MỤC LỤC I. Tính toán cơ cấu nâng: 2 1. Chọn loại dây cáp: 2 2. Palăng giảm lực: 2 3. Tính kích thước dây cáp: 4 4. Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc: 4 a. Đường kính tang: 4 b. Chiều dài tang: 4 c. Số vòng quay yêu cầu của tang: 7 5. Chọn động cơ điện: 7 6. Kiểm tra động cơ điện về nhiệt: 8 7. Tính và chọn phanh: 9 8. Bộ truyền: 11 a. Phân phối tỷ số truyền: 11 9. Tính chọn khớp nối: 13 II. Tính toán kiểm tra móc và ổ treo móc: 14 III. Tài liệu tham khảo: 16 ĐỀ SỐ: 16 PHƯƠNG ÁN: 5 TRỌNG LƯỢNG VẬT NÂNG Q(T) CHIỀU CAO NẦNG H(m) VẬN TỐC NÂNG vn(mph) CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC THÔNG SỐ 18 19 15,5 M5 Tính toán cơ cấu nâng: Chọn loại dây cáp: Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dây cho cơ cấu là loại dây có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay. Ta không chọn dây xích vì xích nặng hơn khoảng 10 lần so với cáp, xích có thể đứt đột ngột do chất lượng mối hàn kém (nếu là xích hàn). Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛKP theo ГOCT 258855 có tiếp xúc đường giữa với các sợi thép các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi. Vật liệu chế tạo là các sợi thép có dưới hạn bền 1200÷2100(Nmm2). Chọn cáp ԒKO 6x25+1. Loại cáp này LK, với 6 dánh, mỗi dánh 19 sợi có lớp sợ thép ngoài cùng như nhau, lỏi thép của dánh được bện từ 7 dánh, mỗi dánh 7 sợi thép. Với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1600÷1800 (Nmm2) Palăng giảm lực: Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tải trọng lớn ta dùng một palăng. Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang. Do cầu lăn thực hiện việc nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang. tương ứng với trọng tải cầu lăn theo Bảng 26I chọn bội suất palăng a=2. Palăng gồm hai ròng rọc di động và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT *********************************** BÀI TẬP LỚN TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG Sinh viên thực Mã sinh viên Lớp Đề số Phương án GV hướng dẫn : Nguyễn Xuân Lộc : 1921060370 : DCCDTM64 : 16 :5 : Nguyễn Văn Xô HÀ NỘI, 2021 MỤC LỤC I Tính tốn cấu nâng: .2 Chọn loại dây cáp: .2 Palăng giảm lực: Tính kích thước dây cáp: 4 Tính kích thước tang rịng rọc: a Đường kính tang: b Chiều dài tang: .4 c Số vòng quay yêu cầu tang: Chọn động điện: Kiểm tra động điện nhiệt: .8 Tính chọn phanh: Bộ truyền: 11 a Phân phối tỷ số truyền: .11 Tính chọn khớp nối: 13 II Tính tốn kiểm tra móc ổ treo móc: 14 III Tài liệu tham khảo: 16 ĐỀ SỐ: 16 PHƯƠNG ÁN: TRỌNG LƯỢNG VẬT NÂNG Q(T) CHIỀU CAO NẦNG H(m) VẬN TỐC NÂNG