Tính toán thiết kế lựa chọn cơ cấu nâng hạ hàng cần trục cầu cảng, tải nâng 30 tấn, tầm với 30m an toàn lao Động Đối với thiết bị

Là một sinh viên của khoa, em đã được trang bị những kiến thức cơ bảnvề công tác tổ chức cơ giới hóa xếp dỡ và kiến thức về máy vận chuyển đểtrở thành một kỹ sư, em mong muốn nghiên cứu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: Khúc Hải Long LỚP: 72DCMX22

KHÓA: 72

MÃ SINH VIÊN: 72DCCK20152 GIẢNG VIÊN: TS, GVC Nguyễn Xuân Hòa

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ 5

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 5

1.1.1 Công dụng 5

1.1.2 Phân loại 5

1.2 Thông số chính 6

1.3 Phạm vi ứng dụng 8

1.4 Cấu tạo tổng thể 8

1.5 Cấu tạo các hệ thống, các bộ phận chính 9

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỰA CHỌN CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG 11

2.1 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu 11

2.2 Sơ đồ, trạng thái , lựa chọn thông số tham khảo 11

2.2.2 Sơ đồ truyền động 11

2.2.4 Sơ đồ mắc cáp 12

2.2.5 Tính chọn cáp nâng 12

2.2.6 Tính toán kích thước cơ bản của tang và puly 13

2.2.7 Tính toán puly 17

2.2.8 Chọn động cơ điện 18

Công suất của động cơ khi nâng : 18

2.2.9 Chọn hộp giảm tốc 19

2.3 Kiểm tra động cơ điện 20

2.3.1 kiểm tra theo thời gian khởi động : 20

2.3.2 kiểm tra theo điều kiện đốt nóng : 21

2.4 Tính chọn ổ đỡ cho tang 22

PHẦN 3: AN TOÀN LAO ĐỘNG ĐỐI VỚI THIẾT BỊ 24

3.1 An toàn lao động 24

KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI NĨI ĐẦU

Lịch sử phát triển của ngành vận tải gắn liền với sự phát triển của xãhội loài người Vận tải là một hoạt động kinh tế có mục đích của con người,nó đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế thị trường và là ngành sảnxuất đặc biệt Nhờ có vận tải, con người đã chinh phục được không gian vàtạo ra khả năng sử dụng rộng rãi giá trị sử dụng của hàng hóa và thỏa mãnnhu cầu đi lại của con người Vận tải là một ngành sản xuất đặc biệt, nó cómối quan hệ mật thiết với các ngành kinh tế khác và đó là mối quan hệ tươnghỗ lẫn nhau Vì vậy việc nâng cao qui mô hoạt động của ngành vận tải là cầnthiết

Trong tình hình phát triển kinh tế như hiện nay thì ở các cảng nói riêngvà các đầu mối giao thông vận tải nói chung việc áp dụng những thành tựukhoa học kỹ thuật vào công tác cơ giới hóa xếp dỡ là rất quan trọng và cầnthiết vì nó có thể nâng cao năng suất lao động và giảm nhẹ sức lao động Bấtcứ hoạt động nào muốn có hiệu quả và có thể tồn tại lâu dài trên thươngtrường thì phải không ngừng cải tiến chất lượng sản xuất kinh doanh Do đó,ngoài công tác quản lý, tổ chức sản xuất hợp lý còn đòi hỏi phải đầu tư trangthiết bị, máy móc vận chuyển và xếp dỡ tốt

Là một sinh viên của khoa, em đã được trang bị những kiến thức cơ bảnvề công tác tổ chức cơ giới hóa xếp dỡ và kiến thức về máy vận chuyển đểtrở thành một kỹ sư, em mong muốn nghiên cứu và đưa ra một đề tài thiết kếvề một máy công cụ phục vụ công tác xếp dỡ tại cảng dầu khí vietsovpetrođó là cần trục chân đế dạng cổng kiểu mâm quay với sức nâng q = 30t tầmvới 30m

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.1.1 Công dụng

Cẩu trục chân đế là một trong những loại cẩu trục thông dụng, được sử dụng phổ biến tại các nhà máy đóng tàu, cảng biển phục vụ một khối lượng côngviệc lớn, đáp ứng nhu cầu nâng hạ tổng đoạn, container trong ngành công

nghiệp đóng tàu, vận tải hàng hóa Vận chuyển hàng từ tàu biển sang các

phương tiện khác như tàu sông hoặc lên bến bãi

1.1.2 Phân loại

Cẩu trục chân đế thường được chia là 2 loại chính là cần trục chân đế cố định và cần trục chân đế di chuyển được

