Tinh toan dong luc hoc cau truc chan de tai trong 217769

1 Lời nói đầu Cầu trục loại máy trục kiểu cầu có kết cấu giống cầu có bánh xe lăn đờng ray chuyên dùng nên gọi cầu lăn đợc sử dụng phổ biến ngành kinh tế quốc phòng để nâng chuyển vật nặng phân xởng, nhà kho dùng để xếp dỡ hàng Chính khả làm việc cầu trục với thiết bị có trọng lợng, lu lợng lớn nên đà trở thành nhân tố để nâng cao suất lao động Khi nghiên cứu thiết kế, chế tạo cầu trục, thực tế thờng sử dụng phơng pháp thông thờng thiết kế cầu trục làm việc ổn định với gia tèc b»ng kh«ng XÐt thÊy r»ng gia tèc chun động cầu trục nhân tố ảnh hởng đến làm việc ổn định nh độ bền, độ cứng cầu trục, đà chọn đề tài nghiên cứu động lực học cầu trục để làm đồ án tốt nghiệp Những nội dung đợc trình bày đồ án là: giới thiệu cầu trục nói chung, cầu trục chân dê đập tràn công trình thuỷ điện SêSan 4, tính toán động lực học cầu trục, mô chuyển động cầu trục OpenGL mô trạng thái tĩnh phần mềm Cosmos Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Chỉ Sáng, PGS.TS Đinh Văn Phong, ThS Phan Đăng Phong thầy cô thuộc môn Cơ Học ứng Dụng Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội anh chị kỹ s phòng Tự Động Hoá Thiết Kế thuộc Viện Nghiên Cứu Cơ Khí đà tận tình bảo hớng dẫn hoàn thành đồ án Do thời gian trình độ hạn chế nên đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót, mong thầy cô thông cảm bảo nhiều Hà Nội, Ngày.tháng.năm 2007.tháng.tháng.năm 2007.năm 2007 Sinh viªn Vị Duy Phíc Mét sè kÝ hiƯu dïng ®å ¸n  [] E F m : øng suÊt tÝnh to¸n : øng st cho phÐp cđa vËt liƯu : Môđun đàn hồi vật liệu : Lực tác dơng : Khèi lỵng g R   k i n Q G M J, j S (2.1) [10] Cosmos : Gia tèc träng trêng : B¸n kÝnh : VËn tèc gãc : HiÖu suÊt : HÖ sè an toàn : Tỉ số truyền động : Số vòng quay vật quay : Tải trọng : Trọng lợng : Mômen : Mômen quán tính : Lực căng : Công thức 2.1 : Theo tài liệu 10 : COSMOSDesignSTAR Chơng I Giới thiệu cầu trục chân dê đập tràn phạm vi đồ án tốt nghiệp Tổng quan cầu trục Cầu trục đợc dùng chủ yếu phân xởng, nhà kho, bÃi tổ hợp thiết bị để nâng hạ vận chuyển hàng hoá với lu lợng trọng lợng lớn Kết cấu cầu trục dạng dầm hộp dàn, đặt xe có cấu nâng Cầu trục đợc sử dụng tất lĩnh vực kinh tế quốc dân với thiết bị mang vật đa dạng nh móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm Cầu trục đợc chế tạo với tải trọng nâng từ đến 500 tấn, độ dầm cầu đến 32 m, chiều cao nâng đến 16 m, tốc độ nâng vật từ đến 40 m/ph, tốc độ di chuyển xe đến 60 m/ph tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph Cầu trục nâng 10 thờng đợc trang bị hai đến ba cấu nâng vật: cấu nâng hai cấu nâng phụ Tải trọng nâng loại cầu trục thờng đợc ký hiệu phân số với tải trọng nâng phụ, ví dụ: 15/3 t; 20/5 t;150/20/5 t Theo công dụng đợc phân làm