,2xH) Trong đó: V hạ - Là tốc độ hạ (m/s) H - Chiều cao từ đầu cần cẩu hạ xuồng đến đường nước khi tàu ở trạng thái tải nhẹ nhất (m). Sơ đồ nguyên lý của tời cứu sinh và tời cấp cứu được mô tả trên hình 1 5 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tời cứu sinh, cấp cứu 1.2. Các chế độ làm việc của tời cứu sinh và tời cấp cứu. 1.2.1. Chế độ treo xuồng. Ở chế độ này xuồng cứu sinh/xuồng cấp cứu được treo lên cẩu cứu sinh bằng 02 sợi cáp chốt vào 02 tang tời. Khi đó ly hợp ma sát đóng, dưới tác dụng của trọng lực (của xuồng và người trên xuồng) làm cho 02 tang tời quay sinh ra mô men xoắn theo chiều hạ xuồng, mô men từ cụm trục tang được truyền đến cụm trục trung giam thông qua cặp bánh răng Z100/Z18, m=5, → Z98/Z22, m=4 →ly hợp ma sát, vì ly hợp ma sát đang ở chế độ đóng → mô men truyền đến cặp bánh răng 98/Z42, m=3→ Cụm trục động cơ. Tại cụm trục động cơ có lắp cụm phanh một chiều kiểu con lăn, chiều làm việc của cơ cấu này theo chiều hạ xuồng, cho nên phanh trục động cơ lại, kết quả toàn bộ xuồng cứu sinh được treo cố định lên cẩu. Ở chế độ này, tời chịu tải trọng tĩnh do trọng lượng của xuồng, người và các trang thiết bị khác trong xuồng gây ra và tải trọng ở chế độ này là lớn nhất (50kN). 6 Hình 2: Phanh con lăn một chiều 1-Vỏ phanh, 2- lõi phanh, 3- chốt đẩy, 4- con lăn 1.2.2. Chế độ hạ xuồng: Ở chế độ này, ly hợp ma sát được nhả, quá trình truyền động được thực hiện như sau: Dưới tác dụng của trọng lực (của xuồng và người trên xuồng) làm cho cụm trục tang quay → cụm trục trung giam quay thông qua cặp bánh răng Z100/Z18, m=5, → qua cặp bánh răng Z98/Z22, m=4 → đĩa ly ly hợ p ma sát quay (phần chủ động), phía vỏ của ly hợp ma sát có lắp bộ ly hợp ly tâm, cho nên khi phần chủ động của ly hợp ma sát quay đến một giá trị nhất định, khi đó lực quán tính ly tâm thắng được lực căng lò so làm cho má phanh tỳ vào vỏ cố định của tời và hạn chế được tốc độ rơi tự do của xuồng 7 cứu sinh, giá trị vận tốc hạ xuồng tuân thủ theo bộ luật LSA. Ở chế độ này chỉ có cụm trục tang, cụm trục trung gian và phanh ly tâm chịu tác dụng của tải trọng. Phanh ly tâm có kết cấu như hình 3 Hình 3. Phanh ly tâm 1- Vỏ cố định, 2- lõi phanh ly tâm, 3- lò xo kéo má phanh, 4- má phanh 1.2.3. Chế độ nâng xuồng bằng điện. 2.3.1. Chế độ nâng xuồng bằng điện. Ở chế độ này ly hợp ma sát đóng nối truyền động từ động cơ đến tang tời thông qua cụm trục động cơ → cụm trục ly hợp → ly hợp ma sát → cụm trục trung gian → cụm trục tang → 02 tang tời → cuốn cáp và nâng xuồng lên tàu. Tốc độ nâng xuồng phải thoả mãn bộ luật LSA. 2.3.2. Chế độ nâng xuồng bằng quay tay. Vì một sự cố nào đ ó, nguồn