Hình 1: Cần trục chân đế cố định

Hình 1.1: Cần trục chân đế di chuyển 1.2 Thông số chính

- Loại cần trục: Cần trục chân đế kiểu mâm quay thay đổi tầm với bằng thanhrăng, bánh răng

Điều kiện vận hành:

Nhiệt độ môi trường max +45oC ; min 0oC

Đèn & chuông báo hiệu khi > 18 N/ m2 = 20m/ s

Nhà sản xuất Hãng Hillmar Industrie Ltd

Cáp thép:

Cơ cấu nâng hạ chính:

1.4 Cấu tạo tổng thể

Hình 1.3: Cấu tạo cần trục chân đế dạng cổng

1- Cơ cấu quay; 2- Sàn đỡ; 3- Nâng chính; 4- Nâng phụ; 5- Cơ cấu thay đổi tầmvới; 6- Đối trọng động; 7- Giằng vòi; 8- Vòi; 9- Động cơ xoay móc chính ( điềukhiển thiết bị thay thế ); 10- Cần; 11- Puly đầu cần; 12- Móc chính; 13- Mócphụ; 14- Giá chữ A; 15- Cabin điều khiển; 16- Hành lang; 17- Cầu thang trong;

18- Dầm ngang chân đế; 19- Cầu thang lên xuống; 20- ĐC phần di chuyển; Phần di chuyển ( cụm bánh xe chủ động ); 22- Giằng chân và sà ngang; 23- DC

21-tang điện; 24- Đối trọng tĩnh

1.5 Cấu tạo các hệ thống, các bộ phận chính

Về mặt cấu tạo, cần trục chân đế gồm các bộ phận chính sau đây:

*Kết cấu thép: gồm kết cấu thép hệ cần của cần trục chân đế và cột quay,

kết cấu thép của hệ chân đỡ

*Các cơ cấu:

- Cơ cấu nâng

+ cơ cấu hạ vật : Dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng Thực tế

nó là một tời máy có sức nâng cao và bắt buộc phải có đối với mọi cần trục

1 - Động cơ điện ; 2 - Nối trục và hãm ; 3 - Hệ bánh răng truyền động ; 4 - ống

tời ; 5 - Ròng rọc ; 6 - Móc câu ; 7 - Cáp

+ cơ cấu nâng cần: Cấu tạo giống như cơ cấu nâng hạ vật, nhưng đầu cuối

cáp nâng không có móc câu mà được nối với đầu cần Như vậy cơ cấu này cótác dụng thay đổi góc nghiêng của cần so với phương nằm ngang, nhằm mụcđích thay đổi hoặc ấn định độ cao nâng móc câu khi trục vật.(hình 5)

Hình 5: Sơ đồ cơ cấu nâng cần

1- Bánh răng truyền động ; 2 - ống tời ; 3 - Cáp nâng cần

- Cơ cấu thay đổi tầm với : kết hợp với cơ cấu nâng, cơ quay có thể đưa

móc tới tọa độ cần thiết, tạo điều kiện cho cần trục làm việc trên diện rộng Cơcấu thay đổi tầm với trong cần trục chân để thay đổi tầm với bằng phương pháp

lắc cần (thay đổi góc nghiêng của cần với phương ngang còn gọi là cơ cấu nângcần)

Nếu căn cứ vào nguyên tắc chuyển động người ta có thể chia cơ cấu thay đổi tầm với thành các loại sau :

+ Thay đổi tầm với dùng pa lăng cáp

+ Thay đổi tầm với dùng thanh răng – bánh răng

+ Thay đổi tầm với dùng vit Thay đổi tầm với dùng rẻ quạt – bánh răng

- Cơ cấu di chuyển: Cơ cấu di chuyển dùng để di chuyển cần trục chạy

trên đường ray hoặc không có đường ray.Cơ cấu di chuyển dùng trong chuyểnđộng riêng cho mỗi cụm chân Số bánh xe di chuyển là 12 bánh, số bánh xe dẫnđộng là 4 bánh Số bánh có thể thay đổi tùy hãng máy

- Cơ cấu quay: Cơ cấu quay của cần trục gồm 2 động cơ truyền động

chính là động cơ dị bộ roto lồng sóc Hai động cơ truyền động trụ quay và đốixứng qua tâm Trong lúc quay phía trên trụ chính được định tâm nhờ con lăn và

lò xo ép Hai động cơ làm việc song song và được điều khiển bởi tay điều khiểntrong bộ điều khiển, điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi thứ tự mở các vanIGBT để thay đổi thứ tự các pha Mỗi động cơ hãm sẽ được hãm bằng mộtphanh điện thuỷ lực dẫn động bộ hãm cơ khí