hai loại: cầu trục có công dụng chung cầu trục chuyên dụng Cầu trục có công dụng chung chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, lắp ráp sửa chữa máy móc Loại cầu trục có tải trọng nâng không lớn cần dùng với gầu ngoạm, nam châm điện thiết bị cặp để xếp dỡ loại hàng định Cầu trục chuyên dụng đợc sử dụng chủ yếu công nghiệp luyện kim, xuất nhập hàng cảng với thiết bị mang vật chuyên dùng có chế độ làm việc nặng Theo kết cấu dầm có loại cầu trục dầm cầu trục hai dầm Cầu trục dầm thờng dầm chữ I dầm tổ hợp với dàn thép tăng cứng cho dầm Cầu trục dầm thờng dùng palăng điện chạy dọc theo dầm nhờ cấu di chuyển palăng Cầu trục hai dầm có loại dầm hộp dầm dàn không gian Ngoài theo nguồn dẫn động có loại dẫn động tay cầu trục dẫn động máy Theo vị trí điều khiển có loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn dầm cầu cầu trục ®iỊu khiĨn tõ díi nỊn b»ng hép nót bÊm §iỊu khiĨn tõ díi nỊn b»ng hép nót bÊm thêng dïng cho loại cầu trục dầm có tải trọng nâng nhỏ Giới thiệu cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 công trình thuỷ điện Sê San 2.1 ý nghĩa, công dụng cầu trục chân dê đập tràn Cầu trục chân dê chuyên dụng, tải trọng nâng 2x25 đợc dùng để nâng hạ cửa van sửa chữa đập tràn, công trình thuỷ điện Sê San 4, đợc sử dụng để sửa chữa, lắp ráp cho thiết bị thuộc đập tràn 2.2 Điều kiện vận hành Vận tốc gió trạng thái làm việc : 20 m/s VËn tèc giã lín nhÊt : 28 m/s M«i trêng xung quanh : Trong không khí Nhiệt độ lớn môi trờng: + 40,5 C C Nhiệt độ nhỏ môi trờng : + 9,2 CC Độ ẩm : 85,7% 2.3 Thành phần cấu tạo Thành phần chế tạo cầu trục chân dê bao gồm: kết cấu kim loại cầu trục, kết cấu kim loại xe con, cấu di chuyển cầu trục, cabin điều khiển Trong cabin đợc trang bị điều hoà, thiết bị điện Trên xe lắp cấu nâng với tải trọng nâng danh nghĩa 2x25 tấn, cấu di chuyển xe 2.4 Đặc điểm nguyên lý làm việc Kết cấu kim loại cầu trục chân dê kết cấu hàn tổ hợp, tiết diện dầm chịu lực hình hộp Bên khung cầu trục có xe với cấu nâng có tải trọng nâng 2x25 cấu di chuyển xe Cơ cấu nâng gồm tang cáp đờng kính D = 870 mm với đờng rÃnh hình xoắn ốc, hệ thống treo tải trọng 25 cấu truyền động bao gồm động cơ, phanh, hộp giảm tốc Dẫn động cho cấu nâng kiểu dẫn động chung động Cơ cấu nâng đợc trang bị thiết bị hạn chế tải trọng nâng ( với chế độ vợt tải cho phép lớn 110% so với tải trọng nâng danh nghĩa) Cơ cấu di chuyển xe kiểu dẫn động chung với bánh xe dẫn động bánh xe bị động đờng kính D = 630 mm Xe có hệ thống nhà che bảo vệ cấu, máy Cơ cấu di chuyển cầu trục bao gồm cụm chủ động cụm bị động Mỗi cụm chủ động đợc lắp bánh xe dẫn động D=710 mm Mỗi cụm bị động đợc lắp bánh xe bị động D=710 mm Đối với cấu di chuyển cầu trục xe sử dụng phanh guốc điện có cần đẩy thuỷ lực đảm bảo trơn tru trình