TÀI LIỆU cơ sở THIẾT kế và TÍNH TOÁN các THIẾT bị NÂNG CHUYỂN TRONG CÔNG NGHIỆP

TÀI LIỆU cơ sở THIẾT kế và TÍNH TOÁN các THIẾT bị NÂNG CHUYỂN TRONG CÔNG NGHIỆP

UKHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

Kỹ Thuật Nâng Chuyển

LỜI NÓI ĐẦU

4

Nhiệm vụ chính của môn học Kỹ Thuật Nâng Chuyển là nghiên cứu, tìm hiểu

các phương tiện cơ giới hóa quá trình nâng, vận chuyển những vật đặc biệt trong cácngành công nghiệp khác nhau Cơ giới hóa đến mức cao nhất tất cả các quá trình sản xuấttrong đó kể cả xếp dỡ, nâng chuyển là một trong những điều kiện cơ bản để phát triển nềnkinh tế quốc dân Vì vậy việc tìm hiểu các máy nâng - vận chuyển không thể thiếu đối với

một người kỹ sư Điều này giải thích tại sao môn Kỹ Thuật Nâng Chuyển được đưa vào

chương trình đào tạo kỹ sư

Giáo trình Kỹ Thuật Nâng Chuyển cung cấp những kiến thức cơ bản về cấu tạo,

nguyên lý làm việc, cách tính toán cơ bản các cụm máy, chi tiết máy đặc trưng và nhữngmáy nâng – vận chuyển thông dụng

Giáo trình được biên soạn trên cơ sở chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí củaTrường Đại Học Công Nghiệp TPHCM, dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập chochuyên ngành cơ khí đồng thời cũng là tài liệu tham khảo cho các cán bộ và kỹ sư

Giáo trình bao gồm những phần như máy trục – máy vận chuyển liên tục với 12chương Ở mỗi chương chúng tôi đã cố gắng cô đọng những kiến thức mà chúng tôi xem

là cần thiết

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong khi thực hiện nhưng chắc chắn không tránhkhỏi những thiếu sót trong quá trình biên soạn Rất mong nhận được ý kiến đóng góp củađồng nghiệp và độc giả để cuốn sách này được hoàn thiện hơn

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Khoa cơ khí – Trường Đại Học Công NghiệpTPHCM cũng như các đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi hoàn thành cuốn giáotrình này

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY

5

CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

1.1 Ý NGHĨA, NỘI DUNG, YÊU CẦU

Môn học kỹ thuật nâng chuyển trang bị những kiến thức cơ bản của các loại máythiết bị nâng chuyển bao gồm kết cấu, nguyên lý hoạt động … của chúng Từ đó, có thểlựa chọn, sử dụng, quản lý thiết bị nâng chuyển Và với những kiến thức có được, chúng

ta có thể tiến hành tính toán và thiết kế các cơ cấu và các chi tiết riêng biệt của các máynâng chuyển

Môn học kỹ thuật nâng chuyển gắn liền với các môn học cơ sở như: Cơ kết cấu Kết cấu thép, Sức bền vật liệu, Vật liệu học, Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Công nghệ chếtạo máy, … Vì vậy, để học và nghiên cứu tốt môn học kỹ thuật nâng chuyển chúng tacần:

-* Nắm vững cấu tạo và nguyên lý làm việc của các chi tiết chuyên ngành, bộ phậntrong các cơ cấu máy nâng chuyển

* Biết phạm vi ứng dụng của các loại máy nâng chuyển

* Biết cách tính toán các chi tiết chuyên ngành, bộ phận, kết cấu thép, các thiết bị

an toàn của máy

1.2 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN

Tất cả các thiết bị nâng vận chuyển, tùy theo tính chất làm việc có thể phân ra làm

2 loại: máy trục và máy vận chuyển liên tục

1.2.1 Máy trục

Máy trục là thiết bị chủ yếu dùng để cơ giới hóa công tác nâng và vận chuyển nội

bô Người ta dùng các loại máy này để nâng, vận chuyển các loại hàng kiện, hàng rờitrong không gian, lắp ráp nhà ở, nhà công nghiệp theo từng khối lớn, lắp dựng các thiết bịcho xí nghiệp công nghiệp… Máy trục làm việc theo chu kỳ, có sự luân phiên của cácthời kỳ làm việc và không làm việc Tùy thuộc vào công dụng, người ta phân chia máytrục thành các loại:

1 Loại đơn giản

- Kích: kích thanh răng, kích vít, kích thủy lực

- Palăng tay, palăng điện

2 Loại phức tạp: là loại có 2, 3 hoặc nhiều cơ cấu làm việc

- Các loại cầu trục: cầu trục một dầm và hai dầm, cổng trục Loại máy nâng nàychỉ có cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển

- Các loại cần trục gồm có: cần trục cột buồm, cần trục tự hành (cần trục ô tô, cầntrục bánh xích), cần trục tháp, cần trục cảng, cần trục nổi Các cần trục này thường có

có đủ 4 cơ cấu cơ bản: cơ cấu nâng, di chuyển, thay đổi tầm với và quay

6

Hình 1.1 Các loại máy trục

- Các loại thang máy chở người, chở hàng và các loại máy thường dùng trongngành xây dựng

1.2.2 Máy vận chuyển liên tục

Được sử dụng rộng rãi trong dây chuyền sản xuất, nhà ga hàng không, côngtrường xây dựng … để vận chuyển vật liệu rời vụn (như cát sỏi, xi măng …), vật liệudính ướt (như hổn hợp vữa, bê tông …) và các loại hàng kiện Máy vận chuyển liên tụcđóng vai trò chủ đạo cơ giới hóa, tự động hóa sản xuất trong dây chuyền sản xuất hàngloạt như chế tạo cơ khí, sản xuất ôtô Các loại máy này có thể làm việc trong mọi điềukiện, đáp ứng tất cả yêu cầu của vật liệu vận chuyển như độ ẩm, mài mòn, nhiệt độ …

Từ những đặc điểm trên, ta có các loại máy vận chuyển liên tục:

1- Có bộ phận kéo: băng tải,xích tải, guồng tải…

2- Không có bộ phận kéo: thiết bị tự trượt, vít chuyển, máng lắc quán tính…3- Vận chuyển bằng khí nén (hút, đẩy, phối hợp) và thủy lực

1.3 THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY TRỤC

Khi thiết kế máy trục, người thiết kế phải dựa vào đối tượng phục vụ, để chọn cácthông số phù hợp với tính chất phục vụ Những thông số cơ bản của máy trục là: tải trọngnâng, tầm rộng hoặc tầm với, chiều cao nâng, vận tốc các cơ cấu và chế độ làm việc

1.3.1 Tải trọng Q

Là khối lượng danh nghĩa (lớn nhất) của vật mà máy có thể nâng được theo thiết

kế Tải trọng Q bao gồm khối lượng của vật nâng và khối lượng của bộ phận mang

Q = Qv + Qm

Trong đó:

+ Qv: khối lượng vật nâng

+ Qm: khối lượng bộ phận mang

Tải trọng sẽ không thay đổi trong suốt quá trình làm việc máy trục kiểu cầu Tuynhiên, tải trọng sẽ thay đổi phụ thuộc vào tầm với đối với các cần trục Tầm với càng lớnthì tải trọng càng nhỏ và ngược lại Như vậy tải trọng ở đây là giá trị tương ứng với tầmvới

Đơn vị tính tải trọng là kilôgram (kG), tấn (T) Tải trọng của máy trục đã đượctiêu chuẩn hóa: 0,05 - 0,1 - 0,2 - 0,25 - 0,32 - 0,4 - 0,5 - 0,63 - 0,8 - 1- 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 -3,2 - 4 - 5 - 6,3 - 8 - 10 - 12,5 - 16 - 20 - 25 - 32 - 40 - 50 - 63 … đến 1600 T

1.3.2 Tầm rộng và tầm với L

Đây là thông số biểu thị phạm vi làm việc của máy trục

7

1 Tầm rộng: khoảng cách giữa hai tâm của bánh xe đặt trên ray của cầu trục.

2 Tầm với: khoảng cách từ đường ray của cầu trục đến đường tâm của móc câu

Đối với cần trục tự hành và cầu trục tháp, trọng tải thay đổi phụ thuộc vào tầm vớinên cần quan tâm đến một thông số quan trọng là moment tải Thông số Mt cần phải đảmbảo độ ổn định của cần trục, chống lật trong quá trình làm việc và bằng tích số khối lượngcủa vật nâng và tầm với của cần trục

Mt = QL [T.m]

1.3.4 Chiều cao nâng H

Là khoảng cách cao nhất tính từ mặt đất hoặc bãi làm việc của máy trục đến điểmcao nhất của tâm móc treo vật nâng