- Hệ thống điều khiển: bao gồm các hệ thống điều khiển tác dụng lên các

cơ cấu

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỰA CHỌN CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG

2.1 Sơ đồ, trạng thái , lựa chọn thông số tham khảo

2.1.2 Sơ đồ truyền động

Hình 2.1: Sơ đồ truyền động cơ cấu nâng

1 – động cơ; 2 – phanh; 3 – khớp nối; 4 – hộp giảm tốc; 5 – tang quấn cáp.Chức năng của cơ cấu này là tải hàng và đảm bảo cho hàng được vậnchuyển theo phương thẳng đứng Cấu tạo của cơ cấu này bao gồm bộ tời, hệthống cáp và puly cáp Ơ cơ cấu nâng này cần trục có thể làm việc với thiết bịnâng hàng như gầu ngoạm, ngáng container

Cơ cấu nâng được đặt ở buồng máy trên khung quay Và đặc biệt hộp giảm tốccủa cơ cấu này có thể đặt lồng trong tang nên kết cấu rất nhỏ gọn

2.2.3 Chọn móc và thiết bị treo

Móc và thiết bị treo được chọn dựa vào sức nâng của móc và chế độ làmviệc của cơ cấu, đường kính cáp ta chọn móc cẩu xoay với móc cẩu kép C32DIN 82091 sức nâng 30t

2.2.4 Sơ đồ mắc cáp

2.2.5 Tính chọn cáp nâng

St= Q a.ip.ηo (KG)

Trong đó

- Q : Sức nâng định mức, Q = 30 T

- a : số palăng đơn trong hệ thống, a = 4

- ip : Bội suất của palăng, ip = 1

- o : Hiệu suất chung của palăng và của các puly chuyển hướng

r : Hiệu suất của một puly; r = 0,96 (Tra bảng 2.2 ) [1]

Thay các thông sô trên vào công thức (2.3) ta có:

p =

1

i p.

1−η r i p 1−η r =

n : số puly chuyển hướng; n = 4

Vậy hiệu suất của palăng

o = p.h = 1Lực trong dây cáp đi vào tang khi nâng hàng

St= Q a.ip.ηo =30000 7500

4.1.1  (KG)Tính toán dây cáp theo độ bền tiến hành theo kỹ thuật nhà nước Lực đứt cáptính toán là :

P  S.k ( 2.6 )[1] Trong đó :

S : Lực căng lớn nhất trong dây cáp (không tính đến tải trọng động)

Dựa vào lực đứt cáp tính toán ta chọn cáp bện kép loại K-O (bảng III.3) [1] có cấu tạo 6x19(1+6+6).6+1 lỏi theo OCK 2688-69 có các thông số cơ bản như sau:

+Đường kính cáp : d = 39.5mm

+Lực đứt cáp tính toán của cáp : P = 87350 (KG)

+Khối lượng tính toán 1000m cáp đã bôi trơn mc = 5740 (KG)

+Giới hạn bền của dây cáp :b = 180 (KG/mm2)

2.3 Tính toán kích thước cơ bản của tang và puly

2.3.1 Tính chọn tang

Đối với loại cần trục này ta chọn loại tang kép có xẻ rãnh ở hai đầu Rãnh cáptrên tang có tác dụng dẫn cáp cuốn lên tang, các vòng cáp không tiếp xúc nhaunên sợi cáp ít bị mài mòn trong quá trình hoạt động Mặc khác các vòng cápkhông tiếp xúc nhau và diện tích tiếp xúc giữa cáp và tang lớn làm giảm ứngsuất tiếp xúc

a Xác định đường kính tang:

Ta xác định đường kính cần thiết của tang dựa theo đường kính trung bình củadây cáp thép cuộn vào

D  d.e ( 2.9 ) [1]Với D : đường kính tang (mm)

b Xác định chiều dài của tang :

- Chiều dài của dây cáp, cuộn vào tang từ một palăng :

Lc = H.ip +.D.(Z1 + Z2) (mm) ( 2.10 ) [1]Trong đó :

+ H : Chiều cao nâng hàng (mm); H = 20000mm

+ ip : Bội suất palăng; ip = 1

+ Z1 : Số vòng dây cáp dự trữ trên tang đến chổ kẹp cáp Z1 = (1,5  2), tachọn Z1 = 2

+ Z2 : Số vòng dây cáp nằm dưới tấm kẹp trên tang Z2 = (3  4), ta chọn

Z2 = 4

Thay vào công thức trên ta được :