làm việc Trên cầu trục nh xe có lắp đặt cữ hạn vị hành trình nâng, hành trình di chuyển cửa lên xuống sàn thao tác có đặt cầu dao bán tự động đảm bảo an toàn Trên trục tang cáp có lắp thiết bị điều khiển đóng mở hoạt động nâng cửa van sửa chữa đập tràn, thiết bị hạn chế vị trí giới hạn hành trình lên xuống hệ thống móc treo Phía mái che xe có thiết bị đo tốc độ tức thời gió phát tín hiệu vận tốc gió lớn tốc độ gió cho phép Để hạn chế trôi cầu trục gió không làm việc, cụm di chuyển bị động đợc lắp thiết bị chống xô ray Thiết bị đợc hoạt động liên động với toàn hoạt động cầu trục 2.5 Đặc tính kỹ thuật Nguồn điện, tần số (Hz), điện áp (V) Xoay chiều; 50Hz; 380/220V Điều khiển cầu trục Từ ca bin Cấp điện cho cầu trục Bằng Trolley Cấp điện cho xe Bằng cáp mềm Tải trọng nâng chính, T 2x25 Chiều cao nâng lớn móc nâng, m 28 Cao cao trình sàn, m 7,5 Thấp cao trình sàn, m 20,5 VËn tèc n©ng mãc chÝnh, m/ph VËn tốc dịch chuyển cầu trục, m/ph Đờng kính bánh xe, mm Tổng số bánh xe Số bánh xe dẫn động Loại ray di chuyển cầu trục Vận tốc dịch chuyển xe con, m/ph Đờng kính bánh xe, mm Tổng số bánh xe Số bánh xe dẫn động Loại ray di chuyÓn xe 0,8/4 4,5/15 710 KP80 4,5 630 KP70 Phạm vi đồ án tốt nghiệp 3.1 Tính toán động lực học cầu trục Xây dựng mô hình chuyển động cầu trục với cấu nâng cấu di chuyển xe con, cấu di chuyển cầu trục Viết phơng trình chuyển động thời gian khởi động cấu dới ảnh hởng lực cản chuyển động 3.2 Kiểm nghiệm làm việc ổn định cầu trục Trong thời gian chuyển động có gia tốc cầu trục cầu trục phải ổn định theo phơng vuông góc với đờng ray, ổn định theo phơng dọc đờng ray dây cáp đủ vững đột ngột nâng vật nặng lên 3.3 Thiết kế khung dầm cầu trục Với điều kiện đầu vào độ cầu trục trọng lợng nâng danh nghĩa để thiết kế sơ bộ khung dầm cầu trục với dầm chính, chân cầu trục, giằng trên, giằng dới 3.4 Kiểm tra khung dầm phần mềm Cosmos Trên sở thiết kế ta dựng mô hình 3D cầu trục SolidWork kiểm tra làm việc an toàn, ổn định cẩu trục phần mềm Cosmos 3.5 Mô chuyển động cầu trục Với khả đồ hoạ th viện OpenGL môi trờng Visual C++, hình ảnh mô hình cầu trục đợc thể hình cho chúng chuyển động Phần giới thiệu khả môi trờng đồ hoạ OpenGL chơng trình mô cầu trục Chơng II Tính toán động lực học cầu trục chân dê tải trọng nâng 2x25 công trình thuỷ điện Sê San Cơ sở tính toán thiết kế cầu trục theo phơng pháp thông thờng Cầu trục thông thờngđợc tính toán thiÕt kÕ theo c¸c bíc tÝnh to¸n chung sau[1]: a) Xác định thông số cầu trục nh tải trọng nâng, chiều cao nâng, độ dầm cầu, tốc độ nâng hạ vật, di chuyển cầu trục, di chuyển xe con, chế độ làm việc điều kiện làm việc cụ thể cầu trục (môi trờng làm việc, loại hàng cần bốc dỡ v.v.tháng.năm 2007) Từ thông số điều kiện làm việc cụ thể cầu trục, ta phân tích chọn