vn(m/ph) CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC THÔNG SỐ 18 19 15,5 M5 Tính tốn cấu nâng: Chọn loại dây cáp: I Vì cấu làm việc với động điện, vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dây cho cấu loại dây có nhiều ưu điểm loại dây khác xích hàn, xích loại dây thông dụng ngành máy trục Ta khơng chọn dây xích xích nặng khoảng 10 lần so với cáp, xích đứt đột ngột chất lượng mối hàn (nếu xích hàn) Trong kiểu kết cấu dây cáp kết cấu kiểu ЛK-P theo ГOCT 2588-55 có tiếp xúc đường với sợi thép lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng sử dụng rộng rãi Vật liệu chế tạo sợi thép có hạn bền 1200÷2100(N/mm2) Chọn cáp Ԓ K-O- 6x25+1 Loại cáp LK, với dánh, dánh 19 sợi có lớp sợ thép nhau, lỏi thép dánh bện từ dánh, dánh sợi thép Với giới hạn bền sợi thép khoảng 1600÷1800 (N/mm2) Palăng giảm lực: Để giảm lực căng tăng tuổi thọ cho dây cáp cấu nâng nâng với tải trọng lớn ta dùng palăng Trên cầu lăn dây cáp nâng trực tiếp lên tang Do cầu lăn thực việc nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi làm việc ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy tang tương ứng với trọng tải cầu lăn theo Bảng 2-6[I] chọn bội suất palăng a=2 Palăng gồm hai ròng rọc di động rịng rọc khơng di chuyển làm nhiệm vụ cân Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý Palăng Lực căng lớn xuất nhánh dây cáp lên tang nâng vật S Q0 (1− λ) Bảng 19[I] m(1−λa ) λ t max Trong đó: Q= 18T = 180000 (N) Q m =¿ 0.05.Q = 9000 (N) λ = 0,98: hiệu suất ròng rọc với điều kiện rịng rọc đặt ổ lăn Bơi trơn tốt mỡ Bảng 2-5(I) a = 2: Bội suất palăng m = 2: Số nhánh cáp lên tang t = 0: Vì số dây cáp trực tiếp lên tang khơng qua rịng rọc chuyển hướng Vậy: Smax = Q0 (1−λ) a m(1−λ ) λ t = 199000.(1−0,98) ( 1−0,98 ) 0,98 =50379(N ) Hiệu suất palăng xác định theo công thức 2-21[I] ηp= S Q 199000 = = =0,99 S max m a S max 2.2 50379 Trong đó: S = Qo m a Tính kích thước dây cáp: Kích thước dây cáp chọn dựa vào công thức 2-10 –[I] Sd ≥ Smax.n Sđ: Lực kéo đứt dây theo bảng tiêu chuẩn, (N) Smax: Lực căng lớn dây, (N) n = 5,5: Hệ số an toàn bền cáp Bảng 2-2-[I] Sđ = 50379.5,5 = 277084,5 (N) Xuất phát từ điều kiên theo công thức (2-10) với loại dây chọn K-OOCT 3081-69 có kết cấu 6x19(1+9+9)+7.7.(1+6) trên, với hạn bền sợi σ b =N/mm2.Chọn đường kính dây cáp dc = 20,5 (mm) có lực kéo đứt S đ = 297,5 (KN) (phụ lục 12 TCVN 4244-86) Vậy dây cáp chọn đạt yêu cầu Tính kích thước tang ròng rọc: a Đường kính tang: Đường kính nhỏ cho phép tang rịng rọc phải thích hợp với cáp để tránh cáp bị uốn nhiều gây mỏi đảm bảo độ bên lâu cho cáp Đường kính nhỏ cho phép tang xác định theo công thức 2-12[I] D