Bài giảng MÁY nâng chuyển

Bài giảng MÁY nâng chuyển

MÁY NÂNG CHUYỂN

Trịnh Đồng Tính

Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt

Đại học Bách khoa Hà nội

 Củng cố lại các kiến thức đã học như

Sức bền VL, Nguyên lý máy, Chi tiết máy…

Đối tượng nghiên cứu

 Phương tiện cơ giới hóa việc nâng/hạ

và vận chuyển vật nặng

 Các thiết bị dùng vận chuyển vật liệu với số lượng lớn.

Nội dung môn học

 Các bộ phận và thiết bị máy nâng.

 Máy chuyển liên tục.

 Yêu cầu về an toàn thiết bị nâng.

Yêu cầu với học viên

Nắm được các nội dung sau:

 Cấu tạo, đặc điểm cấu tạo của một số bộ phận và thiết bị máy nâng và máy chuyển liên tục.

 Phương pháp tính toán một số bộ phận và thiết bị máy nâng và máy chuyển liên tục.

 Yêu cầu về an toàn thiết bị nâng.

Tài liệu tham khảo chính

[1] Đào Trọng Thường:

Máy nâng chuyển ĐHBK HN, 1993

[2] Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường:

Tính toán máy trục Nxb KHKT, HN, 1975

[3] Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng:

M áy và thiết bị nâng Nxb KHKT, HN, 2002 [4] Các tiêu chuẩn liên quan.

next… Xem chi tiết…

Tài liệu tham khảo

1 Đào Trọng Thường: Máy nâng chuyển ĐHBK Hà Nội, 1993

2 Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường: Tính toán máy trục

Nxb KHKT, Hà Nội, 1975

3 Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng: Máy và thiết bị nâng

Nxb KHKT, Hà Nội, 2002

4 TCVN 5864-1995 Thiết bị nâng Cáp thép, tang, ròng rọc, xích

và đĩa xích Yêu cầu an toàn

5 TCVN 5862-1995 Thiết bị nâng Chế độ làm việc.

6 TCVN 6395:1998 Thang máy điện Yêu cầu an toàn về cấu tạo

và lắp đặt

7 TCVN 4244-86 Thiết bị nâng Chế độ làm việc

8 TCVN 5744-1993 Phụ lục 2: Tiêu chuẩn loại bỏ cáp thép.

9 ГOCT 1576-71.

 Back

Mở đầu

CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN

CỦA MÁY NÂNG

1 Trọng tải

 Khối lượng lớn nhất của vật nâng mà

máy được phép vận hành theo thiết kế.

 Trọng tải Q (tấn) thường được thiết kế theo dãy tiêu chuẩn.

 Cấm nâng vượt tải.

Chiều cao nâng H (m)

Là khoảng cách

đo từ sàn làm việc đến tâm móc

ở vị trí cao nhất

Khẩu độ L

Khẩu độ và hành trình (m)

 Khẩu độ là khoảng cách giữa

2 đường ray di chuyển cầu.

 Hành trình là quãng đường cần

di chuyển theo phương dọc ray.

Khẩu độ L

Ray

Tầm với (m) và góc xoay

 Tầm với là khoảng cách giữa tâm quay

và tâm móc ở vị trí

xa nhất.

 Góc xoay của cần quanh tâm quay Cần trục quay ngoài trời thường có khả năng quay tròn vòng.

Tầm với LCột

Cần

3 Các vận tốc chuyển động

Cầu trục có các cơ cấu tạo chuyển động sau:

• Cơ cấu nâng – tạo chuyển động lên xuống

• Cơ cấu di chuyển xe con – chuyển động ngang

• Cơ cấu di chuyển cầu – chuyển động dọc

Cần trục quay có các cơ cấu tạo chuyển động:

• Cơ cấu quay – tạo chuyển động quay của cần

• Cơ cấu nâng cần, Cơ cấu thay đổi tầm với…

Các vận tốc chuyển động…

Các vận tốc chuyển động là vận tốc các cơ cấu

trên Với cần trục thông dụng, vận tốc lấy trong khoảng sau:

• Vận tốc di chuyển xe con: vx = 15 – 20 m/ph

• Vận tốc di chuyển cầu: vc = 20 – 40 m/ph

4 Chế độ làm việc (CĐLV)

 Phản ánh đặc tính làm việc đặc thù của loại thiết bị

này: đóng mở nhiều lần và làm việc với tải khác nhau

 Cùng trọng tải và các đặc tính khác nhưng mỗi máy

nâng có thể được sử dụng với thời gian và mức độ tải nặng nhẹ khác nhau

 Do vậy nếu thiết kế như nhau thì hoặc sẽ thừa an toàn (lãng phí) hoặc sẽ không đủ an toàn

 CĐLV được phản ánh trong từng bước tính toán thiết

kế các bộ phận trong cơ cấu và máy nâng

CĐLV là đặc tính riêng, được đưa vào nhằm mục đích

tiết kiệm mà vẫn đảm bảo an toàn khi sử dụng

Cách phân nhóm CĐLV

 Tiêu chuẩn quy định cách phân nhóm CĐLV.

 Theo TCVN 4244-86, cơ cấu nâng được phân

thành 5 nhóm: Quay tay, Nhẹ, Trung bình, Nặng

và Rất nặng dựa trên nhiều chỉ tiêu khác nhau

CĐLV của máy nâng được lấy theo CĐLV của cơ cấu nâng

Cách phân nhóm này có một số nhược điểm:

• Không tương thích với các tiêu chuẩn khác

• Quá nhiều chỉ tiêu và phối hợp không nhất quán

Cách phân nhóm CĐLV

theo 2 chỉ tiêu

 TCVN 5462-1995 phân loại cơ cấu và máy nâng

độc lập với cùng phương pháp và chỉ dựa trên 2 chỉ tiêu: cấp sử dụng (CSD) và cấp tải (CT)

 Cách phân nhóm CĐLV này tương thích ISO.

 Các chỉ tiêu phản ánh rõ nét hơn mức độ phá hủy

(mỏi) của các chi tiết

 Nhất quán trong cách phân nhóm CĐLV

 Các cơ cấu phân thành 8 nhóm CĐLV: M1 … M8

Máy nâng phân thành 8 nhóm CĐLV: A1 … A8

Xem chi tiết…

 Các chỉ tiêu cấp tải và cấp sử dụng với CCN và MN

 Phối hợp các chỉ tiêu này để được CĐLV

next…

CĐLV – TCVN 5462-1995

Các chỉ tiêu phân nhóm CĐLV cho các cơ cấu

* Chỉ tiêu 1: Cấp sử dụng - gồm 10 cấp T0 – T9 tuỳ theo số

giờ làm việc trong cả đời máy:

Next 

CĐLV – TCVN 5462-1995

C ác chỉ tiêu phân nhóm CĐLV cho MN

* Chỉ tiêu 1: Cấp sử dụng - gồm 10 cấp U0 – U9 tuỳ theo số chu trình làm việc trong cả đời máy:

Next 

Phần I

CÁC CHI TIẾT VÀ THIẾT BỊ

MÁY NÂNG

Chương 1

SƠ ĐỒ CẤU TẠO

CƠ CẤU NÂNG

1.1 Cơ cấu nâng đơn giản

Để nâng vật Q cần điều kiện:

Giải pháp tăng trọng tải Q

Thực tế Tp << Tv nên để nâng được thì:

 Giảm Tv bằng cách giảm lực căng dây S qua

hệ thống palăng

 Tăng Tp bằng cách khuếch đại mômen xoắn qua các bộ truyền giảm tốc hoặc/và động cơ.

P

Q

Q

2 3

1

1.2 Cơ cấu nâng hiện đại

1

u 1 , 1

u 2 ,

Ví dụ

60000.