1.3.5 Vận tốc các cơ cấu

Tùy theo công dụng và tính chất công việc của từng cơ cấu mà vận tốc các cơ cấu

sẽ khác nhau, thường thì:

- Vận tốc nâng không vượt quá (25 ÷ 30) m/ph

- Vận tốc cơ cấu di chuyển xe lăn (30 ÷ 50) m/ph

- Vận tốc cơ cấu di chuyển cần trục đạt đến (100 ÷ 120) m/ph

- Vận tốc quay của cần trục không vượt quá (5 ÷ 6) m/s Vì vận tốc quay lớn sẽtạo ra lực ly tâm của vật nâng lớn làm hỏng cần trục

- Vận tốc thay đổi tầm với là vận tốc di chuyển vật nâng từ vị trí xa nhất đến vị trígần nhất so với tâm quay đứng của máy Vận tốc này nên lấy giá trị lớn

1.4 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY TRỤC

Chế độ làm việc danh nghĩa của một cơ cấu hay toàn bộ cơ cấu là một thông sốtổng hợp có tính đến điều kiện sử dụng, mức độ chịu tải theo thời gian của một cơ cấuhay toàn bộ máy Khi tính toán các chi tiết, bộ phận kết cấu thép của máy trục về độ ổnđịnh, độ bền, độ mòn, tính an toàn ta cần chú ý tới chế độ làm việc để chọn thông sốtính toán cho thích hợp

Mỗi cơ cấu có chế độ làm việc khác nhau Chế độ làm việc chung cho toàn bộmáy trục lấy theo chế độ làm việc của cơ cấu nâng Những chỉ tiêu chính để đánh giá chế

độ làm việc của máy:

1 Hệ số sử dụng trong ngày: Kng = Số giờ làm việc trong ngày/24

2 Hệ số sử dụng trong năm: Kn = Số ngày làm việc trong năm/365

3 Hệ số làm việc theo tải trọng: KQ = Qtb/ Q

+ Qtb: trọng lượng trụng bình vật nâng

+ Q: trọng lượng danh nghĩa vật nâng

4 Cường độ làm việc của động cơ: % v 100%

ck

t CD

t

=Trong đó:

+ t v= Σ + Σt m t o: tổng thời gian làm việc của động cơ trong một chu kỳ

+ t ck = Σ + Σ + Σ + Σt m t0 t ph t d: thời gian của một chu kỳ.

8

+ Σtm: tổng thời gian mở máy.

+ Σt0: tổng thời gian chuyển động ổn định

+ Σtph: tổng thời gian phanh

+ Σtd: tổng thời gian dừng máy

Ngoài ra để đánh giá chế độ làm việc máy trục, người ta còn xét đến thông số sau:

- Số lần mở máy trong 1 giờ, tính trung bình cho 1 ca làm việc

- Số chu kỳ làm việc trong 1 giờ

- Nhiệt độ môi trường xunh quanh

Căn cứ vào điều kiện sử dụng máy trục, người ta phân biệt chế độ làm việc máytrục dẫn động bằng động cơ như sau:

- Chế độ làm việc nhẹ: làm việc với nhiều quãng thời gian nghỉ, vận tốc làm việcnhỏ, tải trọng làm việc thấp hơn tải trọng rất nhiều, số lần đóng mở máy trong một giờnhỏ (60 lần) CĐ% = 15% Cơ cấu nâng, di chuyển của các máy trục sửa chữa, cơ cấu dichuyển của cần trục xây dựng và cần trục cảng thường ở chế độ làm việc này

- Chế độ làm việc trung bình: làm việc với tải trọng trung bình, vận tốc trungbình, số lần đóng mở trong một giờ trung bình Ở chế độ này có cơ cấu di chuyển và cơcấu nâng của máy trục trong các phân xưởng cơ khí và lắp ráp, các cơ cấu của cần trụclắp ráp trong xây dựng, palăng điện

- Chế độ làm việc nặng: thường làm việc với tải trọng gần bằng trọng lượng danhnghĩa, vận tốc lớn, số lần đóng mở máy trong 1 giờ lớn (đến 240 lần) CĐ% = 40% Ở chế

độ này gồm các cơ cấu như cơ cấu của máy trục ở phân xưởng công nghệ, ở phân xưởngđúc và cơ cấu nâng của các cần trục xây dựng

Bảng 1.1 Đặc điểm chế độ làm việc máy trục

9

Hình 1.3 Các dạng phổ tải điển hình

1.4.1 Phân loại theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5862-1995)

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các thiết bị nâng, quy định việc phân loại thiết bịnâng và các cơ cấu của chúng theo các chế độ làm việc Tiêu chuẩn này không áp dụngvới cần trục nổi và thang máy Các nhóm chế độ làm việc của thiết bị nâng:

a) Phân loại thiết bị theo các nhóm chế độ làm việc phải căn cứ vào hai chỉ tiêu cơ bản làcấp tải và cấp sử dụng của thiết bị

+ Cấp sử dụng: được quy định theo bảng 1.2 và kí hiệu từ U0 đến U9 tùy thuộc vàotổng chu trình vận hành của thiết bị Tổng chu trình vận hành là tổng tất cả các chu trìnhvận hành Một chu trình vận hành được xác định bắt đầu khi tải đã chuẩn bị xong để nâng

và kết thúc khi thiết bị sẵn sàng để nâng tải tiếp theo

+ Cấp tải được quy định theo bảng 2 và ký hiệu từ Q1 đến Q4 tùy thuộc vào hệ sốphụ tải Kp Hệ số phổ tải phản ánh tình hình gia tải thiết bị, được tính theo công thức:

3

max

i i p

+ Ci = C1, C2, C3… Cm: số chu kỳ vận hành với từng mức tải khác nhau

+ Ct = ∑Ci: tổng chu kỳ vận hành ở tất cả các mức tải

+ Pi: cường độ tải (mức tải) tương ứng số chu trình ci

+ Pmax: tải lớn nhất vận hành với thiết bị nâng Sơ đồ phổ tải tương ứng 4 cấp tảitrình bày trên (h.1.3)

b) Xác định nhóm chế độ làm việc của chế độ nâng

Thiết bị nâng được phân loại thành 8 nhóm chế độ theo bảng 1.4 và được ký hiệu

từ A1 đến A8, trên cơ sở phối hợp các chi tiết về cấp sử dụng và cấp tải

Nhóm chế độ làm việc của chế độ nâng vận hành với tải có nhiệt độ trên 3000Choặc kim loại lỏng, xỉ, chất độc hại, chất nổ và các loại tải nguy hiểm khác lấy khôngdưới A6 Riêng với cần trục tự hành, trong trường hợp này lấy không dưới A3 Trong một

số trường hợp không có số liệu để xác định cấp sử dụng và cấp tải, có thể tham khảo cácchỉ dẫn phân loại nhóm chế độ làm việc ở phụ lục B (đối với máy trục kiểu cầu) và phụlục B (đối với máy trục kiểu cần) Mức chế độ làm việc trong phụ lục A và B là tối thiểu

Bảng 1.2 Cấp sử dụng thiết bị nâng

Cấp sử dụng Tổng chu trình vận hành Đặc điểm

10

U1 Trên 1,6.104 đến 3,2.104U2 Trên 3,2.104 đến 6,3.104U3 Trên 6,3.104 đến 1,25.105U4 Trên 1,25.104 đến 2,5.105 Sử dụng ít, đều đặnU5 Trên 2,5.104 đến 5.104 Sử dụng gián đoạn, đều đặnU6 Trên 5.104 đến 1.106 Sử dụng căng, thất thườngU7 Trên 1.106 đến 2.106

Sử dụng căngU8 Trên 2.106 đến 4.106

Bảng 1.3 Cấp tải và thiết bị nâng

Q1 - nhẹ Đến 0,125 Ít vận hành với tải tối đa, thông thường tải nhẹQ2 - vừa Trên 0,125 đến 0,25 Nhiều khi vận hành với tải tối đa, thông thườngtải vừaQ3 - nặng Trên 0,25 đến 0,5 Vận hành tương đối nhiều, với tải tối đa, thôngthường tải nặngQ4 - rất nặng Trên 0,5 đến 1,0 Thường xuyên vận hành với tải tối đa

* Cấp sử dụng của cơ cấu được quy định trong bảng 1.5 và được ký hiệu từ T0 đến

T9, tùy theo tổng thời gian sử dụng

Bảng 1.4 Nhóm chế độ làm việc của chế độ nâng

Cấp tải của cơ cấu được quy định trong bảng 1.6 và ký hiệu từ L1 đến L4, tùythuộc vào hệ số phụ tải Km Hệ số phụ tải phản ánh tình hình gia tải cơ cấu:

3

ax

i i m

11

+ ti = t1, t2, t3 …: thời gian (số giờ) sử dụng cơ cấu với từng bước tải khác nhau.+ tT = ∑ti: tổng thời gian (số giờ) sử dụng cơ cấu ở tất cả các mức tải.