Lc = H.ip +.D.(Z1 + Z2) = 20000.1 + .750.(2 + 4) = 54130 (mm)

- Chiều dài làm việc của tang đối với dây cáp, được cuộn vào từ một palăng :

L t=

L c t

π m (m d +D) ϕ (mm) ( 2.11 ) [1]

Trong đó :

+ Lc : Chiều dài cáp cuộn vào tang; Lc = 54130 (mm)

+ t : Bước của vòng cáp cuộn Tra bảng 2.8 [1] đối với cáp có đường kính39,5mm ta được t = 44 (mm)

Gọi l : phần giữa của tang không xẻ rãnh

B: khoảng cách giữa mặt trọng tâm của các puly trên khung treo móc

lmin=B−2.h.tg 6°=0,8−2.3.(0,105)=0 ,169 (m) ( 2.14 )[1]

a Chiều dày thành tang :

Chiều dày thành tang được xác định theo công thức kinh nghiệm như sau :

Ta chọn vật liệu làm tang là gang số hiệu CY15-32 , có ứng suất nén chophép là []n = 65 và ứng suất cho phép khi nén [σ ] n=15 ,3 KG/mm2(KG/mm2)

- Kiểm tra bền :

Khi tang làm việc bề mặt tang chịu uốn, nén, xoắn nhưng do chiều dàithành tang lớn hơn nhiều so với đường kính của tang nên ta chỉ tính bền tangtheo ứng suất nén

Công thức tính sức bền tang theo nén (sách Máy Và Thiết Bị Nâng trang45)

+ Smax : Lực căng lớn nhất của dây cáp (KG) ; Smax = 7500 (KG)

Thay vào công thức trên ta có :

7500

14,8 23.44

n

(KG/mm2) < [n] =15,3 (KG/mm2)Vậy tang thiết kế thỏa điều kiện bền

2.3.2 Cặp đầu cáp trên tang

Phương pháp cặp đầu cáp trên tang đơn giản và phổ biến nhất hiện nay làdùng tấm cặp và vít chặt lên trên số tấm cặp Do trên tang luôn có số vòng dựtrữ không sử dụng đến, lực tác dụng trực tiếp lên cặp sẽ không phải là lực lớnnhất Smax mà là lực S0 nhỏ hơn Do có ma sát trên mặt tang với các vòng cáp antoàn đó nên:

Lực tính toán đối với cặp cáp được xác định:

S0=

Smax

e μ α

( 2.19 )[1]

T = 1.N =0,22.530=116,6 KG ( 2.21) [1]Ứng suất tổng ở mổi bulông :

Trong đó :

Z=4:số bullông kẹp cáp

d1 =10(mm):đường kính chân ren của bullông

l =32:khoảng cách từ đầu bulông đến tang

1 =

μ

sin β : Hệ số ma sát qui đổi

 = 40o : Góc nghiêng mặt bên của rãnh

10.1

trong đó : ip =1 : bội suất palăng

Kết cấu nhỏ gọn nên có thể bố trí đặt ngay trong lòng tang cuốn cáp

Tỉ số truyền lớn i= 344

2.7 Kiểm tra động cơ điện

2.7.1 kiểm tra theo thời gian khởi động :

Momen cản tĩnh trên trục động cơ khi khởi động tính cho tang cuộn 2 nhánh cáp

Mt =

S t .a.D 2iη c =

15000.2.0,75 2.344.0,85 =42 KGm (1.18) [1]Trong đó St : lực trong dây cáp đi vào tang

a : số nhánh cáp đi vào tang

Mkđtb =

ψmax+ψmin

2 M dm= 2 25+1 1

2 36 ,23=60 , 7

max = 1,8 ÷ 2,25 : hệ số momen mở máy lớn nhất của động cơ

min = 1,1 : hệ số momen mở máy nhỏ nhất của động cơ

Thời gian khởi động:

tkđ =

δ GD 2 n 375( M kdtb−M t)+

0 , 975 QV 2

n (( M kdtb−M t)η (1.41) [1]

=

34,8.1480 375(60, 7−42)+

như vậy gia tốc khởi động tính toán không khác mấy so với gia tốc chotrong bảng 1.15 [1]

2.7.2 kiểm tra theo điều kiện đốt nóng :

Vì không cho trước đồ thị tải trọng thực của cơ cấu nâng, có thể sử dụng đồthị gia tải trung bình của cơ cấu theo sức nâng (hình 1.1a [1]) được xây dựngtrên cơ sở thực tế của cần trục

