ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU TRỤC

LỜI NÓI ĐẦUĐồ 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

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 làmviệc 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 .+ Vận tốc di chuyển xe lăn .+ 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

Nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế Chọn phương án

CHƯƠNG II

Tính cơ cấu nâng

Tính kích thước dây 16 Tính tang.

//

CHƯƠNG III

Tính cơ cấu di chuyển xe lăn

Tính chọn bánh xe và ray 33

CHƯƠNG IV

Tính cơ cấu di chuyển cầu

Tính chọn bánh xe và ray 37

Chọn động cơ 38

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 cáckhâu thi công đất như máy đào đất , chuyển đất ,xúc đất …

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

- Máy làm bêtông : Dùng trong việc trộn , đổvà đầm bêtông

- Máy đóng cọc và nhổ cọc

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

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

- Máy bơm nước : Phục vụ cho việc cấp thoátnước

- Các máy chuyên dùng

- Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu nghiên cứu , thiếtkế và sử dụng người ta còn phân loại theo nguồn

động lực ( máy chạy bằng động cơ đốt trong , bằngđiện , khí nén … ) , theo cách di động ( bánh hơi ,bánh xích , bánh sắt … ) , theo phương pháp điềukhiển ( cơ khí , thuỷ lực , khí nén … )

3) Yêu cầu chung đối với máy xây dựng :

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

- Về sử dụng và bảo quản : cần có tính cơđộng , điều khiển , tháo lắp , bảo quản , vậnchuyển không quá phức tạp , sử dụng thuận tiện antoàn , phù hợp với khí hậu

II GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC

1) Khái niệm :

- Cầu trục là loại máy nâng được sử dụng chủyếu để nâng và di chuyển các vật nặng , xếp dỡhàng hoá … Trong công nghiệp nó được sử dụng ởcác nhà xưởng lắp ráp chế tạo , trong các lòluyện kim

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

3) Cấu tạo chung của cầu trục

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

- Động cơ : Trong máy trục sử dụng 3 loại động cơnhư động cơ đốt trong , động cơ khí nén , động cơđiện Động cơ đốt trong thích hợp với những máy diđộng nhiều , hoạt động độc lập , không theo quỹđạo nhất định và xa nguồn điện Động cơ khí nénthường được sử dụng trong những máy cố định haymáy công cụ như máy đóng cọc , máy khoan , máyphun vôi … Động cơ điện là loại động cơ được sửdụng rộng rãi nhất trong cầu trục vì phù hợp vớitính chất làm việc của cầu trục ( cố định , dichuyển ngắn theo quỹ đạo nhất định ) và có côngsuất cao , gọn nhẹ , chịu tải tốt , thay đổi tốc độ vàchiều quay nhanh , dễ tự động hoá …

- Hệ thống truyền động : Có rất nhiều kiểutruyền động như truyền động dầu ép khí nén ,truyền động điện , truyền động hỗn hơp , truyềnđộng cơ khí Tuy nhiên trong cầu trục dùng phổ biếnlà 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 chuyểnbằng bánh xe và ray

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

- Khung bệ

- Các thiết bị phụ

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

I, YÊU CẦU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ CHỌN

+ Tải trọng nâng: Q=12.5 (tấn)

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

+ Chiều cao nâng H = 8 (m)

+ Vận tốc nâng

+ Vận tốc di chuyển xe lăn

+ 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 bánhrăng trụ ,bộ truyền bánh răng bôi trơn bằng tátdầu

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

- Cáp nâng :lựa chọn dựa trên hệ số an toàn chophép , 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 xúcgiữa các sợi cáp là tiếp xúc đường có nhược điểmlà 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 tạocủa 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 vềkéo nén Nên dùng cho các phần tử tiếp nhận tảitrọng 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%

16

Sơ đồ cơ cấu nâng :

phải được thiết kế đảm bảo độ tin cậy , độ an

toàn và ổn định cao , nó phải được chế tạo nghiêmchỉnh với chất lượng cao

- 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

- 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 k-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. 

Hình 2: Kết cấu của cáp

 - 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

Trong đó :

Qo = Q + Qm :tải danh nghĩa (tấn) với

Q là tải trọng nâng ,Qm là trọnglượng vật mang Khi tính toan bỏ qua trọnglượng vật mang

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

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

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

vậy :

- Hiệu suất của palăng :

, (cth:2-21[2]) trong đó :

So : lực căng tên nhánh dây treo vật đầutiên ,

a : bội suất của palăng a = 2x2 do là palăngkép vậy:

4.      Kích thước dây :

- Dây cáp dùng trong máy trục phải có kíchthước phù hợp với tải trọng, dây cápthường được tính toán và chọn theo lực kéođứt

Sđ = Smax * k , (cth: 2-10[2])

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

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

- Theo Atlas máy trục ta chọn được loại cáp k – p 6x19 có ứng suất giới hạn bền =1700(N/mm2) , đường kính cáp dc = 18(mm)

- Tang xẻ rãnh dùng quấn một lớp cáp trong

co cấu nâng dẫn động bằng điện vớichiều cao nâng vật không qua lớn Ở tangcó rãnh thì dây cáp được quấn theo rãnh

nên không bị rối cáp và kẹt cáp, dâycáp ít mòn vì ít cọ xát vào nhau Tang córãnh 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 nửakhác nhau và khác chiều, có hai dây treovật

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

 

 

 

 

- Các kích thước của tang :

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

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*tg L3 L4 -2*hmin*tg

L4 là khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng

trên khung treo móc

Hình 4: Kích thước của tang

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

là góc nghiêng cho phép khi dây chạy trên tang bịlệch so với phương đứng , với tang cắt rãnh tg = 1/10

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

Dc là đường kính cáp dc = 18(mm)

Vậy:

= 13 (vòng)+ Chiều dài phần tang cắt rãnh

L0 = 2 * Z * t Trong đó:t là bước rãnh trên tang đươc chon theo tiêuchuẩn trong Atlas máy trục Tương ứng với đường

kính cáp dc = 18(mm) ta chọn theo tiêu chuẩn MH

5365-64 được t = 20.

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

L = 1002(mm) , chọn L = 1000(mm)

+ Bề dày thành tang tính theo kinh nghiệm:

 = 0.02 * Dt + {(610)(mm)}

 = 0.02 * 430 + 3 = 11.6(mm)+ Kiểm tra độ bền của tang

Khi làm việc thành tang bị uốn , nén vàxoắn Với chiều dài của tang nhỏ hơn 3 lần đườngkính của nó thì ứng suất uốn và xoắn không vượtquá (1015)% ứng suất nén Ví vậy tang được kiểmtra sức bền theo điều kiện nén với ứng suất chophép là:

Trong đó :

là hệ số giảm ứng suất , đối với tang kép

= 0.8

k là hệ số phụ thuộc lớp cáp quấn lêntang ,ở đây chỉ có một lớp cáp quấn lên tangnên k = 1.

là ứng suất nén cho phép tang được chếtạo là gang CH 15-32 có giới hạn bền nén là =

6.      Chọn động cơ điện:

- Công suất tĩnh khi nâng vật :

, (cth: 2-78[2])

Trong đó:

là hiệu suất toàn cơ cấu ,

với: là hiệu suất tang , được tra theo bảng1-9[2]

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

được nhưng do kể cả khớp nối răng talấy

Vn là vận tốc nâng, Vn = 12 (m/s)

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 trụctang:

, (cth:3-15[2]) Trong đó:

là số vòng quay của tang đảm bảo vận tốc nâng cho trước

= 17.05 (vòng/phút)

Vậy:

Tính phanh :

- Trong máy trục phanh được chia làm hai nhóm

- Nhóm I gồm : các loại khoá dừng bánh cóc , khoádừng ma sát dùng để giữ vật ở trạng thái treo

- Nhóm II gồm các loại phanh: phanh dừng, phanh

thả , phanh má , phanh đai…

- Trong cơ cấu nâng để an toàn người ta thương dùng phanh má thường đóng , để chọn phanh ta dựa vào mômen phanh

(cth:3-14[2])Trong đó :

K là hệ số an toàn Với chế độ làm việc trung bình theo bảng

Bộ truyền :

- Bộ truyền trong cơ cấu nâng được chọn dưới dạng hộp giảm tốc sao cho đảm bảo tỷ số truyền là 43 với sai số trong khoảng 5% Hộp giảm tốc ở đây làhộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp phân đôi , đặt nằm ngang, trục vào và trục ra quay về một phía

Tương ứng với tỷ số truyền là 43 và chế độ làm việc trung bình, số vòng quay trên trục vào ,và yêu cầu về lắp ráp ta chọn hộp giảm tốc U2-500 , có các đặc tính sau :

+ Kiểu hộp : 2 cấp bánh răng trụ răng nghiêng + Tổng khoảng cách trục : A = An +Ac =300 + 200 =

500 ( mm )

+ Tỷ số truyền i= 41.34