+ Pi: cường độ tải (mức tải) tương ứng với thời gian sử dụng tải ti

+ Pmax: tải lớn nhất có thể vận hành đối với cơ cấu

M8, trên cơ sở phối hợp các chỉ tiêu về cấp sử dụng và cấp tải

Bảng 1.6 Cấp tải của cơ cấu thiết bị nâng

L1 - nhẹ Đến 0,125 Ít khi vận hành với tải tối đa,thông thường tải nhẹ

L 2 – vừa Trên 0,125 đến 0,25 Nhiều khi vận hành với tải tốiđa, thông thường tải vừa

Vận hành tương đối nhiều, vớitải tối đa, thông thường tảinặng

L 4 – rất nặng Trên 0,5 đến 1 Thường xuyên vận hành vớitải tối đa

Nhóm chế độ làm việc của cấp cơ cấu nâng tải và cơ cấu nâng cần ở thiết bị nângvận hành với tải có nhiệt độ trên 3000C, hoặc chất lỏng, xỉ, chất độc hại, chất nổ và cóloại tải nguy hiểm khác phải lấy không dưới M7, riêng đối với các cần trục tự hành trongtrường hợp này lấy không dưới M5

Trong một số trường hợp không có số liệu để xác định cấp sử dụng và cấp tải của

cơ cấu thiết bị nâng, có thể tham khảo các bảng phân loại nhóm chế độ làm việc cho ở

12

phụ lục A (đối với máy trục kiểu cầu) và phụ lục B (đối với máy trục kiểu cần) Mức chế

độ làm việc trong phụ lục B và A là tối thiểu

Các phụ lục A, B, C xem ở cuối chương 1

Bảng 1.7 Nhóm chế độ làm việc của các cơ cấu thiết bị nâng

-1.5 CƠ SỞ TÍNH TOÁN MÁY TRỤC

1.5.1 Các trường hợp tải trọng tính toán

Trường hợp I: tải trọng bình thường của trạng thái làm việc bao gồm trọng lượng

danh nghĩa của vật nâng và thiết bị mang, trọng lượng bản thân của máy, tải trung bìnhcủa gió, tải trung bình trong quá trình mở máy và hãm điều hòa cơ cấu Trong trường hợpnày, các chi tiết trong cơ cấu được tính theo sức bền mỏi, theo tuổi thọ, độ bền và phátnhiệt Trong cách tính toán độ bền mỏi và độ bền có thể không tính áp lực gió

Trường hợp II: tải trọng lớn của các trạng thái làm việc, gồm trọng lượng vật

nâng danh nghĩa, tải trọng động lớn nhất khi mở máy và phanh đột ngột, tải trọng gió lớnnhất, tải trọng động do độ dốc, độ nghiêng của mặt nền máy đứng lớn nhất có thể.Trường hợp này, các chi tiết trong cơ cấu và kết cấu thép được tính theo sức bền tĩnh

Trường hợp III: tải trọng lớn nhất của trạng thái không làm việc của máy đặt

ngoài trời, gồm trọng lượng máy, tải trọng gió cực đại ở trạng thái không làm việc, tảitrọng do độ dốc mặt đường hoặc độ nghiêng mặt nền Trường hợp này cần kiểm tra độbền và độ ổn định của toàn bộ

máy và các bộ phận Đặc biệt là

các thiết bị phanh hãm, thiết bị

kẹp ray, các chi tiết và các thiết

bị của cơ cấu thay đổi tầm với

Khi tính toán, xe con hoặc cần

của cần trục được đặt vào vị trí

nguy hiểm nhất

Việc tính toán sức bền

mỏi (trường hợp I) được tiến

hành theo tải trọng tương đương, nghĩa là tải trọng có tác dụng phá hỏng chi tiết trongthời gian sử dụng như tác dụng chung của các tải trọng thực Tải trọng tương đương đượctính theo các đồ thị gia tải được xây dựng trên cơ sở quan sát chế độ làm việc của máy.Trường hợp không có đồ thị gia tải thực, có thể dùng đồ thị trung bình đã được xây dựngtheo kinh nghiệm

Đối với chế độ rất nặng có thể xem như tải trọng không thay đổi giá trị và bằng tảitrọng khi làm việc với tải trọng danh nghĩa Q

13

Tải trọng gió: đối với máy làm việc ngoài trời cần phải tính đến tải trọng gió trongtính toán sức bền, cơ cấu và kết cấu thép, tính toán ổn định máy Tải trọng gió được xemnhư lực tác dụng theo phương ngang:

Pg = Kgq(F0 + Fv) Trong đó:

+ Kg: hệ số cản khí động học Dầm dàn kín: Kg = 1,1 Ccabin, đối trọng: Kg = 1,2.+ q: áp lực gió tính toán ,N/m2

+ Fv: diện tích hứng gió của vật nâng (bảng 1.8), m2

+ F0 = F.φ: diện tích hứng gió tính toán của kết cấu, m2

+ F: diện tích trong đường viền ngoài của kết cấu

+ φ: hệ số có tính đến những phần rỗng Đối với dàn φ = 0,3 – 0,4 Đối với thanhkín φ = 1 Cơ cấu φ = 0,8 – 1

Bảng 1.8 Diện tích hứng gió của vật nâng, m 2

Áp lực gió trạng thái làm việc dùng trong thép tính sức bền tĩnh (trường hợp II)tính ổn định có tải của cần trục và khi kiểm tra thời gian máy di chuyển (ngược gió) vàthời gian phanh (theo chiều gió)

Áp lực gió trạng thái không làm việc dùng trong các phép tính các thiết bị kẹp ray,hãm cầu trục và phanh, tính ổn định bản thân cần trục và các chi tiết kết cấu chịu áp lựcgió (trường hợp III).Khi tính các thiết bị khóa hãm kẹp ray các cổng trục, cần trục ta lấy

áp lực gió bằng 2500N/m2

1.5.2 Phương pháp tính theo ứng suất cho phép

Ứng suất cho phép tính theo công thức:

+ σ: ứng suất lớn nhất tác dụng lên chi tiết (N/mm2)

+ [σ]: ứng suất cho phép đối với chi tiết (N/mm2)

+ σng: ứng suất nguy hiểm của vật liệu đối (giới hạn bền, mỏi, chảy …)

+ K0: hệ số tính đến ảnh hưởng của khuyết tật của vật liệu đối với sức bền mỏi.Với thép đúc: K0 = 1,3 Với thép hàn và cán: K0 = 1,1 Khi tính sức bền tĩnh: K0 = 1,0

+ K: hệ số an toàn chung Với các chi tiết chịu tải trọng va đập, tải trọng đột biến

có thể lấy K = 1,15 khi tính toán giới hạn chảy của vật liệu

1.5.3 Tính toán hiệu suất

Khi xác định tải trọng tính toán theo động lực học của cơ cấu, ta cần phải tính đếntổn thất do ma sát trong các khâu thông qua các giá trị hiệu suất các bộ phận của nó Hiệusuất này bằng tích các hiệu suất thành phần (bảng 1.9):

η = η1η2η3

14

Bảng 1.9 Hiệu suất các bộ phận của các cơ cấu máy trục

-Cơ cấu nâng

-PHỤ LỤC A

Bảng A Phân loại nhóm chế độ làm việc đối với cầu trục, cổng trục và cơ cấu

TT Loại máy và công dụng Điều kiện sử dụng Nhóm chế

độ làm

Nhóm chế độ làm việc cơ cấu

15

việc tổng thể máy nâng

Di chuyển xe

Di chuyển máy

4b Máy ở phân xưởng Sử dụng gián đoạn,đều đặn A4 M3 M3 M4

5a Máy phục vụ sân kho, trang bị móc Sử dụng ít, đều đặn A6 M2 M2 M4

5b Máy phục vụ sân kho, trang bị gầu

6a Máy phục vụ bãi thải, trang bị móc Sử dụng ít, đều đặn A6 M3 M3 M4

6b Máy phục vụ bãi thải, trang bị gầu

Bảng B Phân loại nhóm chế độ làm việc của một số loại cần trục và cơ cấu

TT Loại máy và công Điều kiện sử Nhóm chế Nhóm chế độ làm việc cơ cấu

16

dụng dụng độ làm việc

tổng thể máy Nâng Nâng cần

Di chuyển

xe con

Quay

Di chuyển máy

3b Cần trục trên boong,trang bị gầu ngoạm,

nam châm điện

trang bị gầu ngoạm,

nam châm điện

Sử dụng gián

5c

Cần trục kho bãi,

trang bị gầu ngoạm,

nam châm điện

CHƯƠNG II CÁC CHI TIẾT CỦA BỘ PHẬN MANG TẢI

2.1 MÓC TREO

Trong máy trục, móc được sử dụng để treo vật nâng thông qua dây cáp hay xích.Theo hình dạng cấu tạo móc được chia làm hai loại: móc đơn và móc kép Theo phươngpháp chế tạo, móc được chia thành móc rèn và móc dập Móc có thể chế tạo bằng phươngpháp đúc nhưng phải được kiểm tra bằng máy do khuyết tật

Móc thường chế tạo bằng thép 20 là thép ít cacbon bằng phương pháp rèn haydập Đối với cần trục có sức nâng lớn người ta dùng móc ghép từ các tấm kim loại CT3hoặc thép 20 bằng đinh tán, ưu điểm của nó là dễ chế tạo

Các thông số và chỉ tiêu an toàn của móc câu đã được tiêu chuẩn hóa theo tảitrọng nâng bởi các tổ chức hoặc nhà sản xuất lớn Tuy vậy, móc cần phải kiểm tra bền vàcần có chi tiết chặn cáp, không cho cáp tuột ra khi làm việc để đảm bảo an toàn

2.1.1 Móc treo đơn

a) Móc đơn, móc rèn

Hình 2.1 thể hiện kích thước và hình

dạng của móc đơn Đường kính trong của móc

là 2a được chọn theo đường kính cáp Thông

thường

2

c

d

a= Móc đơn sau khi chọn kich

thước phải kiểm tra theo 3 tiết diện I-I,

II-II,III-III (hình 2-1)

Tại vị trí cuống móc, mặt cắt I-I: luôn

bị cắt kéo, ứng suất kéo được tính:

[ ]

2 1

4

Q d

+ z1: số vòng ren đai ốc

+ tb: chiều cao bước ren, mm

+ d0: đường kính ngoài thân ren, mm

+ d1: đường kính trong của ren, mm

Ứng suất lớn nhất tại hai điểm ngoài cùng của mặt cắt:

* Tại bên chịu kéo:

2 , ax

2

[ / ]

e Q

2

e Q

Tại mặt cắt II - II, ứng suất được tính như phần móc rèn Nếu gọi p = P/n là lựctác dụng lên một tấm (trong n tấm ghép tán thành móc) thì moment gây ra trên một tấmlà:

+ Q: tải trọng nâng danh nghĩa, N

+ k2 = 1,2: hệ số tính đến sự phân bố lực không đều giữa hai bên móc kép

Từ Q1 xác định ứng suất kéo, uốn và cắt tai mặt cắt II – II:

- Xác định lực pháp tuyến Q2 của móc: 2 1sin 2

Mặt cắt III - III đi

qua tâm vòng tròn trong

một bên móc và qua điểm

giữa của mặt dưới móc

3 4 3

5 3

sin2

[ / ]os

os

[ / ]

2 os

k Qa a

Q

N mm

k Qc Q

N mm

α γσ

γ

α γτ

+ F2: diện tích tiết diện mặt cắt III - III, mm2

Kiểm tra bền tại mặt cắt II - II và III-III theo công thức:

Đối với móc kép bằng đinh tán có tải

trọng nâng trên 100T, thông thường loại này

được sử dụng trong luyện kim Chiều dày tối

thiểu của mỗi tấm là 20mm và dùng thép có ứng

suất kéo cho phép trong khoảng 4000 ÷

5000N/cm2 Để cho bề mặt vòng tròn nhẵn,

người ta phủ lên bề mặt một tấm thép và định vị

bằng đinh tán (hình 2.4)

Kiểm tra bền các mặt cắt I I, II II, III

-III cũng tương tự đối với móc đơn ghép và các công thức tính móc kép, móc rèn

2.1.3 Cụm móc treo

Cụm móc treo dùng liên kết các móc treo với ròng rọc thành cụm Kết cấu móctreo phụ thuộc vào số nhánh cáp treo vật, sơ đồ mắc cáp, số lượng và vị trí tương đối giữacác ròng rọc Trong máy nâng, có nhiều cách bố trí móc treo, nhưng phổ biến nhất là cụmmóc treo với nhiều nhánh cáp treo vật và trọng lượng vật nâng lên các nhánh cáp qua cácròng rọc cáp của cụm móc treo (hình 2.5) Có hai loại cụm móc treo:

22

Với cụm móc treo thường (hình 2.6a), bội suất palăng phụ thuộc vào cách mắccáp Nó gồm thanh ngang 3 có tiết diện tròn ở hai đầu để lắp qua các lỗ tấm treo 2 và cốđịnh hai đầu tại đó Ở giữa có tiết diện hình chữ nhật và có lỗ xuyên qua để lắp cán móc

và ổ bi đỡ 4, đồng thời dùng đai ốc 5 để giữ móc treo ổ bi 5, tải trọng trên móc sẽ truyềnlên ổ bi xuống thanh ngang 3 Từ đó, ta có thể tính toán thiết kế thanh 3 như một dầmngang có tựa hai đầu và lực uốn gây ra nằm ở giữa Khi xác định được kích thước thanh

3, cần kiểm tra dập hai đầu và kiểm tra tấm đỡ 2 ở các mặt cắt qua lỗ lắp thanh 3

Đối với móc treo ngắn, trục ròng rọc trùng với thanh ngang nên chỉ cho phép lắpđược số ròng rọc chẵn Chọn cụm móc treo ngắn có lợi là tiết kiệm được chiều cao nângkết cấu gọn và đỡ tốn vật liệu

Để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc với móc treo, các dây cáp phải đượctính đúng lực căng với hệ số an toàn cho phép

2.2 THIẾT KẾ KÌM KẸP VẬT

Với vật nâng hàng kiện hoặc hàng

khối có bề mặt ngoài đạt độ cứng cần thiết và

kích cỡ nhất định, người ta sử dụng các thiết

bị kìm kẹp (hình 2-7) để nâng chuyển Lực

nâng giữ vật nhờ vào lực ma sát F giữa bề

mặt nâng và bề mặt kẹp của thiết bị Để có

lực ma sát F đủ lớn để giữ được tải trọng Q,

phải tạo ra được lực nén pháp N:

F N f

2.2.1 Thiết bị kẹp đối xứng

Thiết bị kẹp nâng kiểu này được thể hiện trên hình 2-7a và các tải trọng tác dụnglên thiết bị được thể hiện trên sơ đồ hình 2-7b Để thuận tiện cho việc tính toán, ban đầuchưa kể đến trọng lượng thiết bị kẹp Sau khi đã có trọng lượng các thanh, ta có thể xétđến trọng lượng các tay đòn đến khả năng cặp vật của tai trọng nâng toàn bộ (Q+G).Theo sơ đồ như hình 2-7b ta có thể tính:

=

Trên cơ sở các kích thước theo công thức, ta chọn được giá trị phù hợp

2.2.2 Thiết bị kẹp không đối xứng

Thiết bị kẹp không đối xứng về nguyên tắc

có kết cấu cơ bản phần kẹp là giống nhau, chỉ khác

nhau phần thanh kéo phía trên không đối xứng qua

trục thẳng đứng (hình 2-8) Khi tính toán thiết kế

thiết bị này cũng tiến hành như thết bị kẹp đối

xứng Nguyên tắc tính bền từng thanh cũng tách

từng thanh độc lập và đưa vào các lực tác dụng và

tải trọng tác dụng Từ đó dùng công thức tính toán

bền cho phép để xác định kích thước của thiết bị

cặp

2.2.3 Thiết bị kẹp lệch tâm

Khi thi công xây dựng cũng như sản suất công nghiệp thường phải nâng các tấmmỏng, có bề mặt phẳng và có độ cứng nhất định, người ta thường dùng các thiết bị kẹplệch tâm (hình 2-9)

Chi tiết quan trọng nhất

của thiết bị này là bánh lệch tâm

được lắp chốt xoay trên khung

cặp Bán kính của mặt tiếp xúc của

bánh lệch tâm lớn dần về phía

ngược chiều kim đồng hồ và do

trọng lượng lệch tâm nên bánh này

luôn có xu hướng xoay cùng chiều

kim đồng hồ Nhờ kết cấu này mà

thay đổi được khe hở mặt kẹp tùy

thuộc vào chiều dày vật nâng Khi

làm việc, chi tiết lệch tâm tác dụng lên vật nâng một lực ma sát giữ cho vật nâng không bịrơi khi nâng hạ Tuy nhiên, do hệ số ma sát ở hai mặt kẹp khác nhau nên hai lực ma sát