Tương tự như những tính toán trên xác định những momen phát triển củađộng cơ, thời gian khởi động khi nâng và hạ hàng trong những thời kì công việckhác nhau của cơ cấu Theo đồ thị đó, trong thời gian chu kì (nâng và hạ hàng)

cơ cấu sẽ làm việc với tải trọng định mức Q = 30000 KG – 1 lần, với hàng 0,5Q

= 1500 KG – 5 lần, với hàng 0,1Q = 3000 KG – 4 lần

Momen dư khi hạ hàng là tổng momen khởi động trung bình của động cơ

và momen cản tĩnh của cơ cấu khi hạ hàng

Các thông số cơ bản của khớp nối:

2.8 Tính chọn ổ đỡ cho tang

Sơ bộ chọn ổ đỡ cho tang là ổ đũa trụ đỡ lòng cầu 2 dãy

* Hệ số khả năng làm việc của ổ:

C=Qtđ.(n.h)0,3 (8-1) [2]Trong đó :

- h : thời gian phục vụ của ổ (giờ); với thời gian phục vụ của ổ là 5 năm làm việc

ở chế độ trung bình ta có tổng số giờ làm việc T = 14460(giờ)

 số giờ làm việc thực tế của ổ :

h = T.25% = 3620 (giờ)

- n : số vòng quay của ổ (v/ph); n = ntang = 4,3 (v/ph)

- Qtd : tải trọng tương đương tác dụng lên ổ (daN)

Qtđ=Kv.Kn.Kt.RA

Với :

Kt : Hệ số tải trọng động, Kt=1,2 bảng (8-3) [2]

lvlc

d

c l

dc do

Kv : Hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay, Kv=1 bảng (8-5) [2]

PHẦN 3: AN TOÀN LAO ĐỘNG ĐỐI VỚI THIẾT BỊ

3.1 An toàn lao động

1 Chỉ những người hội đủ các điều kiện sau mới được làm việc với cầntrục tháp :

- Có tuổi trong độ tuổi lao động do nhà nước quy định

- Đã qua kiểm traa khám sức khoẻ bởi cơ quan y tế

- Được đào tạo chuyên môn phù hợp, được huấn luyện BHLĐ và có các chứngchỉ kèm theo ( gồm người lái, người làm tín hiệu, người móc tải) Định kỳ 12tháng 1 lần những người này phải được huấn luyện và kiểm tra kiến thức chuyênmôn và an toàn

- Được giao quyết định điều khiển cần trục bằng văn bản có chữ ký của giámđốc

2 Chỉ cho phép công nhân làm việc trên cần trục tháp đã qua kiểm định vàđược cơ quan lao động cấp giấy phép cho phép hoạt động theo đúng luậtđịnh.Cần trục tháp chưa có giấy phép của ngành lao động không được phép hoạtđộng

3 Công nhân làm việc trên cần trục tháp phải sử dụng đúng và đủ cácPTBVCN được cấp theo chế độ gồm : áo quần vải dày, mũ cứng, găng tay vảibạt, áo mưa, găng vải ngắn cổ

4 Trước khi vận hành phải kiểm tra tình trạng kỹ thuật hoàn hảo của cácchi tiết và bộ phận quan trọng của cần trục tháp, thử lần lượt từng bộ phận của

nó ở trạng thái không tải xem hoạt động của chúng có bình thường không Chú ýxem xét tình trạng chất lượng của móc, cáp, dây tiếp đát, trụ chắn khóng chếhành trình, bộ phận chặn hoặc thiết bị chống lật cần, thiết bị chống tự di chuyển,thắng hãm các loại vv Nếu có bộ phận, chi tiết nào hư hỏng phải báo cáo chongười phụ trách để tìm biện pháp khắc phục mới được vận hành

5 Giữa người lái và người làm tín hiệu phải phối hợp nhịp nhàng thốngnhất theo ngôn ngữ quy ước giữa hai bên mà quy phạm Kỹ thuật an toàn thiết bịnâng đã quy định Trong trường hợp người lái nhìn thấy tải trọng trong suốt quátrình nâng chuyển thì người móc tải kiêm luôn tín hiệu viên

6 Khi cho cần trục tháp làm việc trong vùng bảo vệ của đường dây tải điệnphải có phiếu thao tác Phiếu phải chỉ rõ các biện pháp an toàn, trình tự thựchiện các thao tác, vị trí đặt cần trục tháp Phiếu này do thủ trưởng đơn vị sửdụng cần trục tháp ký và giao trực tiếp cho người lái

Cấm thiết bị nâng làm việc dưới đường dây điệ cao thế