®c ®c 0 0

n n D u

Sơ đồ khai triển

 End

Chương 2

BỘ PHẬN MANG TẢI

Bộ phận mang tải chuyên dùng với vật liệu khối

Thường sử dụng với loại vật liệu có hình dáng và kích thước nhất định

 Gầu ngoạm

Bộ phận mang tải chuyên dùng với vật liệu rời

2.1 Móc

 Móc đơn: khi trọng

tải nhỏ và vừa

 Móc 2 ngạnh: khi trọng tải vừa và lớn

Vật liệu: thép ít cácbon, thường dung thép 20

Phương pháp chế tạo móc:

 Rèn

 Dập

 Đúc

Móc tiêu chuẩn

Tiết diện thân móc có dạng hình thang cong: đảm bảo độ bền đều, khối lượng nhỏ nhất

Không cần tính móc tiêu chuẩn, chỉ cần chọn theo đúng trọng tải

Với móc không tiêu chuẩn cần kiểm nghiệm về độ bền tại các tiết diện nguy hiểm: cuống móc và 2 tiết diện trên thân móc

cuống

móc

thân

móc

Móc tấm

 Móc tấm: khi trọng

tải lớn và rất lớn

Khi trọng tải lớn và rất lớn chế tạo móc bằng rèn/dập khó và đắt nên thường dùng móc tấm

Chế tạo móc bằng cách cắt các tấm thép thành hình dạng móc, sau đó liên kết các tấm bằng đinh tán

Có thể thay thế các tấm khi cần thiết

Tính móc

 Với móc tiêu chuẩn không cần tính, chỉ cần lựa chọn đúng theo trọng tải yêu cầu.

 Với móc không tiêu chuẩn, cần tính móc về

độ bền tại các tiết diện cuống móc và thân

móc.

 Xem cụ thể

2.2 Cặp giữ

Có khả năng điều chỉnh theo kích thước vật nâng

Tính cặp giữ (loại ma sát)

S S

Cân bằng lực tác dụng lên tay đòn:

N.b – Q.a/4 – S.c = 0S.cosg = Q/2

Để vật không rơi cần

đủ ma sát: Fms > Q/2 hay (với k > 1)

N.f = k.Q/2

Thay thế N và S, nhận được biểu thức không phụ thuộc Q.

2.3 Gầu ngoạm

 Loại 1 dây

1

2 4

3 5

Ví dụ về kết cấu

Ví dụ (tiếp )

Ví dụ (tiếp )

Ví dụ (tiếp )

next…

2.4 Bộ phận mang tải khác

Bộ phận mang tải khác (tiếp)

 Cặp giữ ma sát: cấu tạo chung, nguyên lý hoạt

động, tính toán điều kiện cặp giữ

 Gầu ngoạm: cấu tạo chung, nguyên lý làm việc

 Các bộ phận mang tải khác

next…

Tính móc không tiêu chuẩn

• Tiết diện cuống móc A-A: tính như bulông chịu kéo, không xiết:

• Ứng suất cho phép lấy 85MPa khi dẫn động tay hoặc 40-50MPa khi dẫn động bằng động cơ.

• Tiết diện thân móc: theo lý thuyết thanh cong:

Next 

d1a

A – diện tích tiết diện

• Ứng suất cho phép lấy 165 MPa khi dẫn động tay hoặc 150 MPa khi dẫn động bằng đ/cơ

e k

A

Q

5 0

1 1

,

e k

A

Q

5 0

2 2

dA y

r

y A

Chương 3

DÂY TRONG CCN

Khái niệm chung

 Là chi tiết ”mềm” liên kết bộ phận mang tải và tang hoặc các ròng rọc

 Trong CCN sử dụng 2 loại dây chính:

• Cáp thép bện – bện từ các sợi thép có giới hạn

bền cao qua 2 thao tác bện.

• Xích – thường chỉ sử dụng 2 loại: xích hàn tinh mắt

ngắn và xích tấm.

3.1 Cáp thép bện

Cấu tạo

 Các sợi thép có độ bền cao

σb = 1400 – 2000 MPa (do thao tác tuốt sợi) bện với nhau thành tao

 Các tạo bện với nhau quanh lõi thành cáp

 Các sợi con có thể cùng hoặc khác đường kính

 Lõi cáp có thể là đay, thép hoặc sợi tổng hợp

Phân loại và ký hiệu cáp

 Cáp bện xuôi và cáp bện chéo (cáp chống xoắn)

 Theo dạng tiếp xúc giữa các sợi con:

tiếp xúc đường hoặc tiếp xúc điểm

 Ký hiệu cáp thường có dạng như sau:ЛK-P, 6x19 với ý nghĩa:

ЛK-P - loại cáp tiếp xúc đường

6x19 - 6 tao, mỗi tao 19 sợi con

Cáp bện xuôi

Cáp bện chéo

Tính toán chọn cáp

 Nhằm đảm bảo độ bền lâu cho cáp Độ bền lâu của

cáp phụ thuộc 2 yếu tố: Smax và tỷ số dc / Do

 Tính theo phương pháp thực dụng, quy định bởi tiêu

chuẩn Cáp được chọn cần đảm bảo hệ số an toàn:

Zp = Sđ / Smax Zp,min

Zp,min – tra bảng theo CĐLV M1 -M8

xem TCVN 5864-1995

 Lưu ý: * Với thiết bị chở người Zp,min = 9

* Với thang máy chở người Zp,min = 16 hoặc 12 tuỳ

số dây độc lập treo cabin là 2 hay lớn hơn 2



Cố định đầu cáp

 Cần tạo khuyên ở đầu cáp, sau đó khuyên này sẽ được liên kết với trục cố định.

 Để tránh cáp chà sát với trục

cố định, cáp được đặt trong lót cáp.

Cố định đầu cáp…

 Chi tiết ống côn hoặc ống chêm bằng thép đúc, một đầu gia công sẵn lỗ để liên kết với trục cố định cáp.

Các chú ý khi sử dụng cáp

Cáp phải có chứng chỉ

Dây cáp phải là một đoạn nguyên

Bôi trơn cáp thường xuyên từ ngoài bằng mỡ chuyên dùng

Theo dõi cáp và thay cáp mới khi cáp mòn giảm

đường kính 10%, đứt 1 tao hoặc số sợi đứt trên một bước bện lớn hơn giá trị cho phép (TCVN 5744-1993) Tránh cáp chà sát với nhau và với các bộ phận khác



3.2 Xích hàn và xích tấm

Cấu tạo

 Xích hàn: sử dụng loại xích mắt ngắn: t≈2,6d; B≈3,5d Loại thô dùng cuốn vào tang trơn, còn loại tinh ăn khớp với đĩa xích

 Xích tấm: có cấu tạo gần như xích truyền động nhưng các má xích lắp trực tiếp lên chốt, không qua bản lề

Tính toán chọn xích

 Tương tự cáp thép, xích được tính theo phương pháp

thực dụng, quy định bởi tiêu chuẩn Xích được chọn

cần đảm bảo hệ số an toàn:

Zp = Sđ / Smax Zp,min

Zp,min – tra bảng tùy theo cách dẫn động CCN

xem TCVN 5864-1995

3.3 So sánh cáp và xích

 Nhẹ

 Mềm

 Êm => vận tốc bất kỳ

 Độ bền lâu tương đối lớn

 Làm việc an toàn (phá hủy

được báo trước qua số sợi

 Độ bền lâu tương đối lớn

 Kém an toàn (mức phá hủy không được báo trước => nguy cơ đứt đột ngột)

 Không yêu cầu đường kính tang và ròng rọc lớn

 Phạm vi sử dụng: Khi vận tốc thấp, yêu cầu nhỏ gọn hoặc môi trường nhiệt độ cao

3.4 Các bước tính chọn

cáp và xích

Chọn loại cáp và cấp độ bền thích hợp hoặc xích

Tính lực căng dây lớn nhất Smax

Từ CĐLV đã cho, tra bảng (tiêu chuẩn) được Zp,min

Tính lực kéo đứt yêu cầu:

Sđ,yc = Smax Zp,min

Tra bảng chọn cáp (hoặc xích) có đường kính (hoặc

bước) thích hợp sao cho:

Sđ,bảng Sđ,yc

Tóm tắt

Cấu tạo chung, phân loại cáp thép bện

Sợi thép, tao, lõi… Cáp bện xuôi và cáp bện chéo

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền lâu của cáp

2 Với thiết bị chở người Zp,min lấy bằng 9, còn với thang máy chở người

(TCVN 6395:1998) Zp,min = 16 hoặc 12 tuỳ theo số cáp độc lập treo cabin là

2 hay lớn hơn Lưu ý, không cho phép treo cabin trên 1 dây cáp duy nhất

3 Với xích dẫn động bằng động cơ:

+ xích hàn cuốn lên tang trơn: Zp,min = 6

+ xích hàn chính xác ăn khớp với đĩa xích: Zp,min = 8

+ xích tấm: Zp,min = 5

Khi dẫn động bằng tay: Zp,min = 3 với tất cả các loại xích

 Back

Số sợi đứt cho phép trên 1 bước bện

Chiều rộng

B (mm)

Sđ (kN)

KL (kg / m)

Chương 4

BỘ PHẬN CUỐN DÂY VÀ

DẪN HƯỚNG DÂY

Khái niệm chung

 Tang: bộ phận cuốn dây trong CCN, biến

chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nâng/hạ vật.

 Palăng: bộ phận gồm các ròng rọc, cố định

và di động, liên kết với nhau bằng dây, dùng

để giảm lực căng dây hoặc tăng vận tốc.

4.1 Tang cuốn cáp

Cấu tạo chung

 Tang thường có dạng ống trụ, hai đầu có moayơ

để lắp với trục, chuyển động quay.

 Vật liệu tang: gang hoặc thép.

 Bề mặt làm việc có thể nhẵn (tang trơn) hoặc cắt rãnh dạng ren tròn có bước lớn hơn đường kính cáp tránh cáp chà xát vào nhau (tang xẻ rãnh).

 Tang có thể dùng để cuốn 1 lớp hoặc nhiều lớp cáp chồng lên nhau.

Tang trơn

 Khi cuốn nhiều lớp cáp, tang cần có gờ chặn Chiều cao gờ tính từ lớp cáp trên cùng cần tối thiểu 1,5 đường kính cáp tránh cáp tuột khỏi tang

Các kích thước cơ bản

 Đường kính danh nghĩa Do.

 Chiều dài tối thiểu phần cuốn cáp trên tang L.

 Chiều dày thành tang d

Đường kính danh nghĩa

 Đường kính đo theo tâm lớp cáp dưới cùng

 Xác định từ điều kiện tăng độ bền lâu cho cáp:

D0 ≥ h1.dc

với dc – đường kính cáp

h1 – hệ số, tra trong tiêu chuẩn theo CĐLV của

cơ cấu nâng

 TCVN 5864-1995 quy định giá trị tối thiểu của h1

 Lưu ý: với CCN dẫn động bằng đ/cơ, đường kính

tang cần tính lại, đảm bảo vận tốc nâng cho trước

Chiều dài cuốn cáp

 Tính từ số vòng cáp trên 1 lớp (Z) và khoảng cách

giữa các vòng cáp (bước cuốn cáp - t): L ≥ Z.t

• Bước cuốn cáp t ≈ dc với tang trơn; t ≈ 1,1.dc với tang xẻ rãnh.

• Số vòng cáp khi cuốn 1 lớp tính theo công thức:

với Z1 = a.H/( p D0) – số vòng làm việc (H – chiều cao nâng;

D0 – đường kính tang; a – bội suất của palăng)

Z2 = 1,5 2 – số vòng cáp dự trữ trên tang

Z3 = 0 2 – số vòng phục vụ cố định cáp lên tang.