t ≥ d c (e-1) e = 25 hệ số đường kính tang, theo Bảng 4-[I] D t ≥ 20,5 (25-1) = 492 (mm) Ở ta chọn đường kính tang rịng rọc giống nhau: Dt = Dr = 492 (mm) Rịng rọc cân khơng phải rọc làm việc nên chọn đường kính nhỏ 20%, so rịng rọc làm việc Dc = 0,8 Dr = 0,8.492 = 393,6 (mm) b Chiều dài tang: Chiều dài tang phải tính tốn cho hạ vật xuống vị trí thấp cịn 1,5 vịng cáp trữ, khơng kể vòng cáp nằm kẹp (quy định an toàn) Chiều dài toàn tang xác định theo công thức 2-14-[I] trường hợp Palăng kép L’= L0’+2L1+2L2+L3 L2 L1 L0 L3 L0 L1 L2 L Hình 2.3 Sơ đồ xác định chiều dài tang L Chiều dài nhánh cáp lên tang làm việc với chiều cao nâng H = 19 (mm) bội suất Palăng a = l = H.a = 19.2 = 38 (m) Số vòng cáp làm việc lên tang: Zlv= Zlv= L π ( Dt + d c ) L 38 = =19 (vòng) π ( Dt + d c ) 3,14.( 0,492+ 0,0205) Zt =1,5 vòng: số vòng cáp giảm tải lên kẹp cáp Số vịng cáp tồn lên tang: Z=Z lv + Z t =19+1,5=20,5(vòng) với bước rãnh cáp: t = d c+(2÷3) t ≥ 1,1dc, dc đường kính cáp t = 22,5 (mm) L’0 = 2.Z.t = 2.20,5.22,5 = 923 (mm) Chiều dài L1 phần tang để cặp đầu cáp, chọn phương pháp chọn thông thường nên ta nên phải cắt thêm vòng rãnh tang, Do đó: L1 = 4.t = 4.22,5 = 90 (mm) Vì tang cắt rãnh, cáp lớp, nên làm thành bên, nhiên hai đầu tang trước vào phần cắt rãnh ta để trữ lại khoảng L 2=22,5 (mm) Khoảng cách L3: ngăn cách hai cắt rãnh: L3 = L4-2.hmin.tgα Theo trang 21[I] Trong đó: L4: khoảng cách hai puli ngồi cụm móc treo hmin: khoảng cách nhỏ trục tang với trục puli treo móc vị trí Dựa vào kết cấu có, lấy sơ bộ: L4 = 300 (mm) hmin = 800 (mm) tgα = 0,07: góc cho phép dây cáp chạy tang bị lệch so với phương thẳng đứng L3 = 300-2.800.0,07 = 188 (mm) Vậy chiều dài toàn tang bằng: L’= L0’+2L1+2L2+L3 = 923+2.90+2.22,5+188 = 1336 (mm) Bề dày thành tang xác định theo công thức: Trang 22- [I] σ = 0,02 Dt+(6÷10) (mm) σ = 0,02 492 + (6÷ 10) =15,84≈ 16 (mm) Tang đúc vật liệu Gang (CH15-32) loại vật liệu thơng dụng phổ biến có: Kiểm tra sức bền tang theo công thức: 2-15-[I] σ n= k ϕ S max σ t Smax: Lực căng cáp lớn nhánh cáp lên tang σ: Chiều dầy thành tang; t bước rãnh k = 1: Hệ số phụ thuộc số lớp cáp lên tang Theo trang 22- [I] φ = 0,8: Hệ số tính đến xếp khơng dây cáp tang σ n= k ϕ S max 1.0,8.50379 =101,776 (N/mm2) = 17,6.22,5 σ t Tang đúc gang xám (CH15-32) có giới hạn bền nén σ bn=565N/mm2 Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k=5 σ= σ bn 565 = =113(N /m m2) k Vậy: σn < [σ]: tang đạt yêu cầu nén c Số vòng quay yêu cầu tang: Số vòng quay yêu cầu tang để đảm bảo vận tốc nâng: nt = a 15,5.2 = =¿ 16,2 (vg/ph) π D π 0,5125 Chọn động điện: Công suất tĩnh nâng vật trọng tải đựơc xác định: Theo công thức 2-78 [I] N= Q V n [kW] 60.1000 η Với: η hiệu suất cấu bao gồm: η = ηp.ηt.η0 = 0,88 ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng Tra mục 2- chương I – [I] ηt = 0,96 hiệu suất tang, tra bảng1-9- [I] η0 = 0,94 hiệu suất truyền có kể khớp nối, xuất phát từ bảng số liệu bảng 1-9 –[I], với giả thiết truyền chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh trụ Vậy: N= Q0 v n 199000.15,5 = =49,12 (kW) 60.1000 η 60.1000.0,88 Tương ứng với chế độ trung bình, sơ chọn động điện MT 63-10 có đặc tính sau đây: Cơng suất danh nghĩa: Ndc = 48 (kW) Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 572 (vòng/phút) Hệ số tải: M max M dn Mô men vô lăng: (G i.D i2) rôto = 220 (Nm2) Khối lượng động cơ: mdc = 110 (Kg) Kiểm tra động điện nhiệt: Động điện chọn công suất danh nghĩa nhỏ công suất tĩnh yêu cầu làm việc, phải kiểm tra nhiệt Để kiểm tra đựơc nhiệt động cơ, ta xác định thơng số tính tốn thời kỳ làm việc khác cấu Các thông số cần xác định: a hiệu suất cấu khơng tính hiệu suất palăng làm việc với vật nâng trọng lượng trọng tải: η = ηt.η0 = 0,96.0,92 = 0,88 b Momen trục động nâng vật, theo công thức 2-79- [I] M n= S max D m 50739.0,5125 = =696,1¿ Nm) i ηt 2.42,45 0,88 c Lực căng dây tang hạ vật, theo công thức 2-22 [I] Shạ= Q (1−λ) λa +t−1 199500.(1−0,98).0,9 = = 49371,21 (N) a (1−λ ) m 2.(1−0,9 ).0,9 D Momen trục động hạ vật, theo công thức 2-80 [I] M h= S h D m η 49371,21.0,5125 2.0,88 = =524,53( Nm) i 2.42,45 e Thời gian mở máy nâng vật, theo công thức 3-3 [I] β ∑ (Gi D 2i ) n1 Q0 D20 n1 t = + 375( M m −M n) 375 (M m−M n ) a2 i 20 η n m ∑ Gi Di ≈ GiDi2rôto+GiDi2khớp=220 +52,8 = 272,8 (Nm2) Với Momen vô lăng: (GiDi2) rôto = 220 (Nm2) (GiDi2) khớp = 52,8 (Nm2) (với d đường kính ngồi khớp nối G trọng lượng khớp nối chọn sơ d=300mm, trọng lượng khớp nối G=500 (N) (GiDi2) khớp = 0,45 G d2 = 52,8 (Nm2) Ta có: β = 1,1 ÷ 1,2, Hệ số ảnh hưởng quán tính chi tiết trục sau trục I β ∑ G i Di =1,1.272,8=300,08( N m ) 2 Mm Momen mở máy động cơ, động chọn động điện xoay chiều kiểu dây cuốn, Mm xác định theo công thức 2-75[I] M m= M mma + M mmin (1,8÷ 2,5) M dn+1,1 M dn 2 dn Mdn: momen danh nghĩa động cơ: M dn=9550 N dc 48 =9550 =787,63 (Nm) ndc 582 Mm = 1,8.787,63 = 1417,74 (Nm) t v= 60 H 60.15 = =69,23( s) 13 Do đó: Q1 = Q n t m= 300,08.582 199500.0,512 582 + =0,66( s) 375.(1417,74−696,1) 375 (1417,74−696,1) 22 42,4 52 0,87 Gia tốc mở máy là: Q1 = Q j= 60 t n m = 13 =0,284 (m/s ) 60.0,764 Thời gian mở máy hạ vật: theo công thức 3-9-[I] β ∑ (G i D i ) n1 Q D n1 t = + 375( M m+ M n ) 375 (M m+ M n) a2 i 20 η h m h t m= 2 300,08.582 102600.0,416 723 + =0,14(s) 375.