Thiết kế cầu trục 5 tấn và chế tạo mô hình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CẦU TRỤC TẤN Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS NGUYỄN ĐẮC LỰC VĂN ĐỨC THẦN Đà Nẵng, 2017 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết Kế Cầu Trục Tấn Và Chế Tạo Mơ Hình Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Số thẻ SV: 101110333 Lớp: 11C1C Trong thời đại ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học kĩ thuật, việc nghiên cứu sử dụng máy móc để giảm thiểu thay tối đa sức lực cho người, đồng thời nâng cao hiệu công việc ngày áp dụng cách rộng rãi Và loại máy móc, cấu tiêu biểu thị trường kể tới cầu trục Hiện nay, cầu trục sử dụng phổ biến nhà máy, phân xưởng, bến, cảng, để di chuyển hàng hóa, máy móc, thiết bị cách dễ dàng hiệu Với đề tài tốt nghiệp giao, hướng dẫn tận tình q thầy giáo, em hoàn thiện lý thuyết mơ hình thực tế cho cầu trục mang tải điều khiển remote Mơ hình thực chuyển động tịnh tiến theo phương x, y, z theo thứ tự cầu, xe (được bố trí cầu) cấu nâng (được mang xe con) để di chuyển máy móc, hàng hóa… với khối lượng cho phép đến vị trí mong muốn C C R L U D T ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Văn Đức Thần Số thẻ sinh viên: 101110333 Lớp: 11C1C Khoa: Cơ Khí Ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy Tên đề tài đồ án: Thiết Kế Cầu Trục Tấn Và Chế Tạo Mô Hình Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Tải trọng: Khẩu độ: 10 mét Chiều cao nâng: mét Vận tốc nâng-hạ: m/ph Vận tốc di chuyển xe con: 20 m/ph Vận tốc di chuyển cầu: 20 m/ph Các số liệu khác tìm hiểu thực tế Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Chương 1: Tổng quan máy nâng chuyển cầu trục - Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế - Chương 3: Tính động học - Chương 4: Tính tốn động lực học cho số phận - Chương : Chế tạo mơ hình kết luận Các vẽ: - Bản vẽ lựa chọn phương án: 1A0 - Bản vẽ tổng thể: 2A0 - Bản vẽ phanh điện từ: 1A0 - Bản vẽ lắp cấu nâng: 1A0 - Bản vẽ cấu di chuyển xe con: 1A0 - Bản vẽ số cụm chi tiết: 1A0 Họ tên người hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2017 Ngày hoàn thành đồ án: 25/05/2017 Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2017 Trưởng Bộ Môn Chế Tạo Máy Người hướng dẫn C C R L U D T LỜI NÓI ĐẦU Lời cho em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý thầy cô trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng quý thầy cô khoa Cơ Khí nói riêng, tận tâm, tận lực truyền đạt kiến thức em suốt năm năm học qua, kiến thức không chỉ chuyên môn mà còn kỹ sống Suốt tháng năm ngồi ghế nhà trường, em thật trưởng thành nhiều Và qua đây, em xin đặc biệt gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy Nguyễn Đắc Lực, giáo viên hướng dẫn em, người hết lòng giúp đỡ em suốt quãng thời gian làm đồ án tốt nghiệp Đối với em quãng thời gian làm đồ án tốt nghiệp quãng thời gian thực thách thức, em phải thực khối lượng công việc nhiều từ trước tới Nhưng cũng quãng thời gian thực bổ ích, em có dịp vận dụng kiến thức học thực tiến sống… Lắm lúc, em bắt gặp phải khó khăn tìm hiểu thực đề tài, rồi, tạ ơn Chúa, Ngài cũng cho em vượt qua, hơm nay, em hồn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, xin cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến tất người bạn mình, người sát cánh cùng em, giúp đỡ em từ việc lên ý tưởng thiết kế thực mơ hình hỗ trợ cần thiết lí thuyết tính tốn liên quan đến đề tài Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, quý bạn bè mến thương! C C Đà Nẵng, Ngày 25 tháng 05 năm 2017 Ký tên R L T U D i Văn Đức Thần CAM ĐOAN Với hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn tham khảo nguồn tài liệu liên quan, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin cam kết rằng: - Trong q trình hồn thành đồ án khơng chép đồ án cũ - Các số liệu, cơng thức trích dẫn từ tài liệu tham khảo đáng tin cậy - Tuân thủ quy định nhà trường đề cách thức trình bày đồ án - Nội dung phần đồ án giáo viên hướng dẫn cụ thể kiểm tra thường xun - Khơng trích dẫn, chép từ nguồn tài liệu chưa đồng ý cũng tài liệu vi phạm pháp luật Sinh viên thực Văn Đức Thần C C R L T U D ii C C R L T U D Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực i Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN VÀ CẦU TRỤC 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN: 1.1.1 Định nghĩa phân loại máy nâng chuyển: 1.1.2 Các thông số máy nâng chuyển: 1.1.3 Chế độ làm việc máy nâng chuyển: 1.1.4 Tải trọng trường hợp tải trọng tính tốn: 1.1.5 Điều kiện an toàn máy nâng chuyển: 1.2 GIỚI THIỆU CẦU TRỤC: 1.2.1 Cầu trục: 1.2.2 Phân loại cầu trục: 1.2.3 Các thông số chủ yếu cầu trục: 1.2.4 Đặc điểm tính tốn thiết kế cầu trục: C C R L T U D Chương 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CẦU TRỤC THIẾT KẾ: 2.1.1 Trọng tải: Q = 2.1.2 Chiều cao nâng: H = m 2.1.3 Khẩu độ: L = 10 m 2.1.4 Vận tốc nâng hạ: Vn = m/phút 2.1.5 Vận tốc di chuyển xe: Vx = 20 m/phút 2.1.6 Vận tốc di chuyển cầu: Vc = 20 m/phút 2.1.7 Chế độ làm việc: Trung bình 2.2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC CÁC BỘ PHẬN CẦU TRỤC: 2.2.1 Các phương án thiết kế dầm chính: Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực iii Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn 2.2.2 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cấu nâng: 11 2.2.3 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cấu di chuyển xe con: 13 2.2.4 Các phương án thiết kế sơ đồ động học cấu di chuyển cầu: 15 Chương 3: TÍNH ĐỘNG HỌC 19 3.1 CƠ CẤU NÂNG: 19 3.1.1 Chọn động điện: 20 3.1.2 Tỉ số truyền: 20 3.1.3 Kiểm tra điện nhiệt: 21 3.2 CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON: 24 3.2.1 Chọn động điện: 24 3.2.2 Tỷ số truyền chung: 25 3.2.3 Kiểm tra động điện mômen mở máy: 25 3.3 CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU: 26 3.3.1 Chọn động điện: 27 3.3.2 Tỷ số truyền chung: 28 3.3.3 Kiểm tra động điện momen mở máy: 28 C C R L T U D Chương 4: TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC 30 4.1 CƠ CẤU NÂNG: 30 4.1.1 Chọn loại dây: 30 4.1.2 Pa-lăng giảm lực: 30 4.1.3 Đường kính dây cáp: 31 4.1.4 Kích thước tang: 32 4.1.5 Phanh cho cấu nâng: 34 4.1.6 Hộp giảm tốc: 37 a Phân phối tỉ số truyền: 37 Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực iv Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn b Thiết kế truyền bánh trụ thẳng cấp nhanh: 38 c Thiết kế bánh cấp chậm: 43 d Xác định kích thước trục: 48 e Tính xác trục 54 f Tính then : 55 4.2 CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON……………………………………….55 4.2.1 Bánh xe ray: 56 4.2.2 Kết cấu bánh xe: 57 4.2.3 Ổ đỡ trục bánh xe: 61 4.3 CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU……………………………………………62 4.3.1 Bánh xe ray: 63 4.3.2 Tính phanh cho cấu di chuyển cầu: 65 C C R L T Chương 5: CHẾ TẠO MƠ HÌNH VÀ KẾT LUẬN 69 U D 5.1 CHẾ TẠO MƠ HÌNH: 69 5.1.1 Phần khí: 69 5.1.1.1 Chuẩn bị: 69 5.1.1.2 Các bước tiến hành kết đạt được: 69 5.1.2 Phần điều khiển: 70 5.2 KẾT LUẬN: 71 Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực v Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn DANH MỤC HÌNH VẼ – BẢNG Hình 1.1: Biểu đồ lực Hình 1.2: Hình phân tích lực dầm Hình 2.1: Kết cấu dầm dạng chữ I Hình 2.2: Kết cấu dầm dạng hộp Hình 2.3: Kết cấu dầm kiểu giàn Hình 2.4: Sơ đồ động học cấu nâng (PA1) C C Hình 2.5: Sơ đồ động học cấu nâng (PA2) Hình 2.6: Sơ đồ động học cấu nâng (PA3) R L Hình 2.7: Sơ đồ cấu di chuyển xe (PA1) T Hình 2.8: Sơ đồ cấu di chuyển xe (PA2) U D Hình 2.9: Sơ đồ cấu di chuyển xe (PA3) Hình 2.10: Sơ đồ cấu di chuyển cầu (PA1) Hình 2.11: Sơ đồ cấu di chuyển cầu (PA2) Hình 2.12: Sơ đồ cấu di chuyển cầu (PA3) Hình 3.1: Sơ đồ động học cấu nâng Hình 3.2: Sơ đồ gia tải trung bình Hình 3.3: Sơ đồ động học cấu di chuyển xe Hình 3.4: Sơ đồ động học cấu di chuyển cầu Hình 4.1: Cơ cấu Pa-lăng giảm lực Hình 4.2: Sơ đồ xác định chiều dài tang Hình 4.3: Phanh điện từ Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực vi Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn Tải trọng lớn tác động lên bánh xe (xe bánh D hình 4.3) xác định Pmax= 17963N C C Hình 4.11: Kết cấu bánh xe R L Tải trọng tĩnh có kể đến ảnh hưởng tải trọng động: T Pt = Pmax k = 17963.1,2 =21555 N Mômen uốn lớn tiết diện bánh xe Mu  U D Pt l 21555.200   1077780 Nmm 4 Ngoài lực Pt, mặt phẳng ngang trục bị uốn lực di chuyển bánh xe (~1/2 lực cản chuyển động xe lăn ) song trị số lực nhỏ, nên bỏ qua Mômen xoắn lớn truyền từ trục hộp giảm tốc sang bánh dẫn xuất động điện phải mômen lớn thời kỳ mở máy máy lớn trục I Với hệ số tải lớn nhát mở máy mômen mở Mnmax=1,8.Mdn = 1,8.11,29 = 20,32Nm Mômen để thắng lực cản tĩnh chuyển động : M t  9550 1,1  11,29 Nm 930 Mômen dư để thắng quán tính hệ thống: Md =20,32-11,29= 9,03Nm Mơmen để thắng lực quán tính khối lượng phận chuyển động thẳng: M 'd  M d Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần (Gi Di2 )  (Gi Di2 ) Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 58 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn  Trong đó:  (GiDi2)tđ: Mơmen vơ lăng tương đương phận chuyển động thẳng thu trục động Pt A B M u C C Hình 4.12 Sơ đồ tính lực  (Gi Di ) td  0,1(G0  Q) ∑(GiDi2): R L M x T v x2 20  , ( 5000  0000 )  2.54 N.mm2 2 ndc 930 Tổng mômen vô lăng hệ thống thu trục động ∑(GiDi2)q=[(GiDi2)roto+(GiDi2)khớp)]≈ 1,2(3,3+0,255)=4,266Nm2 U D ∑(GiDi )q=[(GiDi2)td+(GiDi2)q)]≈ 8,62+3,96=12,58Nm2 Mơmen để thắng qn tính khối lượng phận chuyển động thẳng: M 'd  M d (Gi Di2 ) 2,54  9,03  6,45 Nm 3,555  (Gi Di ) Vậy mômen lớn trục I truyền đến bánh dẫn: M1 = Mt+M’d = 11,29+9,03 = 20,32 Nm Mơmen tính tốn có kể đến ảnh hưởng tải trọng động: M1’ = M1.kd = 20,32.1,2 = 24,384 Nm Mômen xoắn lớn trục bánh dẫn: Mbd = M1’.i.ηdc = 20,32.35 0,85 = 725,42 Nm Ổ trục hộp giảm tốc, mômen truyền sang hai bên, phân bố tỷ lệ với tải trọng lên bánh dẫn D A Bánh D chịu tải nặng nhất, trục chịu mơmen xoắn lớn nhất: M x  M bd Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần PD 17973  725,42  393Nm PD  PA 17963  15199 Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 59 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn Mơmen tương đương tác dụng lên trục: M td  M u2  M x2  1077750  393000  1147167Nmm Ta dùng thép 45 chế tạo có giới hạn bền δb = 600N/mm2, τ-1=155N/mm2 ứng suất cho phép với chu kỳ đối xứng     1  250  66,5N / mm2 n.k 1,5.2,5 Vậy đường kính trục tiết diện bánh xe là: d 3 M td 1147167 3  55mm 0,1.  0,1.66,5 Vậy chọn d=58mm Sau kiểm tra lại hệ số an toàn theo sức bền mỏi trục Tại tiết diện nguy hiểm với d =110mm có khoét rãnh then bxh=18x11 nên Wu = 117400mm3 Bảng 7-3b[VI], Wx = 248000mm3 Bảng 7-3b[VI] C C Các ứng suất uốn lớn nhất: R L a  M u 1077750   11,2 N / mm Wu 9620 a  M x 393000   10,9 N / mm Wx 36000 T U D Hệ số chất luợng bề mặt: β = 0,9 Hệ số kích thước: εδ = 0,78; kτ = 0,67 Hệ số tập trung ứng suất: kδ =1,63 kτ = 1,5 Xuất phát từ tuổi bền A = 15 năm với chế độ làm việc trung bình số chu kỳ làm việc: T = 24.365.A.kn.kng = 24.365.15.0,5.0,33 = 21680giờ Số chu kỳ làm việc tổng cộng ứng suất uốn : Z0 = 60.n.b T(CD) = 60.21680.0,25.35= 1,1 106 Tải trọng lên trục:  Khi Q = Q1 P = Pmax = 93350N  Khi Q2 =0,5Q P0, 5=8442N;  Khi Q3=0,3Q P0, = 27825,2N ;  Khi không nâng vật Q4=0 Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần P0,5 P  0,47 P0,3 P  0,298 P0 = Pmin = 4311N; P0  0,24 P Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 60 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mô Hình Cầu Trục Tấn Số chu kỳ làm việc tương ứng với tải trọng Q1;Q2;Q3; phân phối theo tỷ 3:1:1 ( với giả thiết chuyến có tải chuyến khơng tải, hay ngược lại ) Vậy: Z1= Z  5,1.10  3,3.10 10 10 Z2=Z3= Z  1,1.10 10 Z3= Z  5,5.10 10 Số chu kỳ làm việc tương đương ứng suất uốn: Ztđ = 3,3.105.18+1,1.105.0,568+1,1.105.0,428+5,5.105.0,148 = 0,33.106 Giới hạn mỏi tính tốn theo uốn:  1  2508 10 10  2508  382 N / mm Z td 0,33.10 C C Số chu kỳ tính tốn ứng suất xoắn với số lần đóng mở Zm = 120 R L Z t= Ztđ.Zm = 21680.120 = 2,6 106 T Giới hạn mỏi tính xoắn:  1   1 U D 10 10  1508  177,5 N / mm Zt 2,6.10 Hệ số an toàn theo uốn: n   1 k a     382  2,11 1,63 77,8 0,78.0,9  177,5  9,14 1,5 7,8 0,67.0,9 Hệ số an toàn theo xoắn: n   1 k     Hệ số an toàn chung: n  n n n  n 2  2,11.9,14 2,112  9,14  ≥[n] =1,5 4.2.3 Ổ đỡ trục bánh xe: Ở trục bánh xe ta dung ổ lăn theo ГOCT 33-59 với góc nghiêng ổ β ≈ 120 Tính tốn chọn ổ cho bánh dẫn chịu tải lớn (Bánh D) ổ chịu tác dụng áp lực lớn sau : Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 61 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn A β R1 S Hình 4.13 Các tải trọng tác dụng lên ổ Tải trọng đứng (hướng kính ) trọng lượng xe lăn vật nâng C C PD 17963   8981N 2 R1  R L Tải trọng chiều trục xe lăn bị lệch, tải trọng quy ước tính 10% tải trọng bánh xe: At = 0,1.PD = 0,1.17963 = 1796,3N T Tải trọng chiều trục lực hướng kính góc ghiêng β ổ S ≈ 1,3.R1.tgβ = 1,3.8981.tg120 = 2481N Lực S xuất hai ổ đối triêt tiêu ngồi cịn tải trọng ngang (hướng kính ) lực di chuyền xe lăn, xong tải trọng nhỏ nên khơng tính đến Tải trọng tĩnh lớn ổ là: Qtl = (R1.kv+mAt).kt.kn = (8981.1+1,5.1796,3).1,4.1 = 16345N Ổ trục làm với tải trọng thay đổi tương ứng với tải trọng tác dụng lên bánh U D xe thời gian làm việc cấu di chuyển, phân tích trục bánh xe Với : Q1 = Q → Qtl = 16345N Q2 = O,5Q → Qt2 = 0,62.Qtl Qφ = 0,3Q →Qt2 = 0,47.Qtφ Q4 = → Qt4 = 0,24Qtl Thời gian làm việc tải trọng phân tích phân bố theo tỷ lệ 3:1:1:5, tính tải trọng tương ứng Qtd  3,33  1 Qt31,33    Qt32,33    n  n Qtn3,33 Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 62 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn = Qt1 3,33  1    ( Qt Q )       n  n ( tn ) 3,33 Qt1 Qt1 =16345 3,33 0,3.1  0,1.1.(0,63) 3,33  0,1.1.(0,47) 3,33  0,5.1.(0,24 ) 3,33 =12299N  Trong :  1  h1 h Tỷ lệ làm việc với tải trọng Qi so với tổng thời gian làm việc  1  n1  Tỷ số vòng quay tương ứng với Qti so với vòng quay nm ổ làm việc thời gian dài nhất: xem ni = nm = 15,92(v/ph) Thời gian phục vụ ổ lăn A = 5năm tương ứng với tổng số T = 14460giờ, C C thời gian làm việc thực tế ổ h = 3620 Vậy hệ số khả cần thiết ổ: C = 0,1.Qtd.(nh)0, = 0,1.12299(35.3620)0, = 141754 R L T Kết hợp với đường kính lắp ổ lăn d=57MM  Ta chọn ổ lăn côn cở nhẹ ký hiệu 7212 Hệ số khả làm việc C =158000 U D 4.3 CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU 4.3.1 Bánh xe ray: Chọn loại bánh xe hình trụ có hai thành bên với kích thước Dbx=400mm Đường kính ngỗng trục lắp ổ d=90mm Tra theo bảng 9-4[I] (tính tốn máy trục) chiều rộng bánh xe 90mm, chọn ray có chiều rộng mặt tiếp xúc KP-80mm làm ray Bánh xe chế tạo thép đúc 55Л bề mặt đạt độ cứng HB = 300÷320 Tải trọng lên bánh xe bố trí với khoảng cách bánh L = 10000mm Tải trọng tác dụng lên bánh xe gồm có: Trọng lượng thân cầu Gc, tải trọng lớn tác dụng lên bánh xe A xe lăn có vật nâng bên cầu Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 63 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn Hình 4.14 Sơ đồ tính tải trọng Pmax = PA = PD = Gx+Q L  l  Gc L = (5000  50000) 10  1,1  52000  37475 N 10 Tải trọng nhỏ tác dụng lên bánh xe A(và D) khơng có vật nâng đầu cầu bên phải C C Pmin(A,D) = G x L  l  G x L R L = 5000 10  1,25  52000  15187 N 10 T Tải trọng tương đương lên bánh xe theo cơng thức 3-65[I] (tính tốn máy trục) Pbx =  Kbx.Pmax  Trong đó: U D  Kbx =1,2 hệ số tính đến chế độ làm việc cấu, bảng 3-12[I]   = hệ số tính đến thay đổi tải trọng, theo công thức 3-65a[I]      1   0,8   1  Q 3 2 (1  )  Qo    Pbx  0,8.1,2.37475  35976 N Như bánh xe làm thép đúc có HB=300 ÷ 320 Kiểm tra ứng suất dập xác định theo công thức 2-67[I]  d  190 Pbx b.r Vậy :  d  190 Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Pbx 35976  190  360 N / mm b.r 50.200 Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 64 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn Ứng suất dập cho phép theo bảng 2-19[I] có [δd] = 750N/mm2 400 Vậy kích thước bánh xe chọn đảm bảo hoạt động an tồn 500 300 C C R L Hình 4.16 Sơ đồ tính sức bền bánh xe T 4.3.2 Tính phanh cho cấu di chuyển cầu: Gia tốc khơng có vật nâng tương đương với tỷ lệ bánh dẫn so với so với U D tổng số bánh xe 50%.Hệ số bám φ=0,2 