• Khi cuốn n lớp cáp trên tang có thể lấy Z ≈ Z1/n.

Chiều dày thành tang

 Chiều dày d thường chọn trước theo vật liệu tang:

• Thép: d = 0,001.D0 + 3 (mm)

• Gang: d = 0,002.D0 + (6…10) ≥ 12 (mm)

với D0 – đường kính tang, tính bằng mm

 Kiểm tra tang với kích thước đã chọn về độ bền:

• Với tang ngắn (L/D0 ≤ 3) chỉ cần kiểm nghiệm độ bền nén: tang được tính như ống dày chịu áp suất ngoài do dây với lực căng Smax xiết lên tang sinh ra

• Khi tang dài (L/D0 > 3) cần tính đến ảnh hưởng

của cả uốn và xoắn

Xem chi tiết…

Cố định cáp lên tang

Bulông và tấm kẹp A

4.2 Ròng rọc và đĩa xích

Cấu tạo

Với ròng rọc cáp, đường kính danh

nghĩa D0 đo theo tâm cáp, xác định từ điều kiện tăng độ bền lâu cho cáp:

D0 ≥ h2.dc với ròng rọc thường

D0 ≥ h3.dc với ròng rọc cân bằngvới dc – đường kính cáp

h2, h3 – hệ số, tra trong tiêu chuẩn

Lực cản và hiệu suất ròng rọc

 Khi chưa quay: S2 = S1

 Khi quay theo chiều trên hình vẽ, do lực cản W nên S2 > S1 hay

n

W

Lực cản do độ cứng dây

 Do độ cứng nên khi cuốn vào và khi nhả khỏi ròng rọc dây bị lệch so với trường hợp

lý tưởng các khoảng b

và c như trên hình vẽ

 S’2 = S1 + Wc

 Kết hợp phương trình cân bằng mômen tính được lực cản do độ cứng dây Wc = S1.j

Lực cản do độ ma sát trong ổ

 Giả sử ròng rọc đường kính D0 lắp trên ổ trượt

có đường kính ngõng d

 S”2 = S1 + Wo với Wo là lực cản do ma sát trong ổ

 Từ mômen cản quay Tctính được lực cản do ma sát trong ổ

Tạo mômen cản quay: Tc = F.d/2

Hiệu suất ròng rọc (tiếp )

 Hiệu suất = công suất có ích / công suất bỏ ra

* Trường hợp ròng rọc

di động:

C.s có ích Pci = Q.vnC.s bỏ ra Pbr = S2.v0Lực căng dây S1+S2 = QVận tốc dây v0 = 2.vn

4.3 Palăng Khái niệm chung

 Hệ thống ròng rọc cố định và di động, liên kết với nhau bằng dây

 Tuỳ công dụng, palăng được phân làm 2 loại:

4.3.1 Palăng lợi lực

 Bội suất (a): số lần giảm lực căng dây so với khi treo vật trực tiếp trên 1 dây xét ở trạng thái đứng im (các ròng rọc không

Tính toán palăng lợi lực

 Cho sơ đồ khai triển palăng Xác định lực căng dây lớn nhất Smax=? nằm ở đâu? Khi nâng hay hạ? Hiệu suất của cả hệ thống hp=?

các quan hệ lực căng dây trên các nhánh của ròng rọc

Từ đó, xét lần lượt từng ròng rọc trong hệ thống palăng

Q

tang

S 2

Tính toán (tiếp)

Q

tang

S 2

 Các ròng rọc quay theo chiều như

hình vẽ Lực căng dây trên nhánh

cuốn vào ròng rọc bé hơn trên

nhánh nhả ra nên suy ra Smax =

S”1 = Stang Lực căng lớn nhất nằm

ở nhánh cuốn vào tang.

 Tổng lực căng dây cân bằng với Q: