đồ án thiết kế máy, bàn nâng thuỷ lực chữ X, scissor lifter. Đây là bản thuyết minh đồ án thiết kế máy sinh viên Trần Tuấn Sang, khoá 65, trường đại học Bách Khoa, Hà Nội.
TỔNG QUAN VỀ BÀN NÂNG CHỮ X
Giới thiệu chung
Bàn nâng chữ X là thiết bị công nghiệp dùng để nâng hạ vật nặng như máy móc, kim loại, xe cộ Nguyên lý hoạt động của bàn nâng dựa trên cơ chế thay đổi góc-độ cao của các thanh chữ X để đưa vật thể lên xuống Bàn nâng chữ X hỗ trợ con người vận chuyển vật nặng giữa các vị trí chênh lệch độ cao hoặc tạo tư thế làm việc thoải mái khi sửa chữa, bảo dưỡng máy móc.
Bàn nâng chữ X giúp hàng hóa được vận chuyển một cách thuận tiện, nhanh chóng và đặc biệt đảm bảo an toàn cho người lao động, giúp tăng năng suất lao động và giảm chi phí nhân công Ứng dụng của bàn nâng chữ X:
- Nâng hạ hàng hóa tải trọng nặng
- Nâng hạ xe để nhập, bốc dỡ hàng hóa trên xe container
- Sử dụng cho việc nhập, dỡ hàng hóa trong các nhà máy: Dệt, thức ăn chăn nuôi, nhà máy sản xuất linh kiện điện tử, các nhà máy xếp hàng hóa trên pallet.
Phân loại bàn nâng
2.1 Phân loại theo công dụng:
-Bàn nâng hỗ trợ di chuyển
Hình 1: Bàn nâng chữ X di động
-Bàn nâng hỗ trợ sửa chữa, bảo dưỡng máy
Hình 2: Bàn nâng chữ X trong sửa chữa xe máy
-Bàn nâng hỗ trợ chiều cao làm việc của con người
Hình 3: Bàn nâng chữ X thuỷ lực nâng hạ người
2.2 Phân loại theo nguyên lý làm việc:
Hình 4: Bàn nâng chữ X thuỷ lực
- Bàn nâng sử dụng thanh ren
Hình 5: Bàn nâng chữ X thanh ren
Hình 6: Bàn nâng chữ X sử dụng cơ cấu tời điện
- Bàn nâng sử dụng xylanh điện.
Hình 7: Bàn nâng chữ X sử dụng cơ cấu tời điện
2.3 Phân loại theo mục đích sử dụng:
-Bàn nâng cố định( thường đặt âm nền)
2.4 Phân loại theo tải trọng:
Tùy theo nhu cầu làm việc của con người, bàn nâng được thiết kế kích thước và hệ thống thủy lực đáp ứng được tải trọng làm việc Bàn nâng có thể đáp ứng được dải tải trọng rất lớn: 100kg -1000kg hoặc hơn.
Bàn nâng thuỷ lực chữ X
Trong các loại bàn nâng thì bàn nâng thủy lực là loại thông dụng nhất hay thông dụng hơn là bàn nâng thủy lực điều khiển điện bởi tính thuận tiện và độ an toàn cao, tải trọng lớn, hiệu suất cao, tốn ít nhân công để vận hành.
*Cấu tạo cơ bản của bàn nâng thủy lực chữ X thông dụng
Hình 8: Cấu tạo của bàn nâng thuỷ lực thông dụng
6: Thanh cơ cấu chữ X chịu lực
7: Các bộ phận cơ cấu thủy lực
Bàn nâng chữ X sử dụng nguyên lý biến đổi năng lượng của dòng chất lỏng thành cơ năng giúp xy lanh chuyển động tịnh tiến.
Sơ đồ thuỷ lực thông dụng của bàn nâng chữ X:
Hình 9: Sơ đồ thuỷ lực thông dụng của bàn nâng chữ X
TÍNH TOÁN SƠ BỘ KẾT CẤU CHỮ X
Xây dựng kết cấu X
Hình ảnh 2-D giản lược cơ cấu:
Gọi chiều dài thanh X là x, tại vị trí bàn nâng thấp nhất, ta có sơ đồ: αmin = arcsin( 180/530) ; β = arcsin 360/1000 = 20˚ ⇒ α = 40˚ x = √ ¿ +360 2 ) = 1062 ≈ 1060 mm
Tại vị trí bàn nâng cao nhất : αmax = 2.arcsin(355/530) ≈ 84˚ y= √ ¿ 2 -710 2 ) = 787 mm.
Tải trọng và các lực tác dụng lên cơ cấu
- Tải trọng thanh X: mỗi thanh 40kg ⇒ P0= 390 N
- Tải trọng mặt bàn nâng: P1P0 N
Với hệ số an toàn là 1,5 ta có: P760 N; P0= 600 N; P1= 750N.
Tại vị trí ngẫu nhiên, ta có biểu đồ lực phân bố như sau:
Lựa chọn vị trí đặt xy lanh
+ O1 : Phản lực của thanh BD lên thanh AC.
+ A1 : Lực từ bàn nâng tác dụng lên thanh.
B 1 y = A 1 y = 6250.cos20 = 5873 N; A 1 x = B 1 x = 2137 N. + P0 : Trọng lực mỗi thanh chéo X.
+ C1: Phản lực từ sàn lên thanh.
+ O1 là lực của thanh AC tác dụng lên thanh BD.
+ B1 : Lực từ bàn nâng tác dụng lên thanh.
+ D1: Phản lực từ sàn lên thanh.
- EFmin = 458 mm; EFmax= 530 mm ⇒ hành trình xylanh dxl= 70mm.
- Hành trình xy lanh: dxl= 70mm
+ Momen tại điểm C: M(C) = A1.1 + P0.2.0,5 + O1.0,5 – Fxl.dEF-C = 0 (1)
- Hành trình xy lanh: dxl= 623- 490 = 133mm
+ Momen tại điểm C: M(O) = A1.1 + P0.2.0,5 - Fxl.dEF-C = 0 (1)
Ta có bảng so sánh giữa các phương án đặt xi lanh:
F xl max (N) α min −α max (độ) Hành trình xi lanh (mm)
⇒ Dựa vào độ ổn định, hành trình xy lanh, áp suất xylanh, ta chọn phương án số 1 để thiết kế.
Vẽ biểu đồ lực-momen trên các chi tiết thuộc cơ cấu
Chọn vật liệu và kiểm bền
Một số mác thép thông dụng :
Mác thép SS400 là một loại thép cacbon, chủ yếu bao gồm các thành phần sắt và cacbon, cùng với một số nguyên tố khác như mangan, crom, photpho và các nguyên tố khác
Thép SS400 là một loại thép phổ biến được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nặng và chế tạo các chi tiết máy Mác thép này tuân theo tiêu chuẩn JIS G3101 (1987) của Nhật Bản, định rõ các yêu cầu kỹ thuật cụ thể cho sản phẩm thép này.
Mác thép C45 là một loại thép cacbon với hàm lượng cacbon là 0,45% Chữ “C” trong tên đại diện cho nhóm thép cacbon Con số 45 chỉ hàm lượng cacbon trong thép, tức là 0,45%. Thép C45 được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo khuôn mẫu, cơ khí chế tạo máy và các ngành công nghiệp tương tự.
Mác thép CT3 được sản xuất theo tiêu chuẩn ГOCT 380-89 của Nga Đây là loại thép OCT 380-89 của Nga Đây là loại thép cacbon có hàm lượng cacbon thấp, thường dưới 0.25% Thép CT3 được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực gia công, bao gồm gia công thiết bị, gia công mặt bích và gia công bản mã.
Lựa chọn thép CT3 để thử nghiệm độ bền có đáp ứng cơ cấu yêu cầu hay không.
- Thành phần hoá học của thép CT3:
Hình 10: Thành phần hoá học thép CT3
- Đặc điểm, tính chất mác thép CT3
+ Thép CT3 có tính khả hàn tốt và không giới hạn về tính hàn Sản phẩm cũng không có hiện tượng nứt điểm trắng và không có xu hướng giòn theo thời gian sử dụng Do đó, quá trình hàn thép tấm CT3 không đòi hỏi quá trình đun nóng sơ bộ hoặc nhiệt luyện ở các bước tiếp theo
+ Độ bền kéo dao động trong khoảng từ 373 MPa đến 481 MPa Tuy nhiên, độ bền chảy của thép phụ thuộc vào độ dày và được xác định như sau: Độ dày < 20mm: 245 MPa Độ dày từ 20mm đến 40mm: 235 MPa Độ dày từ 40mm đến 100mm: 226 MPa Độ dày > 100mm: 216 MPa.
+ Thép tấm CT3 cũng có độ dãn dài tương đối (denta5) phụ thuộc vào độ dày như sau: Độ dày thép < 20mm: 26% Độ dày từ 20mm đến 40mm: 25% Độ dày > 40mm: 23%.
- Giới hạn chảy: Chọn độ bền chảy bằng 235 Mpa ứng với độ dày λ g: Sử dụng công thức Euler: F gh = π
-Khi λ ≤ λ g: Sử dụng công thức Tetmajor: F gh = d 2 π (335−0,32 λ)
λ : Độ mảnh, được tính theo công thức λ = 4 L k d
λ g: Hệ số phụ, được tính theo công thức λ g = π √ 0,8 E R e
Với vật liệu làm piston là thép C45, ta có:
E: Modun đàn hồi tính bằng N/ mm 2 , có giá trị là 21 10 4 Mpa = 21 10 4 N/ mm 2
Re: Độ bền của thép, theo TCVN1765-75 có Re = 610 N/ mm 2
λ g = π √ 0,8 E R e = π √ 0,8.610 21.10 4 = 65,17 Do λ > λ g, áp dụng công thức Euler (chọn hệ số an toàn v = 3,5)
Lực nâng tối đa cho xi lanh có giá trị là F = E xl
Do F < F gh cần piston đủ bền
Chọn gioăng phớt cho xi lanh
Loại xi lanh và ứng dụng mà nó được sử dụng là hai trong số các tiêu chí chính khi lựa chọn vòng đệm và thanh dẫn thích hợp Các ứng dụng được gọi là các ứng dụng hạng nhẹ, hạng trung hoặc hạng nặng Các mức nhiệm vụ thường được đặc trưng bởi các tiêu chí sau:
Xi lanh hạng nhẹ được sử dụng cho thiết bị cố định trong môi trường nhà máy và được đặc trưng bởi áp suất hệ thống lên đến 160 bar và nhiệt độ lên đến 70 ° C
Xi lanh công suất trung bình thường được sử dụng trong các thiết bị nông nghiệp ngoài cao tốc với áp suất hệ thống lên đến 250 bar và nhiệt độ lên đến 90 ° C
Xi lanh hạng nặng được tìm thấy trong các thiết bị đào đất, khai thác mỏ và lâm nghiệp ngoài đường cao tốc và được đặc trưng bởi áp suất hệ thống 24 đến 400 bar hoặc lớn hơn và với nhiệt độ vượt quá 90 ° C và có thể không liên tục đến 110 ° C
Hình 13: Các loại gioăng, phớt, dẫn hướng trong xy lanh thuỷ lực
Tùy vào công dụng mà các loại gioăng phớt được chia ra làm các loại sau :
Rod seal: Phớt cần/Phớt cổ
Dust wiper seal: Phớt gạt bụi
Rod guide ring: Vòng dẫn hướng cần
Piston guide ring: Vòng dẫn hướng piston
Back up ring: Vòng canh đệm
Một số yếu tố ảnh hưởng đến chọn gioăng phớt xi lanh:
Dải áp suất (Fluid pressure range)
Dải nhiệt độ (Temperature range)
Loại dầu và độ nhớt của dầu trong xi lanh (Fluid media)
Áp suất làm việc tối đa
Các yếu tố môi trường
Tham khảo “NOK – Packing Hydraulic Sealing Systems” với loại xi lanh trung bình
Với các thông số đã tính toán, tiến hành chọn gioăng phớt cho xi lanh như sau:
- Phớt gạt bụi cần (wiper seal): DSI type – Mã vật liệu: NOK U801
- Vòng dẫn hướng cần (Rod guide ring/Wear ring): WR type – Mã vật liệu: NOK 88RS
- Phớt cần (Rod seal): ISI type – Mã vật liệu: NOK U801
- Vòng đệm (Buffer ring): HBTS type – Mã vật liệu: NOK 55YF + NOK A305
- Vòng dẫn hướng piston (Piston guide ring/Wear ring): WR type – Mã vật liệu: NOK 12RS
- Gioăng chỉ (O-ring): Chọn theo tiêu chuẩn SMS 1586
- Dải áp suất của gioăng phớt đã chọn
Xi lanh đủ bền với những lựa chọn gioăng, phớt, đai dẫn hướng như trên
Kiểm nghiệm thực tế và cải tiến
Kiểm nghiệm thực tế
- Bàn nâng hoạt động tốt với những điều kiện cần như sau:
+ Xy lanh hoạt động đủ tải yêu cầu, hoạt động ổn định.
+ Cơ cấu bàn nâng ổn định, chắc chắn cả trong hoạt động hay trạng thái tĩnh. + Cơ cấu không bị biến dạng, bàn nâng luôn trong trạng thái cân bằng hay song song với mặt đất.
+ Bu long đai ốc không bị nới lỏng trong quá trình vận hành.
Các phương pháp cải tiến
- Sau khi đã kiểm nghiệm thực tế thành công, bàn nâng hoạt động tốt, đã đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật, ta xem xét để cải tiến sản phẩm về mặt công thái học hay tính an toàn trong vận hành cho người vận hành
- Đảm bảo mài hết các bavia ở các góc cơ cấu, mài bo góc cơ cấu, để tránh gây tổn thương cho người vận hành.
- Sử dụng sơn cách điện, tránh rò rỉ điện cho người vận hành.
- Thêm trường hợp khẩn cấp cho bàn nâng khi không may dưới gầm bàn nâng xuất hiện một hay nhiều bộ phận của người vận hành, bằng cách sử dụng cảm biến an toàn như cảm biến hồng ngoại, cảm biến dòng điện.
LỜI KẾT 1.Tóm tắt kết quả đề tài : Đề tài đã được thực hiện trong khoảng thời gian 16 tuần Trong khoảng thời gian đó em đã nghiên cứu và tìm hiểu đề tài và tham khảo các tài liệu từ sách giáo khoa, các trang wed từ mạng Internet Cho đến nay đề tài đã hoàn thành và đạt được các mục tiêu đề ra Tuy còn nhiều thiếu sót nhưng đề tài đã đạt được một số thành quả nhất định như sau:
Tính toán sơ bộ cơ cấu máy, thiết kế máy, chọn nguyên vật liệu gia công.
Thao tác thành thạo các phần mềm kĩ thuật
Ứng dụng kiến thức học tập tại nhà trường vào đồ án.
2 Đánh giá kết quả đề tài :
Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em gặp không ít khó khăn, nhưng với sự hướng dẫn nhiệt tình từ thầy Đỗ Thành Công và sự cố gắng của bản than, cho đến nay đề tài cơ bản đã hoàn thành đúng tiến trình, đề tài cũng đáp ứng cơ bản mục tiêu ban đầu Đề tài là kết quả tổng kết những kiến thức cơ bản mà em đã học như Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy, Đồ họa kỹ thuật, Chi tiết máy, Dung sai và kỹ thuật đo, Đề tài là cơ hội để em tìm hiểu được những phần mềm hổ trợ hữu hiệu trong thiết kế cơ khí như Autodesk Inventor, Solidwork,….
Bởi vì đồ án còn nhiều thiếu xót nên mong thầy Công cũng như các thầy trong NCM góp ý cho em được thêm cải thiện trong những đồ án sắp tới.
Em trân thành cảm ơn !
Đánh giá kết quả đề tài
Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em gặp không ít khó khăn, nhưng với sự hướng dẫn nhiệt tình từ thầy Đỗ Thành Công và sự cố gắng của bản than, cho đến nay đề tài cơ bản đã hoàn thành đúng tiến trình, đề tài cũng đáp ứng cơ bản mục tiêu ban đầu Đề tài là kết quả tổng kết những kiến thức cơ bản mà em đã học như Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy, Đồ họa kỹ thuật, Chi tiết máy, Dung sai và kỹ thuật đo, Đề tài là cơ hội để em tìm hiểu được những phần mềm hổ trợ hữu hiệu trong thiết kế cơ khí như Autodesk Inventor, Solidwork,….
Bởi vì đồ án còn nhiều thiếu xót nên mong thầy Công cũng như các thầy trong NCM góp ý cho em được thêm cải thiện trong những đồ án sắp tới.
Em trân thành cảm ơn !