phơng án thiết kế b) Xác định kích thớc hình học phận cầu trục tải trọng tính toán - Các kích thớc hình học trọng lợng thân phận cầu trục xác định sơ theo công thức kinh nghiệm từ loại cầu trục đà có tơng đơng Các thông số đợc kiểm tra xác lại sau thiết kế cầu trục - Ngoài trọng lợng thân, tải trọng tác dụng lên cầu trục cần xác định là: trọng lợng vật nâng thiết bị mang vật, tải trọng dốc, quán tính tải trọng đặc biệt khác nh tải trọng lắp dựng, động đất v.v.tháng.năm 2007 Tải trọng gió cần đợc tính toán theo phơng khác với áp lực gió điều kiện làm việc bình thờng, áp lực gió lớn điều kiện làm việc áp lực gió trạng thái không làm việc cầu trục hoạt động trời - Xác định lực nén bánh bánh xe di chuyển cầu trục di chuyển xe c) Xác định vị trí tính toán tổ hợp tải trọng Các vị trí tính toán tổ hợp tải trọng phải đợc xây dựng phù hợp với trình làm việc phận hay chi tiết đợc tính d) Thiết kế cấu công tác cầu trục nh cấu nâng thiết bị mang vật, cấu di chuyển xe cầu trục e) Tính toán kết cấu thép cầu trục chi tiết liên kết phận cầu trục f) Thiết kế hệ thống điện điều khiển cho cấu công tác, hệ thống chiếu sáng thiết kế cabin điều khiển (nếu có) Thiết kế thiết bị an toàn - điện cầu trục nh thiết bị hạn chế tải trọng nâng, thiết bị hạn chế chiều cao nâng, công tắc hạn chế hành trình di chuyển cầu trục xe con, giảm chấn thiết bị kẹp ray cầu trục làm việc trời 1.1 Cơ sở tính toán thiết kế cấu di chuyển Cơ cấu di chuyển cấu di chuyển cầu trục, cấu di chuyển xe dẫn động động điện Những số liệu ban đầu cần có để tính toán cấu di chuyển là: - Sơ đồ hình học cầu với kích thớc nh khoảng cách vết bánh xe, khoảng cách trục bánh xe.tháng.năm 2007 - Trọng tải máy trục Q (N) - Trọng lợng thân cầu trơc kĨ c¶ bé phËn mang vËt G0 (N) - Sơ đồ cấu tạo di chuyển - Vận tốc di chuyển (m/ph) - Diện tích chịu gió phần dịch chuyển mặt phẳng thẳng góc với phơng chuyển động F0 (m2) - Chế độ làm việc cấu Trình tự tính toán nh sau[4]: 1) Xác định kích thớc bánh xe Muốn phải: - Chọn loại kích thớc, bánh xe đờng ray - Xác định tải trọng lên bánh xe, gồm: + Tải trọng lớn Pmax (khi có vật nâng, vị trí phận bất lợi bánh xe tính toán) + Tải trọng nhỏ Pmin (khi vật nâng, vị trí phận có lợi bánh xe tính toán), tải trọng tơng đơng để tính bánh xe Pbx theo công thøc[2]: Pbx =γ k bx P max Trong ®ã: Pmax : ¸p lùc lín nhÊt cđa b¸nh xe lên ray kbx : Hệ số tính đến chế độ làm việc cấu : Hệ số tính ®Õn sù thay ®ỉi cđa t¶i träng - KiĨm tra b¸nh xe vỊ søc bỊn dËp KiĨm tra b¸nh xe theo ứng suất dập trờng hợp bánh xe ray tiếp xúc đờng theo công thức[2]: d =0,418 √ P.E ≤[ σ ]d b.r Trong ®ã: P : áp lực tơng đơng bánh xe lên ray b, r : Bề rộng mặt làm việc bán kính bánh xe E : Môđun đàn hồi vật liệu làm ray bánh xe [1] E= E E2 E1 +E E1, E2 : Môđun đàn hồi