năng lượng trên tàu không có, việc nâng xuồng từ dưới nước lên tàu được thực hiện bằng phương pháp quay tay. Khi nâng 8 xuồng cùng với người, do tải trọng nâng lớn, việc nâng bằng tay được thực hiện ở trục tay quay chậm. Khi đó truyền động nâng được thực hiện như sau: Trục tay quay chậm → cụm trục động cơ → cụm trục ly hợp ma sát → ly hợp ma sát → cụm trục trung gian → cụm trục tang → 02 tang tời → cuốn cáp và nâng xuồng lên tàu. Khi nâng với tải tr ọng nhỏ, việc cuốn cáp được thực hiện ở cấp quay tay nhanh. Truyền động khi đó được thực hiện theo sơ đồ sau: Trục tay quay nhanh →cụm trục tang → 02 tang tời → cuốn cáp. [...]... (mm); pmaxk = pmax.k k: H s an ton dõy h k = 6 vi xung cp cu - cu sinh Theo quy phm trang b an ton tu bin Pmaxk = Pmax.k = 43000 x 6 = 258000 (N) < Pkộotcỏp = 329000 (N) 2.3.2 Tớnh kim bn tang: - Tớnh Mụmen un cho phộp ca tang ti : Coi tang l trc rng chu mụmen un theo cụng thc: dn dt [ ]u > Mtt M u = 0,1 dn 4 4 11 - ng sut cho phộp Thộp cỏc bon trung bỡnh: " " = o k N = (1,4 ữ 1,6) 1 k n u n k... 155 = 486,7(mm) S = 8(mm) Theo thiết kế 13 M: mômen xoắn, M = 8699657 (N.mm) Theo phần thiết kế trục tang Ta tính cho cả 4 đờng hàn Thay số: = 6 ì 8699657 21500 = 4,2( N / mm 2 ) 2 486,7 ì 8 ì 4 486,7 ì 8 ì 4 = 4,2( N / mm 2 ) < [ ]' = 220( N / mm 2 ) Vậy: Với mối hàn 8 đảm bảo kết cấu vững chắc 2.4.2 Tớnh mi hn trờn tang - Tính mối hàn giáp mối chịu nén và mômen Theo công thức (5-3) Chi tiết máy tập... 123746( N mm) - Từ Công thức (7-3) {Thiết kế chi tiết máy- NXBGD-2003} d ( I I ) 3 123746 M td ( I I ) =3 = 29,5(mm) 0,1.[ ] 0,1.48 - Chọn d ( I I ) = 40 (mm) + Tính đừơng kính trục tại tiết diện (II-II) - Mômen uốn M u ( II II ) = 0 - Mômen tơng đơng M td ( II II ) : 2 2 2 2 M td ( II II ) = M u ( II II ) + 0,75 M x = 0 + 0,75.123746 = 107167( N mm) - Từ công thức (7-3) {Thiết kế chi tiết máy-... n Lh = n2 = 361,3 (v/ph), N 2 = 14,72 (kW) N 1 = 15,48 ( kW) ndc = n1 = 970 ( v/ph), i = 2,68 2.5.1.1 Xỏc nh ng sut tip xỳc cho phộp: [ ]TX = [ ]N oTX k 'N Bỏnh rng ln Thộp 45- Tụi b mt lm vic t cng 280 - 300 (HB) : 2 2 b = 540 (N/mm ) ; ch = 270 (N/mm ) Bỏnh rng nh Thộp 55- Tụi b mt lm vic t cng 300 - 330 (HB) : 2 2 b = 700 ( N/mm ); ch = 300 (N/mm ) N oTX 1 N oTX 1 7 = 2,5 HB; N o = 1,5.10... nTgian = n2 = 81,12 ( v/ph), N 2 = 14 (kW) n Lh = n1 = 361,3 ( v/ph), i = 4,45 N 1 = 14,72 (kW) 2.5.2.1 Xỏc nh ng sut tip xỳc cho phộp: [ ]TX = [ ]N oTX k 'N Bỏnh rng ln Thộp 45 - Tụi b mt lm vic t cng 280-300 (HB) : 2 2 b = 540 (N/mm ) ; ch = 270 (N/mm ) Bỏnh rng nh Thộp 40X - Tụi b mt lm vic t cng 300-330 (HB) : 18 2 2 b = 700 (N/mm ) ; ch = 300 ( N/mm ) N oTX 1 N oTX 1 7 = 2,5 HB; N o =... (kW) - Theo ti mu ta chn thit k : S rng bỏnh nh Z1 = 18 S rng bỏnh ln Z2 = 100 T s truyn: i = 5,5 2.5.3.1 Xỏc nh ng sut tip xỳc cho phộp: [ ]TX = [ ]N oTX k 'N Bỏnh rng ln Thộp 45 - Tụi b mt lm vic t cng 280-300 (HB) : 2 2 b = 540 (N/mm ); ch = 270 (N/mm ) Bỏnh rng nh Thộp 40X - Tụi b mt lm vic t cng 300-330 (HB) : 2 2 b = 700 (N/mm ); ch = 300 (N/mm ) N oTX 1 N oTX 1 7 = 2,5 HB; N o = 1,5.10... b: chiều dài mối hàn bằng chiều dài ống tang b = 286(mm) 14 S = 8 (mm) Theo thiết kế M: mômen xoắn, M = 8699657 (N.mm) Theo phần thiết kế trục tang Thay số: = 6 ì 8699657 21500 = 59,7( N / mm 2 ) 2 286 ì 8 286 ì 8 = 59,7( N / mm 2 ) < [ ]' = 220( N / mm 2 ) Vậy: Với mối hàn 8 đảm bảo kết cấu vững chắc Kết luận: Các mối hàn trên tang bảo đảm tang làm việc an toàn 15 2.5 THIT K B TRUYN BNH RNG 2.5.1... I ) + 0,75 M x = 299920 + 0,75.399299 = 332963( N mm) - Từ Công thức (7-3) {Thiết kế chi tiết máy- NXBGD-2003} d ( I I ) 3 332963 M td ( I I ) =3 = 33,3 (mm) 0,1.[ ] 0,1.90 31 - Chọn d ( I I ) = 45 (mm) vì đoạn trục này có rãnh then + Tính đừơng kính trục tại tiết diện (II-II) - Mômen uốn M u ( II II ) = 0 (Vì bánh răng quay lồng không trên trục) d II 3 2 0,75.M x 0,75 ì 399299 2 =3 = 23,6 (mm)... 3655000( N mm) 12 2 2 M tt = 3655000 + 0,75 ì 8699657 = 6727030( N mm) M = 193051720 > M tt = 6727030 (N.mm) 2.4 Tớnh nghim bn mi hn 2.4.1 Tớnh cho mi hn trờn moay - Tính nh mối hàn giáp mối chịu nén và mômen Theo công thức (5-3) Chi tiết 6.M F ' [ ] 2 b S b.S Vỡ mi hn chu nộn nờn: máy tập I: = = 6.M F ' [ ] 2 b S b.S Trong đó: M: mômen b: chiều rộng của mối hàn hay chiều dài của mối hàn S: bề dày của... 81,12 ì 1000 = 4,26.10 6 6 N td 1 = i N td 2 = 4,45 ì 4,26 ì 10 = 18,9.10 ' kN2 1,5 ì 10 7 =6 = 1,2 4,26 ì 10 6 ' k N1 = 6 2,5 ì 10 7 = 1,02 18,9 ì 10 6 - ng sut cho phộp bỏnh rng ln: 2TX = 2,5 ì 300 ì 1,2 = 920 (N/mm2) - ng sut cho phộp bỏnh rng nh: 1TX = 2,3 ì 350 ì 1,02 = 844,3 (N/mm2) 2.5.2.2 Tớnh bỏnh rng theo sc bn tip xỳc: 2 1,05.10 6 k N 3 A (i 1) i A n TX A= - Lấy A = B A B = . ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2010 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tời cấp cứu và tời cứu sinh phục vụ công tác cứu hộ trên biển Ký hiệu: 206.10.RD/HĐ. sát chế độ làm việc của tời cấp cứu và tời cứu sinh. Phần 2: Thuyết minh tính toán, lựa chọn thông số kỹ thuật của tời cấp cứu và tời cứu sinh. Phần 3: Bộ tài liệu thiết kế tời cấp cứu và tời. kế, chế tạo tời cấp cứu và tời cứu sinh phục vụ công tác cứu hộ trên biển Ký hiệu: 206.10.RD/HĐ - KHCN Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG Cơ quan chủ trì đề tài: VIỆN NGHIÊN