ta chọn jph0=0,75m/s2,theo 3-10[ I] Thời gian khơng có vật : t mn  vx 40   0,45s 60 jo max 60.0,75 Với phanh đặt trục thứ nhất, mômen phanh xác định, theo công thức358[I] : M ph     (Gi Di n1 Wt Dbx G0 Ddx n1   2.i x  dc 375.i x t m  dc 375.t m0 M ph   1167.0,4 52000.0,4 2.950 1,2.3,9    20,75 Nm 2.60.0,85 375.0,45 375.60 Căn vào mơmen phanh trên, ta chọn phanh má TKT-200 có Mph=160Nm 4.3.3 Hộp giảm tốc: Theo sơ đồ cấu di chuyển cầu ta dùng hộp giảm tốc bánh trụ đứng Hộp giảm tốc phải bảo đảm yêu cầu sau:  Cường độ làm việc trung bình: CĐ = 25%  Tỉ số truyền: ic = 60  Số vòng quay trục vào: nv=950v/ph Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 65 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn  Công suất phải truyền lớn nhấtkhi có vật nâng đầu cầu: Nmax = N t p A  PD 2.37475  0,9  0,7 KW Go  Q 57000  50000 Như ta chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn: BK-475 có đặc tính ba cấp bánh trụ thẳng đứng, có tổng khoảng cách trục A = 475mm 4.4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO CẦU TRỤC: Cầu trục hoạt động điều kiện chịu tải lớn, chế độ độ xảy nhanh mở máy tần số đóng ngắt lớn Để đảm bảo an toàn sử dụng máy, yêu cầu hệ thống điều khiển phải đáp ứng yêu cầu sau: - Sơ đồ hệ thống điều khiển đơn giản - Các phần tử chấp hành hệ thống điều khiển phải có độ tin cậy cao thuận lợi việc thay sửa chữa Sơ đồ điều khiển cho động độc lập với Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ q tải ngắn mạch Có cơng tắc hành trình hạn chế hành trình tiến, lùi cho cấu di C C R L T chuyển cầu xe Hạn chế hành trình lên cấu nâng vật Sơ đồ hệ thống điều khiển cầu trục trình bày hình 4.17 Trong sơ đồ có ký hiệu sau: U D  L1,L2,L3: Cầu dao pha  ĐC1: Động nâng hạ vật  ĐC2: Động di chuyền xe  ĐC3: Động di chuyển cầu  P1: Phanh hãm cấu nâng hạ vật  P2: Phanh hãm cấu di chuyển xe  P3: Phanh hãm cấu di chuyển cầu  Ai: Các nút ấn  Bi: Các cơng tắc hành trình  Ki: Các cơng tắc tơ  RN: Role nhiệt Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 66 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn C C Hình 4.16 Sơ đồ mạch điện Để vận hành đóng aptomat L, lúc chưa có động hoạt động Muốn cớ cấu hoạt động ta tiến hành ấn nút ấn: R L  Ấn nút A1: Cơ cấu nâng hoạt động nâng vật lên T  Ấn nút A2: Cơ cấu nâng hoạt động hạ vật xuống  Ấn nút A3: Xe di chuyển qua phải U D  Ấn nút A4: Xe di chuyển qua trái  Ấn nút A5: Cầu di chuyển chuyển tới  Ấn nút A6: Cầu di chuyển chuyển lùi - Điều khiển xe hoạt động : Khi ấn nút A3, lúc xe cuối hành trình qua phải (B3 bị tác động) hoặc nút ấn A4 đóng (xe qua trái) đó, cơng tắc tơ K3 khơng có điện Do tiếp điểm K3 mạch khơng đóng Điều nhằm khống chế hành trình xe tránh trường hợp động xe cấp điện để quay hai chiều ngược Giả sử cầu khơng cuối hành trình nút ấn A6 khơng bị tác động ta ấn nút ấn A5, cơng tắc tơ K5 có điện, tiếp điểm K5 mạch đóng, động D3 phanh P3 cấp điện Lúc phanh mở (do phanh sử dụng phanh thường đóng) xe chuyển đông qua phải Nếu không ấn A5 xe ngừng lại Ngược lại, xe chuyển động đến chạm cơng tắc hành trình hạn chế hành trình qua phải B5 xe xe dừng lại Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 67 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn Khi xe chuyển động, ấn nút ấn A4 động không bị ngắn mạch tiếp điểm thường đóng K3 bị tác động ngắt điện vào công tắc tơ K4 Do xe làm việc an toàn Các động còn lại hệ thống cũng điều khiển tương tự động Bộ điều tốc cho cấu di chuyển cầu lăn Do cầu lăn ta sử dụng hai động độc lập để dẫn động bánh xe Sử dụng cấu dẫn động có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, truyền động khoảng cách xa Số khớp nối cũng trục truyền nên cấu cồng kềnh, làm việc an tồn Tuy nhiên hai bánh xe thường quay khơng đồng bộ, cần phải thực đồng chuyển động quay động dẫn động Để thực làm đồng động cơ, ta sử dụng biến tần điều chỉnh tốc độ động thứ hai theo tốc độ động thứ Sơ đồ nguyên lý sau: C C R L T DC1 DC2 U D Hình 4.17 Thiết bị đồng Nguyên lý làm việc: Động quay với tốc độ 1 , cảm biến tốc độ (1) truyền tốc độ động xử lý (2) Đồng thời cảm biến tốc độ (4) cũng truyền tốc độ động xử lý (2) Tại đây, tốc độ động so sánh với động 1, kết xử lý chuyển thành tín hiệu điện đến biến tần (3) để điều khiển động tăng hay giảm tốc độ cho phù hợp với động Nguyên lý việc thay đổi tốc độ động cách thay đổi tần số Phương trình đặc tính động điện xoay chiều pha không đồng sau: M 3U12ph R2 '  R2 '   s.0  R1     X mn s    Khi thay đổi tần số nguồn cấp cho động thay đổi tốc độ không tải lý tưởng nên thay đổi đặc tính Tần số cao, tốc độ động lớn Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 68 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn Chương 5: CHẾ TẠO MƠ HÌNH VÀ KẾT LUẬN 5.1 CHẾ TẠO MƠ HÌNH: 5.1.1 5.1.1.1 Phần khí: Chuẩn bị: Kết cấu mơ hình khí gồm phần bản: Khung hình hộp chữ nhật: + Vai trò: làm mơ hình tượng trưng cho chiều dài, rộng cao phân xưởng, khung có chữ U5, lắp V tương ứng để làm đường ray cho dầm di chuyển dọc phân xưởng + Sử dụng thép 30x30 + Kích thước tổng thể khung: 1200x500x500 C C Cơ cấu di chuyển cầu: gồm dầm chính, mang bánh xe để cầu di chuyển, cụm bánh xe chủ động bánh mắc với ổ đỡ bên nối với trục để ăn khớp bánh động Ở ta sử R L T dụng động đồng để điều khiển di chuyển cầu Cơ cấu di chuyển xe con: gồm khung xe có kích thước 170x130x70, điều khiển động nhỏ qua truyền xích nối U D từ trục động đến bánh xích mắc trục chung bánh xe chủ động cấu xe Xe di chuyển nhờ ray chữ V thiết kế cách hàn lên dầm Cơ cấu nâng: bố trí khung xe con, sử dụng động có tang nối với trục động cơ, giúp nâng hạ vật động quay 5.1.1.2 Các bước tiến hành kết đạt được: Trình tự thiết kế: Tạo khung -> Tạo cấu di chuyển cầu dầm dầm đơi di chuyển khung (2 chữ U, có V lắp U tạo rãnh) -> Tạo cấu di chuyển xe di chuyển dầm (nhờ rãnh chữ V lắp dầm chính) -> Tạo cấu nâng (gắng tang vào trục động cơ, gá động lên xe cho chiều nâng hạ vật) Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 69 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn 5.1.2 Phần điều khiển: a Giới thiệu vi điều khiển: Vi điều khiển máy tính tích hợp chíp, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp (khác với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với khối ngoại vi nhớ, mô đun vào/ra, mô đun biến đổi số sang tương tự tương tự sang số, Ở máy tính mơ đun thường xây dựng chíp mạch ngồi Vi điều khiển thường dùng để xây dựng hệ thống nhúng Nó xuất nhiều dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v b Một số linh kiện liên quan đến mơ hình: - Arduino pro mini: đóng vai trò chíp điều khiển, truyền tín hiệu tới mạch cầu C C L298N để điều khiển động - Mạch cầu L298N: (mạch cơng suất) đóng vai trò module điều khiển động R L - Tay cầm điều khiển: dùng vi trở truyền tín hiệu đến mạch điều khiển, qua điều khiển động theo ý muốn T - Cơng tác hành trình (SL: cái): giới hạn hành trình cấu chấp hành U D - Bộ nguồn tổ ong 12V – 30A: cấp nguồn cho tồn mơ hình hoạt động (mạch cầu L298N, arduino, động cơ…) - Rơ-le điện từ (SL: cái): dùng cho việc quy định đóng-mở động cơ, dùng cho quy định chiều quay động - Các loại động vai trò mơ hình: + Cơ cấu di chuyển cầu: điều khiển động gạt nước đồng + Cơ cấu di chuyển xe con: điều khiển động chiều qua truyền xích nối vơi trục bánh xe chủ động xe + Cơ cấu nâng: điều khiển động gạt nước trên, có đầu trục gắn tang (kèm dây tời móc nâng) để nâng hạ vật động quay => Sau lập trình vi điều khiển, ta tiến hành nạp code vào arduino, tiếp nối mạch, cấp nguồn, ta mơ hình hoạt động theo kiểu cầu trục thu nhỏ Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 70 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mơ Hình Cầu Trục Tấn 5.2 KẾT LUẬN: Với đề tài “Thiết kế cầu trục chế tạo mơ hình”, qua tất q trình tính tốn, thiết kế, ta xây dựng kích thước, yêu cầu cần thiết để chế tạo hệ thống cầu trục Để từ ta xây dựng vẽ theo kích thước tính tốn để đưa vào chế tạo, đồng thời ta cũng tiến hành chế tạo sau lắp đặt hệ thống điều khiển cho cầu trục Một số lưu ý quan trọng là hệ thống cấu nâng với tải trọng lớn nên việc an toàn vận hành sử dụng hết, nên đòi hỏi trình thiết kế vẽ phải thiết kế hệ thống chắn, hướng dẫn an toàn cách cặn kẽ hệ thống điều khiển phải lắp đặt hệ thống an toàn Kiểm tra bảo dưỡng định kỳ theo quy định để đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng người lao động khu vực Và tương lai, với phát triển không ngừng khoa học-kĩ thuật, tin sau loại cầu trục đời ngày cải tiến hoàn thiện độ bền kết cấu kim loại máy, tính đa dạng kích thước máy, tính tự động hóa, suất làm việc cao, giá thành giảm, độ an toàn cao… để C C R L người sử dụng chúng cách rộng rãi, đưa chúng nơi có cần, nhằm thay thế, hỗ trợ tối đa việc giảm thiểu cho sức lực người, qua giúp T kinh tế-xã hội phát triển U D Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 71 Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Mô Hình Cầu Trục Tấn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Văn Hồng, “Tính tốn máy trục”, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 1975 [2] Khoa Cơ Khí, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, “Giáo Trình Thiết Bị Nâng Chuyển” -2 012 [3] GS.TS Nguyễn Trọng Hiệp, “Thiết Kế Chi Tiết Máy”, Nhà Xuất Bản Giáo Dục – 1998 [4] GS.TS Nguyễn Trọng Hiệp, “Chi Tiết Máy T1,2”, Nhà Xuất Bản Giáo Dục – 1999 [5] Bùi Trọng Lưu, “Sức Bền Vật Liệu”, Nhà Xuất Bản Giáo Dục – 2001 [6] Phạm Phủ Lý, “Máy nâng chuyển”, Nhà Xuất Bản Đà Nẵng – 1991 C C [7] PGS.TS Ninh Đức Tốn, “Dung sai Và Lắp Ghép”, Nhà Xuất Bản Giáo Dục – 2001 R L [8] TS Phan Tấn Tùng, “Vẽ kỹ thuật khí”, Trường Đại Học Bách Khoa TP T Hồ Chí Minh – 2011 U D Sinh viên thực hiện: Văn Đức Thần Hướng dẫn: Ths Nguyễn Đắc Lực 72