(1417,17+785) 375(517+ 284) 22 32 , 52 0,87 Tính chọn phanh: Phanh dùng để hãm điều chỉnh tốc độ cấu, triệt tiêu động khối lượng chuyển động tịnh tiến chuyển động quay Tất cấu máy trục phải dùng thiết bị phanh hãm, cấu làm việc vận tốc cao Mà an tồn q trình nâng hạ phụ thuộc vào hệ thống phanh, cấu nâng cầu trục phải trang bị thiết bị phanh hãm để đảm bảo độ an tồn Q trình phanh thực cách đưa vào cấu lực cản phụ dạng ma sát nảy sinh momen phanh Phanh dùng có nhiều loại: phanh đai, phanh má, phanh hai má, phanh áp trục, phanh ly tâm … vvv… phanh thường đóng thường mở, ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng bố trí trục động Vì lý sau: Loại phanh có kích thước nhỏ loại phanh khác Lực phanh tác dụng đối xứng lên trục đặt phanh Đảm bảo đóng mở nhịp nhàng má phanh với bánh phanh nên độ an toàn cao cho cấu nâng làm việc với tải trọng lớn Phanh thường đóng làm việc an tồn phanh thường mở, có cố xảy phanh đóng vật nâng tư treo, không bị rơi đột ngột Đặt phanh trục động mơmen phanh nhỏ vị trí khác, kích thước, trọng lượng phanh nhỏ tính an tồn cao để chọn phanh làm việc có hiệu an toàn ta dựa vào giá trị momen phanh yêu cầu M ph Momen phanh cấu nâng xác định từ điều kiện giữ vật nâng treo trạng thái tĩnh với hệ số an toàn n Mph = n Mt ≤ [Mph] 2-2- [2] Trong đó: n hệ số an toàn phanh, phụ thuộc vào chế độ làm việc chế độ làm việc nhẹ: n = 1,5; trung bình n = 1,75; nặng n = 2; nặng n = 2,5 Phanh đặt trục động nên: Momen phanh tính: M ph= n Q D ŋ 1,75.199500.0,5125 0,88 = =927,3 (Nm) a i 2.2.42,45 Trong η hiệu suất cấu nâng n =1,75 hệ số an toàn, theo bảng 3- - [1] D0: đường kính tang tính đến tâm cáp D0 = D t + d c = 512,5 mm ~0,5125(m) Q0: trọng tải trọng lượng phận Q0 = 199000 (N) 10 Dựa vào điều kiện (2.2) ta chọn loại phanh, nhiên khơng nên chọn loại phanh có momen phanh danh nghĩa lớn momen phanh yêu cầu nhiều tải trọng động lên cấu phanh Qua việc phân tích tính tốn trên, ta chọn loại phanh má điện xoay chiều, ký hiệu Lực đóng phanh xác định theo cơng thức 2-34-[I] P= 12 M p h l D0 f η l 10 14 11 13 D D l l1 L r r 15 Hình 2.5 sơ đồ nguyên lý phanh má 1.Bánh phanh; 2, Má phanh; 3, Tay đòn phanh; Nam điện;7 Tay đòn cấu tạo lực mở phanh; Lò xo tạo phanh; Lò xo phụ; 10 đai ốc nén lò xo 11 Dai ốc dùng bảo dưỡng thay má phanh; 12 Đai ốc điều chỉnh hành trình phanh;13 ống bao; 14 Thanh đẩy; 15 Vít hạn chế hành trình phanh Bộ truyền: Bộ truyền thiết kế dạng hộp giảm tốc hai cấp bánh trụ, trục trục vào quay phía Các thơng số cần thiết: Số vịng quay trục vào: n = 572 (vòng/phút) Động dẫn động: N = 48 (Kw) Tỉ số truyền chung hộp là: i = 41,72 11 a Phân phối tỷ số truyền: Tỷ số truyền chung từ trục động đến trục tang theo cơng thức 3-15[I] i0= ndc nt Số vịng quay tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước nt = a 15,5.2 = =16,2 (vòng/phút) π D 3,14.0,5125 a =2: bội suất palăng i0= Vậy tỷ số truyền cần có: ndc 572 = =41 , 72 n t 16 ,2 Gọi: icn tỷ số truyền cặp bánh cấp nhanh icc tỷ số truyền cặp bánh cấp chậm Để đảm bảo điều kiện bơi trơn: icn = (1,2÷1,3) icc chọn icn = 1,2 icc { ¿ i cn i cc=41,72 ¿ i cn=1,2 i cc Vậy tỷ số truyền phân phối lại sau: { i cn=7,08 i cc =5,9 Xác định số vịng quay, cơng suất momen xoắn trục hộp giảm tốc: Số vòng quay: n1 = n = 572 (v/ph) n2 = n1 =¿ 80,8 (v/ph) ucn n3 = n2 80,8 = =13,7 (v/ph) i cc 5,9 Công suất: 12 NI = N.η cặp ổ = 48.0,95 = 45,6 (kW) NII =NI.η bánh ηcặp ổ = 45,6.0,97.0,95 = 42,02 (kW) NIII = NII.ηbánh η cặp ổ = 42,02.0,97.0,95 =38,72 (kW) Tra bảng 2-1- [6] ta có: ηcặp ổ =0,95 ηbánh = 0,97 Momen xoắn: M I =9,55.1 M II =9,55.1 06 M III =9,55.1 NI 45,06 =9,55.1 =752313 (N mm) n1 572 N II 42,02 =9,55.1 06 = 4966473 (N.mm) n2 80,8 N III 38,72 =9,55.10 =26990949(N.mm ) n3 13,7 Tính chọn khớp nối: Momen danh nghĩa khớp nối 9,55.10 Pđc 9,55.106 48 M x= = =801398,6 ( Nmm )=801,4 (Nm) nđc 572 Khớp nối tính tốn theo momen tính: M tt =K M x =4.801,4=3205,6 ( Nm) Tra bảng 9-11 Momen xoắn (Nm) 4000 d 8095 D 320 d0 58 l c 175 210 dc lc Ren Z Vòng đàn hồi D lv 30 66 M24 10 56,5 Chốt 56 nmax (vg/ ph) 1700 Sau chọn kích thước nối trục theo trị số momen xoắn kiểm nghiệm ứng suất dập sinh chốt với vòng cao su ứng suất uốn chốt Điều kiện sức bền dập vòng đàn hồi: σ d= K M x ≤ [ σ ]d Z D l v d c 13 σ d= 801398,6 =1,09< [ σ ] d =2( N /mm ) 10.512,5 56.20,5 Trong đó: Z: số chốt D0: đường kính vịng qua tâm chốt d0: đường kính lỗ lắp chốt bọc vịng đàn hồi dc: đường kính chốt lv: chiều dài tồn vịng đàn hồi K=4: hệ số tải trọng động (bảng 9.1) [ σ ]d =2(N / mm 2) : ứng suất dập cho phép vòng cao su Điều kiện sức bền uốn chốt: σ u= σ u= K M x l c 0,1 Z ( d c )3 D ≤ [ σ ]u 801398,6.66 =48< [ σ ] u=70( N /mm ) 0,1.10.20,5 512,5 Trong lc: chiều dài chốt [ σ ]u=70 ( N / mm2 ) : ứng suất uốn cho phép chốt II Tính tốn kiểm tra móc ổ treo móc: 14 Với đề tải trọng 20 tấn, theo bảng tra móc treo ta chọn loại móc chịu tải trọng 20 tấn: Tải trọng 20 (tấn) A 170 o 130 b 102 h 164 d 105 d1 100 d0 90 l 250 l1 100 l2 115 m R R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 85 20 120 100 220 50 170 190 30 Vật liệu chế tạo thép 20 có giới hạn chảy giới hạn mỏi: 2 σ ch=25 (kN /c m )=250 ( N /mm ) 2 σ m=12(kN / c m )=120(N /m m ) σ= Ta có: Q