F1, F2 sinh ra ở hai mặt tấm vật nâng khác nhau

24

Hình 2 9 Thiết bị kẹp vật lệch tâm

Có thể viết biểu thức cân bằng khi tấm vật nâng được treo:

Q ≤ F1 + F2 = N(f1 + f2) [N] (2-17)Trong đó:

+ f1, f2: hệ số ma sát giữa hai tấm lệch tâm với bề mặt vật nâng Có thể lấy f =0,12 ÷ 0,15 cho bề mặt nhẵn và f = 0,3 + 0,4 cho bề mặt thô

Để đảm bảo an toàn, người ta chọn góc α nhỏ hơn góc ma sát ρ1

Nếu biết chiều dày tấm vật nâng δ, bán kính cong tại vị trí tiếp xúc r (hình 2.9b),viết phương trình moment đối với tâm xoay:

α

Xác định các kích thước của tấm kẹp phải bảo đảm theo công thức này

2.3 THIẾT BỊ MANG HÀNG RỜI

2.3.1.1 Gầu ngoạm 2 dây

a) Cấu tạo

Gầu ngoạm 2 dây có kết cấu như hình 2-10 Nó có hai dây riêng biệt, dây cápdùng để nâng hay giữ toàn bộ trọng lượng gầu nối trực tiếp với đầu đỡ trên 2 Dây cáp 7dùng để đóng mở gầu được gắn với đầu đỡ dưới 6 Má gầu 4 gồm hai nửa liên kết vớinhau bằng khớp xoay 5 và thanh giằng 3 Khi đóng lại (ghép 2 nửa lại với nhau) tạo thànhgầu để chứa vật liệu cần bốc dỡ Các thành giằng 3 được nối với cạnh ngoài của má gầubằng khớp bản lề có thể xoay trong quá trình đóng mở Một chu kỳ làm việc của gầungoạm 2 dây có thể chia làm 4 giai đoạn:

25

Hình 2.11 Biểu đồ diễn biến lực ở hai dây cáp trpng một chu kỳ làm việc

+ Giai đoạn I: thả gầu xuống đống vật liệu, gầu ở trạng thái mở, hai dây cùng nhả cáp + Giai đoạn II: thả chùng cáp nâng và cáp đóng mở gầu, dưới tác dụng của trọng lượnggầu, gầu sẽ lún sâu vào đống vật liệu

+ Giai đoạn III: cáp nâng để chùng và cáp đóng mở được kéo lên, gầu từ từ đóng lại cùngvật liệu bên trong, thực hiện công việc bốc hàng

+ Giai đoạn IV: hai dây đồng thời được kéo lên cùng vật liệu bên trong và được đưa đến

vị trí dỡ tải Quá trình dỡ tải là để nguyên trạng thái dây cáp nâng và thả thùng dây cápđóng mở gầu, vật liệu rơi ra ngoài do trọng lượng bản thân Sau khi kết thúc dỡ tải, giữnguyên trạng thái mở gầu cùng thả hai dây cáp, đưa gầu về vị trí đóng vật liệu cần bốcxúc như ở trạng thái I Chu kỳ tiếp theo được lặp lại

+ SBmax: lực lớn nhất trong cáp đóng mở gầu, N

+ G, Q: trọng lượng của gầu và của vật liệu trong gầu, N

Khi vật liệu đã đầy gầu, cáp nâng 1 chịu lực kéo:

12

Trong trường hợp lực trong cáp đóng mở lớn, kích thước cáp không đảm bảo bền

và khi cần tăng lực cắt cho lưỡi gầu và đóng mở gầu, ta có thể tạo bội suất palăng (hình2-12) bằng cách lắp vào trục đầu đỡ trên các ròng rọc cố định và lắp vào trục đầu đỡ dướicác ròng rọc di động Dây cáp đóng mở gầu được luồn qua các ròng rọc và đầu dây được

cố định lên gần đầu tang hay cố định lên trục của đầu đỡ trên Tuy nhiên hiệu suất vàcông suất bốc xúc vật liệu sẽ giảm, thời gian 1 chu kỳ làm việc tăng lên khi bội suấtpalăng tăng

26

Gầu ngoạm 2 dây có ưu điểm là dễ thao tác, dỡ tải lại tại bất kỳ vị trí nào theo ýmuốn Nhược điểm là phải có 2 tang

cuốn cáp (hình 2-12) và như vậy khó tận

dụng các máy trục thông thường có 1

móc cáp để làm việc

2.3.1.2 Gầu ngoạm 1 dây

Hình 2-13b thể hiện nguyên lý

hoạt động của gầu ngoạm 1 dây Gầu

được treo trên dây 1 có vòng treo móc để

treo vào móc cần cẩu có sẵn Cáp 1 liên

kết với khung di động bằng khớp trượt 2

Cuối cáp 2 liên kết với đầu di động 8, tay

trượt 10 và móc 9 Đầu dỡ dưới có cơ

cấu móc trên đỉnh để ăn khớp với móc 9

ở đầu di động 8 Thanh giằng 3, khớp

xoay 5, má gầu 4 có kết cấu như gầu 2 dây Gầu 1 dây có 2 giai đoạn làm việc kẹp trong

1 chu kỳ:

+ Giai đoạn I: kéo dây 1 đóng gầu lại, vật liệu được điền đầy trong gầu Khi nângtiếp và di chuyển tới vị trí dỡ tải, lúc này tay gạt 10 chạm vào cữ cố định 7 làm rời liênkết giữa móc 9 và móc trên đầu đỡ dưới 6, gầu mở

ra do trọng lượng vật liệu và má gầu

+ Giai đoạn II: sau khi vật liệu rơi hết, gầu

được giữ nguyên trạng thái và được thả xuống

đống vật liệu Khi miệng gầu đã lún vào đống vật

liệu, dây cáp 1 vẫn tiếp tục đi xuống cho tới khi

móc 9 trên thanh động 8 liên kết với móc trên đầu

đỡ dưới 6 thì dừng lại Sau khi cáp 1 được nâng

lên và giai đoạn I lại bắt đầu

Gầu ngoạm 1 dây có ưu điểm là kết cấu

đơn giản, có thể sử dụng các loại máy trục có móc

sẵn kết hợp với nhiều công việc khác nhau, không

cần có dây cáp đóng mở gầu Tuy vậy loại này có nhược điểm là phải dỡ tải ở một vị trí

27

Hình 2.15 Gầu ngoạm xi lanh

thủy lực

1-Móc treo; 2- Dầm ngang trên;

3- Thanh kéo; 4- Dầm ngang

dưới; 5- Má gầu; 6- Xi lanh

2.3.1.3 Gầu ngoạm có dẫn động riêng

Kết cấu của gầu ngoạm có dẫn động riêng cũng tương tự như hai loại trên, chỉkhác là đầu dỡ trên có móc treo trực tiếp vào móc cầu đồng thời tại đó có gắn một cơ cấudẫn động riêng 11 để đóng mở gầu (hình 2-13b) Cơ cấu này có thể là tời cáp, xi lanhthủy lực (hình 2-14) hoặc cơ cấu khí nén Khi sử dụng cơ cấu xilanh thủy lực (hình 2-14)gầu ngoạm có thể dùng đào hào, đào hố móng trong xây dựng Thiết kế kiểu này làm việcrất chủ động, chắc chắn, có độ tin cậy cao, có lực cắt lớn, kể cả nơi có rễ cây Tuy nhiênkết cấu này bị giới hạn phạm vi làm việc do chiều dài cần

Khi thay kết cấu má gầu bằng kết cấu nhiều má có thể bốc xếp vật liệu cứng như

của gầu cao Đối

với vùng nước sâu

khó áp dụng do

không thể nhúng bộ

phận dẫn động sâu vào nước Tốt nhất vẫn phải sử dụng gầu ngoạm 2 dây

2.3.1.4 Thiết kế gầu ngoạm

Khi tính toán thiết kế gầu ngoạm, trọng lượng tiêu chuẩn của gầu Qg phải chọnkhông quá lớn (đỡ tiêu hao công suất vô ích của động cơ), không nhỏ quá (trọng lượngcủa gầu đủ lớn để có thể lún sâu vào đống vật liệu cần bốc xúc) Trọng lượng tiêu chuẩncủa gầu đối với vật liệu rời dùng trong xây dựng được xác định theo cong thức thựcnghiệm:

Qg = kgQv ≈ 0,8qγ (2-22)

28

Hình 2.16 Gầu ngoạm nhiều ma

Kích thước của gầu ngoạm được xác định từ năng suất yêu cầu theo trọng lượngvật liệu được bốc dỡ Qv (T/h) và dung tích gầu được tính theo công thức:

60

v v

Q T q

+ γ: trọng lượng riêng của vật liệu,T/m3

+ k = 0,7 + 0,95: hệ số sử dụng gầu ngoạm trong 1 giờ

+ T: thời gian một chu kỳ làm việc của gầu ngoạm, s

Bề dày thép tấm dùng để chế tạo gầu có thể chọn theo công thức:

Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số trong quá trình làm việc,người ta đã đưa ra các công thức kinh nghiệm để xác định sơ bộ các kích thước của gầu(hình 2-10)

Chiều rộng bên trong gầu B=1,13 q, m

Bán kính cong của má gầu r=1, 253 q, m

Chiều dài của thang giằng (kéo) l=1,93 q, m

Góc chắn giữa hai măt cong má gầu γ = 600

Góc mở tối đa của lưỡi gầu 2β = 1600

Độ mở lớn nhất của lưỡi gầu L=1,95r=2, 453q , m

Diện tích mặt vật liệu khi thả gầu xuống và bắt đầu lún: F =LB=2,73q2 , m2.Nếu gầu ngoạm vục sâu vào đống vật liệu với độ sâu là S thì khối lượng vật liệuđược xúc đi được tính theo công thức:

2

2 3

+ g: gia tốc trọng trường.

+ γv, k: tra bảng

Trọng lượng các bộ phận có ảnh hưởng lực tác dụng làm đóng mở gầu và đượcxác định theo công thức:

Trọng lượng đầu đỡ trên G2 = k2G, N

Trọng lượng thang giằng G3 = k3G, N

Trọng lượng hai má gầu G4 = k4G, N

Trọng lượng đầu đỡ dưới G5=k1.G, N

Đối với gầu bốc dỡ vật liệu xây sựng có thể lấy :

k1 = k3 = 0,25; k2 = 0,4; k4 = 0,005

30

CHƯƠNG 3

CÁC BỘ PHẬN DÂY CUỐN VÀ DẪN

HƯỚNG

3.1 DÂY CÁP THÉP

3.1.1 Cấu tạo – Phân loại

Các dây thép của cáp được làm bằng loại thép có hàm lượng cacbon cao Nhữngdây thép cacbon này có các cấp bền khác nhau, giới hạn bền của dây thép có thể đạt tới

2160 N/mm2 Với những cáp được bện bằng các sợi thép có đường kính từ 0,2 ÷ 5 mm thìgiới hạn bền trung bình 1400 ÷ 2000N/mm2 Cáp cứng hay mềm tùy thuộc vào giới hạnbền của sợi thép bện cáp Khi cuốn cáp qua tang hoặc ròng rọc quá nhiều vòng, cáp sẽgiảm tuối thọ Người ta thường dùng cáp có sợi thép có độ bền 1770 ÷ 1960 N/mm2 Khicần thiết có thể tráng kẽm bề mặt sợi thép để chống rỉ, chống ăn mòn của nước biển, hóachất nhưng loại này có độ bền thấp hơn 10% so với trước khi tráng

Phương pháp chế tạo cáp có ảnh hưởng rất lớn đến độ mềm, bền mòn của cáp.Dây cáp có thể phân loại theo đặc điểm sau:

Theo phương pháp sử dụng cáp thép có thể chia làm 2 loại:

1 Cáp thép động: là các loại thép dùng nâng hạ vật trong các thiết bị nâng, có chuyểnđộng dọc theo chiều trục cáp và bị uốn cong trên tang và ròng rọc

2 Cáp thép tĩnh: là thép làm việc luôn ở trạng thái kéo tĩnh (neo cột điện…), hoặc tảitrọng tác dụng vuông góc với chiều trục của dây cáp

Theo cách bện, cáp được chia làm ba loại:

1 Bện đơn: là loại thép được bện trực tiếp từ những sợi thép nhỏ

thành những lớp đồng tâm (hình 3.1)

2 Bện kép là loại cáp có các sợi thép đầu tiên được bện thành

những tao, sau đó từ những tao này bện tiếp thành những dây cáp

(hình 3.2)

3 Bện ba: là từ những sợi thép bện thành tao, từ những tao bện

thành dây cáp, từ những dây cáp nhỏ tiếp tục bện xung quanh lõi mềm thành cáp cóđường kính lớn hơn (hình 3.3)

Cáp bện đơn rất cứng, khó uốn qua ròng rọc, tang Loại này chỉ dùng làm cápchằng cột buồm, cáp kéo và cáp tải cho cần trục đường dây cáp Khi dùng cáp làm đườnglăn cho xe mang hàng trên nó, người ta thường bọc kín dây cáp để tạo nên mặt nhẵn (cáptrơn) mục đích là ngăn cát bụi, giảm ma sát, tang khả năng chịu lực cho dây cáp Thôngthường được chế tạo từ những dây thép có đường kính lớn hơn 2,5mm

31

Cáp bện kép (bện đôi hay bện ba) mềm hơn, được dùng nhiều trong máy trục Nó

có lõi mềm ở giữa, đôi khi có lỏi mềm ở cả trong từng tao Các lõi mềm này thường làmbằng sợi đay, bông Lõi mềm làm tăng độ mềm dây cáp, đồng thời lõi này được tẩmdầu chống gỉ, tăng khả năng bôi trơn cho các sợi thép trong cáp Tuy nhiên vẫn cần đượcbôi mỡ chống gỉ theo chu kỳ

Dây cáp có lõi bằng sợi kim loại mềm hay amiăng được dùng trong môi trườngnhiệt độ cao như trong các phân xưởng luyện, cán thép …

Theo chiều bện các sợi và tao thép thì gồm có:

1 Cáp bện xuôi: các sợi bện thành tao và các tao bện thành cáp thép đều theo cùng mộtchiều (hình 3.4a)

2 Cáp bện ngược: các sợi bện thành tao theo cùng một chiều và các tao được bện thànhcáp thép theo chiều ngược lại (hình 3.4b)

So với cáp bện ngược, cáp bện xuôi mềm hơn, dễ uốn qua tang, ròng rọc nên khảnăng chống mài mòn tốt hơn và tuổi thọ cao hơn Tuy nhiên cáp bện xuôi có nhược điểm

là dễ bị xoắn lại khi một đầu cáp tự do Cho nên, cáp bện xuôi không dùng treo vật trựctiếp mà thông qua ròng rọc để một dầu dây cáp được kẹp chặt ở vị trí cố định Cáp bệnchéo không bị tơi ra và không bị xoắn khi có một đầu tự do, có thể dùng để nâng tải trọngtrực tiếp bằng một nhánh cáp Trong một số trường hợp người ta dùng cáp chống xoay cókết cấu bện hốn hợp

Theo cách ghép các sợi thép có đường kính khác nhau để tạo nên diện tích tiếp xúc khác nhau giữa các sợi thép thì chia làm bốn loại:

1 Cáp tiếp xúc điểm: tao cáp được bện bởi các sợi thép có đường kính bằng nhau

2 Cáp tiếp xúc đường: tao cáp được bện bởi các lớp sợi thép bên trong và bên ngoàikhông cùng một đường kính

3 Cáp tiếp xúc điểm và đường: cáp kết hợp hai loại cáp trên

4 Cáp có tao ba cạnh: sợi thép được ghép dày hơn so với loại bình thường, nên độ bền nócao hơn, tuy nhiên chế tạo phức tạp hơn, do vậy ít sử dụng

3.1.2 Tính toán cáp

1 Kiểm tra bền

Hiện nay, người ta thường kiểm tra bền cáp theo hệ số an toàn bền:

d max

S k S

32

r m

− : lực kéo tối đa của cáp khi làm việc, N.

+ k: hệ số an toàn bền nhỏ nhất cho phép của cáp, tra bảng 3.1

+ (0,8 0,85) 2

4

d

S = ÷ iπ σ : tải trọng kéo đứt, tra trong các sổ tay, N

+ i, d: số sợi thép và đường kính sợi thép trong cáp

+ σbk: giới hạn bền kéo của thép làm cáp

+ Q = Q0 + Qv + Qc: tải trọng nâng N lực xác định bởi các nhân tố sau:

- Q0: tải lớn nhất cho phép vận hành đối với thiết bị nâng, N

- Qv: trọng lượng của bộ phận mang tải và bộ ròng rọc động, N

- Trọng lượng phần cáp treo tải được tính đến Qc, N (nếu l > 5m)+ ηr, ηp: hiệu suất ròng rọc, hiệu suất chung palăng

+ a: bội suất palăng

+ m: số ròng rọc đổi hướng, không tham gia tạo bội suất palăng a

Bảng 3.1 Hệ số an toàn bền nhỏ nhất của cáp Chế độ làm việc M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

k 3,15 3,35 3,55 4,0 4,5 5,6 7,1 9,0Với cơ cấu vận chuyển người, hệ số sử dụng tối thiểu phải bằng 9 Trong điềukiện sử dụng nguy hiểm như vận chuyển kim loại lỏng … thì nhóm chế độ làm việc lấykhông dưới M5 và với nhóm lớn hơn M5 thì k được lấy tăng lên 25% so với giá trị trongbảng, giá trị tối đa là 9

Khi tính lực căng cáp lớn nhất phải căn cứ vào tải trọng tĩnh và tải trọng do giómạnh nhất cũng như các điều kiện xung lực khác gây lên

2 Điều kiện thay cáp

Tuổi thọ cáp thép phụ thuộc vào ứng

suất mỏi tiếp xúc sinh ra khi quấn cáp vào puli

hoặc tang Người ta thường dùng số lần uốn tới

hạn của cáp qua puli hoặc tang cho tới khi sợi

bị đứt vì mỏi để làm chỉ tiêu tính toán Đồng

thời, tuổi thọ cáp cũng phụ thuộc nhiều vào độ

mòn, tức là phụ thuộc vào đường kính ròng rọc

hay tang Nghĩa là:

D ≥ (16 - 30)d (3-2)Đường kính nhỏ nhất cho phép của ròng rọc hay tang:

Tuổi thọ dây cáp phụ thuộc vào điều kiện làm việc, hệ số an toàn bền k và số lầnuốn qua puli Hình 3.5 cho ta thấy, với hệ số an toàn bền k khác nhau, nếu tăng tỉ sốđường kính ròng rọc và cáp D/d thì số lần uốn giới hạn của cáp ngh cho tới khi cáp bịhỏng cũng tăng lên rõ rệt Do đó, khi thiết kế máy trục với chế độ nặng cần chọn trị số k

và D/d lớn để đảm bảo tuổi thọ nhất định của cáp Tuy nhiên vẫn qui ước chung là :

+ Chế độ làm việc nhẹ, tuổi thọ cáp không nhỏ hơn 3 năm (hay 200000 lần uốn).+ Chế độ làm việc nặng thì không ít hơn ½ - 1 năm (hay 60000 lần uốn)

Bảng 3.2 Số sợi thép đứt cho phép trên một bước bện

Tời dùng cho gầu ngoạm

+ Của máy nâng

+ Cần trục các loại

3020

Các loại máy trục khác

Dẫn động bằngmáy

Cáp hỏng chủ yếu do mỏi, cho nên nó không xảy ra

tức thời mà phát triển dần dần (thời gian phá hỏng kéo dài)

và thường hỏng dần từ ngoài vào trong Dấu hiện đầu tiên

121416

111317

121630

34

dây cáp bắt đầu phá hỏng là các sợi thép bắt đầu đứt nổ, đặc biệt là cáp làm việc trongchế độ nhẹ Do đó trên cơ sở nghiên cứu và kinh nghiệm sử dụng mà người ta quy định

số sợi hỏng cho phép trên một bước bện, chưa đến giới hạn đó cáp vẫn làm việc an toàn

Số sợi bị đứt cho phép cho trong bảng 3.2

Nếu số sợi đứt chưa đến giới hạn cho phép nhưng lớp sợi ngoài đã bị mòn 40% thìvẫn phải thay cáp

3.1.3 Cố định đầu cáp

Việc cố định cáp và bố trí cáp trên thiết bị nâng phải loại trừ được khả năng cápbật khỏi tang hoặc ròng rọc và tránh cho cáp bị ma sát với các phần kết cấu của thiết bịhoặc cáp khác Việc cố định đầu cáp phải thỏa mãn yêu cầu : chắc chắn, giữ được tảitrọng bằng tải trọng tác dụng khi thử tải tĩnh đối với thiết bị nâng, dễ kiểm tra, tháo lắp,thay thế tại chỗ và để cố định cáp trên tang không bị uốn đột ngột TCVN 5864- 1995 chophép sử dụng các kết cấu vòng lót, bulông chữ U, ống côn, khóa chêm, các tấm đệm vàbulông cố định đầu cáp trong máy nâng

a) Vòng lót: dùng để đỡ cáp khi treo vòng qua chốt, tránh cho cáp không bị chà xát lên

chốt khi làm việc và giữ cho cáp khỏi bị uốn đột ngột Vòng cáp được chế tạo bằng rènhoặc dập Cáp được tết bằng cách tháo tung đầu cáp và đan các sợi thép vào thân cáp phíakhông bị tháo và dùng sợi thép quấn ngoài một đoạn l = 20dc, (hình 3.5)

b) Bulông chữ U: dùng để kẹp cáp Tấm đệm phía đai ốc có rãnh hình thang hoặc tròn để

ép cáp (hình 3.6) Tấm đệm đặt phía nhánh cáp làm việc để giảm biến dạng của cáp khivặn ép bulông Số lượng bulông sử dụng tùy thuộc vào đường kính cáp và không nhỏ hơn

3, chọn theo bảng 3.4

Bảng 3.4 Số lượng bulon chữ U dùng kẹp cáp

Đường kính cáp (mm) 11 ÷ 18 19 ÷ 24 25 ÷ 31 32 ÷ 34 35 ÷ 37 38 ÷ 41

c) Ống côn: thiết bị cố định đầu cáp tốt nhất Xỏ đầu cáp qua lỗ nhỏ của ống côn, tháo

tung đầu cáp, cắt bỏ lõi và bẻ gập đầu cáp, rút cáp để đầu

cáp nằm trong ống côn và đổ chì vào ống côn (hình 3.7)

d) Khóa chêm: cách cố định tiện lợi nhất là dùng khóa

chêm Cách cố định này có thể tháo lắp dễ dàng và nhanh

chóng, không cần các dụng cụ cuyên môn Các chi tiết cố

định đầu cáp trên đã được tiêu chuẩn hóa Khi dùng có thể

tính toán hoặc chọn theo tiêu chuẩn (hình 3.8a) Loại khóa chêm này thích hợp nhất chocác loại thép nhiều tao bởi vì cáp được giữ chủ yếu bằng ma sát Khi tính toán cần phùhợp những điều kiện sau (hình 3.8b):

35

Độ tin cậy của cáp được giữ trong khóa chêm phụ thuộc vào tỉ số f0/f, độ lớn của

tỉ số này phụ thuộc vào góc nêm α và được thể hiện trên đồ thị (hình 3.8c) với f0 = 0,15.Trong đó f0 là giá trị hệ số ma sát lớn nhất giữa cáp và khóa chêm, còn hệ số ma sát thực

tế f được xét trên từng góc nêm α cụ thể

Điều kiện tự hãm của khóa chêm.:

m

f tg

f

α ≤

e) Tấm kẹp cáp lên tang: cố định đầu cáp lên tang có thể dùng ít nhất hai tấm kẹp (hình

3.9) Tấm kẹp có rãnh hình thang là tốt nhất (hình 3.10) Mỗi tấm kẹp thường bắt vàotang bằng 1 đến 2 bulông Kích thước các tấm kẹp loại 1 bulông cho trong bảng 3-5

Để tính toán cáp và xác định số bulon cần thiết ở trường hợp này, ta giả thiết:

- Lực tác dụng vào các cáp không làm thay đổi tiết diện mặt cắt ngang của cáp

- Cáp được coi như dây mềm có bề mặt ngoài là hình trụ nhẵn

- Thay một số tấm đệm bằng một tấm đệm kẹp cáp với cùng số bulon

- Cáp được giữ trên mặt tang bằng lực ma sát và tính như sau:

( ) ( )

3

3 2

S m P

+ µ ≥ 1,5: hệ số an toàn bền của bulông

+ m: cánh tay đòn đặt lực S1 gây uốn bulông (hình 3.11)

+ d1: đường kính chân ren của bulon đơn vị mm

+ [σ]: ứng suất cho phép của vật liệu bulon đơn vị tính N/mm2

3.2.1 Xích bản lề

Xích bản lề gồm nhiều má xích được liên kết với nhau bằng chốt xích có tán haiđầu hoặc định vị bằng chốt chẻ có vòng đệm (hình 3.12) Các chi tiết của xích được chếtạo từ thép 20, 20X, 45 có giới hạn bền kéo từ 570 ÷

600N/mm2 và có thể được xử lí bề mặt vật liệu So với

cáp, xích bản lề có khối lượng và độ giãn dài lớn

Xích đã được tiêu chuẩn hóa Các thông số chính của

xích là bước xích t, chiều dày và số lượng má xích,

đường kính chốt d

Tính toán xích chủ yếu theo điều kiện bền kéo

với giả thuyết lực phân bố đều trên các mắt xích Từ

đó tính các má xích theo chịu kéo, dập và chốt chịu uốn Nhưng thực tế, lực kéo phân bốkhông đều và cũng không cân theo trục xích Vì vậy, người ta quy định tính chọn xíchtheo sức bền tổng hợp Tải trọng phá hỏng xích được tra theo bảng lấy từ kết quả thực

Hệ số an toàn của xích bản lề có thể lấy theo bảng 3.7 và phụ thuộc vào tốc độ cho phép

3.2.2 Xích hàn

Xích hàn gồm những mắt xích hình o-van, được chế tạo bằng thép tròn uốn congrồi hàn đối đầu bằng hàn điện, hàn hơi hay hàn rèn (hình 3.13a) Để đảm bảo hàn được dễdàng và chắc chắn, người ta dùng thép có tính hàn cao như CT2, CT3, thép 15, 20 chứa ítcacbon, lưu huỳnh và phốt pho có giới hạn bền kéo từ 560 đến 750N/mm2

Dựa vào kích thước ngoài của xích mà chia ra:

- Xích mắt ngắn có chiều dài mắc xích không vượt quá 5 lần đường kính mắt xíchhay có bước xích t = 2,8d và B = 3,3d

- Xích mắt dài có chiều dài mắc xích lớn hơn 5 lần đường kính mắt xích hay cóbước xích t = 3,5d và B = 3,3d

Ưu điểm xích hàn là dễ chế tạo, dễ uốn, gấp theo các phương và cho phép dùngvới đĩa xích có đường kính nhỏ Để giảm ứng suất khi uốn mắt xích qua ròng rọc haytang, người ta chỉ dùng xích hàn có bước xích ngắn t = (2,7 ÷ 2,8)d, đồng thời đườngkính ròng rọc hay tang lấy khá lớn D ≥ 20d Riêng đường kính đĩa xích không phụ thuộcvào điều kiện này, vì mắt xích được cài trục tiếp vào rãnh của đĩa xích chịu uốn ít hơn

Nhược điểm của xích hàn là có thể bị đứt đột ngột do chất lượng của mối hànkhông tốt, kim loại bị mỏi hay vật liệu chế tạo xích bị lổi mà không phát hiện trước.Ngoài ra xích hàn còn dễ bị dãn khi chịu lực lớn và chóng bị mòn do ứng suất tiếp xúccao tại tiếp xúc điểm giữa hai mắt xích kề nhau Chính vì lý do này mà xích hàn chủ yếudùng trong các cơ cấu máy trục làm việc với vận tốc thấp, khoảng 0,3 m/s và với vật nângnhỏ hơn 5 tấn

39

Theo độ chính xác chế tạo chia xích ra làm hai loại:

Xích hàn không chính xác, sai số chế tạo theo kích thước t, B cho phép ± 10%d.Loại này dùng để neo buộc tải và dùng ở cơ cấu nâng cuốn cáp vào tang trơn và ròng rọc

ở phân xưởng rèn để vận chuyển các vật nung đỏ

Xích hàn chính xác, sai số chế tạo kích thước B cho phép ± 5%d và t là ± 3%d.loại này được sử dụng trong cơ cấu nâng quay tay như palăng xích, các loại xe con có tảitrọng nâng nhỏ

Không sử dụng được xích hàn ở tốc độ cao: vận tốc không quá 0,1m/s đối vớixích hàn chính xác, không quá 0,2m/s đối với xích hàn không chính xác (bảng 3.6)

Bảng 3.6 Vận tốc cho phép của xích

Bảng 3.7 Hệ số an toàn K của xích hàn (TCVN 5864-1995)

Khi tính toán xích, ta coi mắt xích như một dầm siêu tĩnh với ứng suất sinh ratrong tiết diện mắt xích là ứng suất kéo do lực kéo S và ứng suất uốn Mu khi xích vòngquay đĩa xích gây lên (hình 3.13b,c) Ở đây lực kéo lớn nhất của xích cho phép S:

Xích hàn cuốn trên tang trơn

Xích hàn chính xác cuốn trên đĩa xích

Xích bản lề (xích tấm)

333

685

19,218,618,016,815,615,013,813,212,612,0

20,419,819,218,016,816,215,014,413,813,2

21,621,020,419,218,017,416,215,615,014,4

24,023,422,821,620,419,818,618,017,416,825

sin [ ]2

này ít được sử dụng Loại ròng rọc xích được sử

dụng rộng rãi nhất có dạng trên 3.14c Với kết cấu

này, xích hàn có các mắt xích chẵn nằm trong mặt

phẳng tựa còn các mắt xích lẻ nằm trong mặt phẳng

thẳng đứng của rãnh đĩa xích Như vậy ròng rọc

xích có hình dạng đa giác đều, mỗi cạnh của đa giác

đều bằng chiều dài của mắt xích Nhờ có kết cấu như vậy mà khi làm việc xích không bịtrượt, mặt khác các mắt xích nằm ngang tựa trên mặt phẳng của các hốc nên chúng khôngchịu uốn, do đó có thể dùng ròng rọc có đường kính nhỏ

Đường kính danh nghĩa, đo đến tâm xích thường lấy D ≥ 20d cho truyền độngbằng tay và D ≥ 30d cho truyền động máy

3.3.2 Ròng rọc chủ động

Đối với ròng rọc xích chủ động, trên bề mặt được chế tạo thành các hốc ăn khớpvới từng mắt xích và để mắt xích có thể lọt vào đó dễ dàng (hình 3.15 và 3.16) Vì sửdụng xích hàn chính xác nên kích thước và hình dạng các hốc cũng được chế tạo rất chínhxác Số hốc của ròng rọc z = 5 ÷ 8 thì gọi là ròng rọc xích dẫn dạng quả dứa Số hốc càng

ít thì càng chóng mòn xích và giảm hiệu suất trong khi làm việc phải có ít nhất hai hốc

ăn khớp hoàn toàn với xích

Đường kính của ròng rọc xích chủ động được tính theo công thức:

+ t: chiều dày bước xích, mm

+ z = 8 ÷ 12: số răng của đĩa xích

Cấu tạo đĩa xích được tiêu chuẩn

Hình 3.18 Ròng rọc cáp lắp bạc và ổ bi đỡ

3.4 RÒNG RỌC CÁP

3.4.1 Cấu tạo và công dụng của ròng rọc cáp

Ròng rọc cáp trong máy trục dùng để đỡ cáp, chuyển hướng chuyển động của cápkhi làm việc hoặc là một khâu trong palăng cáp để giảm lực kéo, tăng hoặc giảm tốc độnâng hạ vật (hình 3.18)

Trục ròng rọc trên cùng một palăng được đặt cố định, còn trục ròng rọc phía dưới

di động khi nâng hạ vật Vì vậy, trong palăng người ta chia ròng rọc làm hai loại: ròngrọc cố định và di động

Theo phương pháp sử dụng chia ra: ròng rọc dẫn hướng và ròng rọc cân bằng.ròng rọc cân bằng làm nhiệm vụ cân bằng lực kéo trong mỗi nhánh cáp Ròng rọc ở cơcấu nâng với chế độ nhẹ và trung bình, thường chế tạo bằng gang xám, đúc theo khuônmẫu Với đường kính D ≤ 600 mm, ròng rọc thường chế tạo bằng thép đúc hoặc hàn đốivới đường kính D ≥ 600 mm Ròng rọc lớn thường đúc hoặc hàn có gân làm tăng độ bền

và tốc độ của dây cáp theo yêu cầu

Rãnh ròng rọc là bề mặt làm việc, đỡ và giữ cáp có ảnh hưởng tới tuổi thọ và lựccản trong quá trình làm việc của cáp (hình 3.19) Do đó, cần được gia công cơ khí chínhxác, để khi vòng quanh ròng rọc không bị dắt, kẹt Cáp tiếp xúc với đáy rãnh ròng rọc làtiếp xúc đường nên ứng suất tiếp nhỏ, đỡ mòn Bán kính đãy rãnh tròn của ròng rọc phảiđảm bảo yêu cầu: r = (0,53 ÷ 0,6)dc, b = (3,5 ÷ 5,5)r, góc mở của rãnh 2β ≈ 600 để không

bị kẹt cáp, đồng thời cho cáp lệch sang hai bên so với đường tâm rãnh một góc γ ≈ 5 ÷ 60

Có thể tham khảo kích thước mặt cắt và vành ngoài ròng rọc theo bảng 3.8

Bảng 3.8 Hình dạng và kích thước rãnh ròng rọc đúc bằng gang

43

Hình 3.19.