vật liệu bánh xe vật liệu ray Đối với bánh xe thép (E = 2,1.105 N/mm2)[1]: σ d=190 √ P ≤[ σ ] d b.r Trong trờng hợp cần thiết thay đổi lại kích thớc, vật liệu, nhiệt luyện.tháng.năm 2007 bánh xe ray cho phù hợp 2) Chọn sơ động điện Với cờng độ CĐ% tơng ứng với chế độ làm việc cấu, động đợc chọn có công suất danh nghĩa lớn c«ng suÊt tÜnh N t tÝnh theo c«ng thøc: N t= W t.v 60 1000 ηdc Trong ®ã: Wt : Tổng lực cản tĩnh chuyển động ổn định v : Vận tốc di chuyển xe lăn dc : Hiệu suất động Động chọn phải bảo đảm mở máy điều kiện có hệ số an toàn bám kb 1,2 3) TÝnh tØ sè trun cđa bé trun i dc = ndc nbx Trong đó: ndc : Số vòng quay danh nghĩa động đà chọn vg/ph nbx : Số vòng quay yêu cầu bánh xe để đảm bảo vận tốc cho trớc v (vg/ph) Đờng kính bánh xe Dbx thì: nbx = v Dbx 4) Kiểm nghiệm động mômen mở máy Từ yêu cầu đảm bảo hệ số an toàn bám kb 1,2 ta xác định gia tốc lớn cho phép trờng hợp lực bám a0max theo c«ng thøc: a0 max = G ϕ g d (( d +Gd f -W 0t ) G0 1,2 D bx Trong đó: G0 : Tổng áp lực lên bánh dẫn vật nâng : Hệ số bám bánh xe vào ray W 0t : Tổng lực cản tĩnh chuyển động xe lăn vật nâng g : Gia tốc trọng trờng m/s2 Tính thời gian mở máy theo công thức: t 0nt = v 60 a0 max TÝnh m«men mở máy lớn M0m theo công thức[2]: 0 M 0m= 2 W t Dbx G0 D bx n β ∑ (Gi Di )i n1 + + i dc ηdc 375 i 2m t 0m η dc 375 t 0m Trong ®ã: ∑ (Gi D2i )i n : Tổng mômen vô lăng trục Để đảm bảo an toàn bám, so sánh với mômen mở máy động M m(đc), điều kiện cần có là: Mm M0m Nếu điều kiện không đảm bảo cần phải tăng số bánh dẫn chọn lại động khác có mômen mở máy nhỏ công suất danh nghĩa động đợc chọn nhỏ công suất tĩnh tính toán (N t) phải tiến hành kiểm tra động nhiệt theo công suất trung bình bình phơng 5) Tính mômen phanh Mph với điều ý để chọn tính phanh 6) Theo iđc tính đợc công suất cần truyền thông số khác tiến hành tính toán thiết kế (hoặc chọn) truyền 7) Tính chi tiết lại cấu di chuyển nh: trục truyền động, ổ trục bánh xe.tháng.năm 2007 1.2 Cơ sở tính toán thiết kế cấu nâng Khi thiết kế cấu máy cần tiến hành qua nhiều bớc: - Xây dựng, lựa chọn nhiều phơng án kết cấu - Chọn loại kích thớc chi tiết cụm chi tiết theo tiêu chuẩn theo dÃy - Tiến hành kiểm tra đặc tính cấu trạng thái làm việc quan trọng theo quy định chung - Tính kiểm tra độ bền chi tiết Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phơng thẳng đứng Ngoại lực trọng lực lực quán tính tác dụng lên vật nâng Cơ cấu nâng phận máy máy làm việc độc lập Theo cách truyền lực phân ra: - Tời cáp tời xích với tang cáp puly ma sát - Kích răng, kích vít với truyền động bánh hay truyền động vít - Kích thuỷ lực Cơ cấu nâng quan trọng đợc dùng phổ biến tời cáp tang cáp Các số liệu cần biết trớc để tính toán thiết kế cấu nâng là: - Tải trọng n©ng Q, N - ChiỊu cao n©ng H, m