CHƯƠNG 7: CƠ CẤU QUAY ppt

- Bộ phận tựa quay đợc lắp cốđịnh trên bệ máy làm nhiệm vụ đỡ, điểm tựa và định tâm cho phần kết cấu động bệ quay quay.. Trên bệ máy còn lắp một vành răng 4 hoặc vành chốt cố định và đồ

- Bộ phận tựa quay đợc lắp cố

định trên bệ máy làm nhiệm vụ đỡ,

điểm tựa và định tâm cho phần kết

cấu động ( bệ quay) quay Bệ máy cố

định có thể lắp cố định trên nền hoặc

có các bánh xe di chuyển trên đờng ray

hoặc các loại đờng di chuyển khác Bộ

phận tựa quay có thể là vòng tựa quay

hay bàn quay nằm trong mặt phẳng

ngang (hình 7-1) hoặc bộ phận tựa

quay kiểu cột, nằm trong mặt phẳng

đứng (hình 7-2) Trên bệ máy còn lắp

một vành răng 4 hoặc vành chốt cố

định và đồng tâm với bộ phận tựa quay

để bánh răng cuối của cơ cấu ăn khớp

và làm điểm tựa quay vòng

Kết cấu của bộ phận tựa quay phụ

thuộc kết cấu chung của từng kiểu

máy cẩu Thông thờng có hai loại thiết

bị tựa quay: kiểu cột ( mặt phẳng

đứng) và kiểu phẳng ( thờng là ổ bi lớn

hoặc bánh xe lăn) nằm trên mặt phẳng ngang và còn gọi là vòng tựa quay Vòng tựa quay có thể

là kiểu bánh tựa hoặc con lăn tựa Loại này không có khả năng chống lật Vòng tựa quay kiểucon lăn hoặc ổ

bi là loại chống lật tốt Đối với các cần

trục tháp hiện đại thờng sử dụng loại

vòng tựa

lăn này

7.2.1 Thiết bị quay kiểu cột

164

Hình 7-1 Cơ cấu quay: 1- Hộp giảm tốc bánh

vít trục vít, 2- Khớp ma sát, 3- Lò xo, 4- Vành răng tựa quay, 5- Vòng ray lắp trên bệ cố định, 6- Bánh xe lăn, 7- Bệ quay

φ 3120 (26 π , 120 z)

φ 4000 4

5 6

3 2

Là loại lấy cột làm trục quay Loại này thờng dùng cho cần trục cột Có u điểm là chiếm ítdiện tích Ngoài ra cũng dùng cho cần trục tháp, cần trục cảng, cần trục nổi.

Trên hình 7-2 giới thiệu loại cần trục cột quay

1 Cần trục với cột quay:

dụng lên các gối tựa theo công thức:

Đối với ổ bạc có thể tính mô men cản:

M = Hf1rT +Hf1rD+Mv; (7-3)

Mv - mô men ma sát ổ đứng, do lực V gây nên:

3 0

3 3 2

rr

rrVf3

Khi sử dụng con lăn đỡ trục quay, lực và mô men ma sát có thể tính:

Hình 7-3 Các loại ổ tựa quay trên và dới của hệ thống tựa quay kiểu cột: a- ổ trên ổ trụ, b- ổ

dới ổ trụ và ổ bi chặn, c- ổ trên ổ bi tự lựa hai dãy, d- ổ trên ổ bạc, e- ổ dới ổ bi đỡ và ổ bi chặn, h- ổ dới ổ trợt đỡ và chặn, k- ổ dới kết hợp bạc đỡ và ổ bi chặn.

H D

N

N

α

=

cos2

)dD(H2

dDd

1)2

dfe(cos2

+α

+

=

++

Gối đỡ dới loại này thờng là

hai ổ: ổ đỡ dùng bi hai dãy tự lựa

2 Cần trục với cột cố định

Hệ thống tựa quay của loại

này cũng có hai ổ trên và dới, chỉ

- ổ trợt hoặc ổ bi tiêu chuẩn:

D

D

DD)fd2(cos2

VH

1

QG

Ge

MHD= 1,25

l

l c 2 D

D

DDcos21

cos21

α+

α+

Tựa quay kiểu cột cố định còn đợc sử dụng ở các cần trục tháp (hình 7-7) ở đây cột cố định

là một khối chóp cụt Trên đỉnh chóp cụt đợc lắp ổ bi đỡ

chặn làm nhiệm vụ

chặn toàn bộ trọng lợng của phần quay cùng tải trọng nâng,

đồng thời là ổ đỡ trên ổ đỡ dới là các conlăn hoặc các bánh xe chạy trên vành ray chống lật

7.2.2 Vòng tựa quay kiểu ổ bi

Hình 7-6 Loại tựa 4 con lăn

Vòng tựa quay kiểu ổ bi có cấu tạo nh hình 7-8; bao gồm hai dãy bi đợc liên kết kín do đó

điều kiện bôi trơn tốt và an toàn Vòng tựa quay kiểu bi có thể là hai dãy bi cầu, hai dãy bi trụ

và có thể là bi trụ xếp chéo chữ thập Các loại vòng tựa đợc tiêu chuẩn hoá và chế tạo hàng loạtvới

nhiều kích cỡ khác nhau, thông thờng có đờng kính ba bốn mét Loại vòng tựa kiểu bi có nhiều

u điểm: Kết cấu có hình vành khuyên rỗng nên dễ lắp ráp và bố trí trên bệ đỡ, chiều cao nhỏnên gọn gàng, kết cấu nhìn chung đơn giản và có thể bố trí vành răng ăn khớp trong ( hỉnh 7-8a) hoặc ăn khớp ngoài (hình 7-8b) Quỹ đạo chuyển động của loại ổ bi này đợc tạo bởi hai đ-ờng nối từ điểm tiếp xúc của bi đỡ trên, và bi giữ dới qua tâm bi và gặp tâm đứng của ổ bi A, B.Khoảng cách của hai điểm này đợc ký hiệu bằng h Loại vòng tựa quay kiểu bi này có khảnăng truyền và chịu đợc lực P bất kỳ; lực này gồm có hai thành phần P1, P2 vuông góc (hớng

Hình 7-8 Hệ thống tựa quay kiểu ổ bi chặn phần quay đặt trong : 1- Bộ phận quay (tựa trên),

2- Bi đỡ trên, 3- Vành đỡ trên, 4- Dãy bi đỡ dới, 5- Vành răng quay, 6- Vành đỡ dới

β1 P P

Phần quay

α

Phần quay

2 P P

L

L

b) a)

2

1

L Phần quay

β

d

P P 2

P1β

tb

kiểm tra biến dạng cục bộ tại điểm tiếp xúc của bi và vành đỡ trong điều kiện làm việc và tảitrọng yêu cầu.

Khi tính toán sơ bộ để cần có kết quả nhanh thì chỉ kiểm tra áp lực không đổi Các bớc tínhtoán đợc thực hiện: trớc tiên là tính lực Qmax tác dụng lên viên bi; lực này phụ thuộc vào độ lớn

đến tâm quay của ổ bi và cuối cùng là khoảng cách h

Khi tính toán theo lý thuyết, kết quả tìm đợc ngời ta đã xây dựng thành đồ thị với góc tiếpxúc α=450 Đồ thị này đợc thể hiện trên hình 7-10 trong đó trục tung là hệ số k, trục hoành làgóc β Công thức tính Qmax tác dụng lên một viên bi là:

Qmax= k

z

z - tổng số viên bi trong một dãy,

P - tổng ngoại lực tác dụng lên ổ bi'

k - hệ số phân bố không đều của lực tác

dụng, có thể tìm nó theo đồ thị trên hình

7-10

Góc β có giá trị dơng khi lực P tác dụng

phía trong lòng ổ bi ( hình 7-8 ) và có giá trị

Dtb - đờng kính trung bình của ổ bi,

t - khoảng cách giữa các dãy ổ bi

Dấu (+) cho ổ bi hình 8b và hình

7-9b; dấu (-) cho ổ bi hình 7-8a và hình 7-9a

Tính toán đơn giản nhất là tìm hệ số k0

Hệ số này tỷ lệ thuận với áp suất không đổi

lớn nhất giữa viên bi và mặt lăn Đối với bi

d - đờng kính của viên bi, mm

Tính toán này không kể đến ảnh hởng mặt cong của vành đỡ ổ bi trong mặt cắt hớng tâm.Mặt cong của vành đỡ bi có kích thớc tơng đơng với đờng kính của bi Theo kinh nghiệm thực

của vật liệu nào mềm hơn của một trong hai bộ phận là viên bi hoặc vành đỡ theo Vickese

1820

2 -90

2 1,5

1 0,8 0,6 0,4 0,3 0,2

L

h =

k0 = 60 N/mm2 cho ổ bi chịu tải trọng tĩnh, ít khi quay và biến dạng dẻo.

k0 = 35 N/mm2 cho ổ bi có tải trọng động lớn và quay thờng xuyên

k0 = 25 N/mm2 cho ổ bi có vòng quay lớn và yêu cầu tuổi thọ cao

Khi sử dụng vật liệu có độ cứng nhỏ hơn giá trị trên thì tính hệ số: k'0= k0fh

7.2.3 Thí dụ tính toán cho vòng tựa quay kiểu ổ bi

Một ổ bi hai dãy hớng trục (hình 7-8b) dùng cho cần trục cảng có tải trọng nâng 3,2t,chiều vơn của cần 20/6 m (hình 7-11) và sử dụng cơ cấu quay trên hình 7-13

khoảng các các dãy bi t = 80mm, góc tiếp xúc α = 450

4 Tổng lực cản tác dụng lên ổ bi:

2 1

2 Q Q 2 G G 2

2 2

)6,1.3,1.320001

,1.263000(

Hình 7-11 Thông số cần trục cảng 3,2Tvới tầm vơn 20/6m: 1- Chân cổng, 2- Hệ thống tựa quay,

3- Tháp quay, 4- Cần, 5- Cơ cấu nâng hàng, 6- Cơ cấu quay, 7-Cơ cấu thay đổi tầm vơn bằng thanh răng bánh răng, 8- Đối trọng.

6200 8050

h = Dtbtgα + t = 2.1 + 0,08 = 2,08m

245,208,2

66989,4

15z

ứng suất riêng:

2 2

688,39

45260d

HV = 800

7.2.3 Vòng tựa quay kiểu bánh xe lăn

Đối với vòng tựa quay kiểu bánh xe lăn bao giờ cũng có một trụ giữa để định tâm chophần bệ quay và bệ cố định Phần cố định phía dới có gắn một ray tròn là đờng lăn cho bánh

xe đợc thể hiện trên hình 7-12 hoặc hình 7-13 Cũng bằng cách này ngời ta có thể dùng nhiềucon lăn; nh vậy số điểm tiếp xúc tăng lên, giảm áp suất tiếp xúc và giảm đợc đờng kính con lăn,chiều cao của máy thấp hơn Có thể dùng bánh xe hoặc con lăn kiểu hình côn, hình trụ hay hìnhcầu (hình 7-13) Kiểu hình côn giảm đợc sự chất tải ngang lên ngỗng trục trung tâm Loại bánh

xe có thể là từng bánh hoặc là liên kết thành từng cặp Thờng thì các loại tựa quay loại nàykhông có khả năng chống lật; do vậy trọng tâm của toàn máy khi có tải (khi làm việc) hoặckhông có tải ở mọi vị trí của cần đều phải nằm phía trong vành ray (giới hạn bởi các bánh xehoặc con lăn) Ngỗng trục trung tâm khi làm việc chỉ chịu lực ngang Trong trờng hợp đặc biệt

có thể bố trí thêm con lăn tỳ để chống lật Điều này chỉ dùng trong trờng hợp lắp dựng hoặcmáy có sự cố (hình 7-13a)

Để bảo đảm cho cần trục ổn định, phải xác định đờng kính ray D Đờng kính vòng ray đợcxác định theo hai trờng hợp:

1 Cần trục ổn định trong mọi trờng hợp tải trọng và ở mọi vị trí khác nhau của cần.

Trọng tâm ở trong vòng ray Sự ổn định này đợc tính cho trờng hợp quá tải 1,5 lần hay 150%tải trọng nâng Xét cho điều kiện mô men bên phải và bên trái điểm lật I-I cân bằng nhau (hình7-12a):

1,5Q(L- a) = G (g+a) (7-15)trong đó: G - trọng lợng phần quay cùng với đối trọng.

2 áp lực bánh trớc có tải tơng đơng áp lực bánh sau khi không mang tải Q

- áp lực bánh trớc khi có tải (lấy mô men với điểm lật II-II):

2KI = [Q(R + a) + G(a - g)]

a2

- áp lực bánh sau khi không tải (lấy mô men với điểm lật I-I):

2KII = [G(a + g)]

a2

Đặt 2KI = 2KII và đợc 2Gg = Q(L + a), thay các giá trị này vào phơng trình (7-15) :

GQ2

QLa

+

Nếu góc tạo bởi đờng trục giữa hai bánh xe qua tâm ngỗng trục quay là 2α (hình 7-12) thì:

GQ2

QLcos

2

Da

+

=α

Từ đó đờng kính của ray tròn:

Hình 7-12 Vòng tựa quay kiểu bánh xe lăn: 1- Đờng ray tròn ,2- Vành răng, 3- Trục cùng

bánh xe cuối để quay cần trục

QL2D

+α

Gg2QL

)Gg2QL(2

+α

7.3 Cấu tạo chung của cơ cấu quay

Hình 7-13 Sơ đồ vòng tựa quay kiểu bánh xe hoặc con lăn: a, b- Kiểu hình côn, c- Kiểu hình trụ,

d- Kiểu hình cầu

c) a)

Cơ cấu quay là bộ phận làm chuyển động phần bệ quay của máy trục; do đó thờng lắp trên

bệ quay động này Cấu tạo chung của cơ cấu quay có động cơ và hộp giảm tốc đặt đứng thểhiện trên hình 7-14, hoặc động cơ và hộp giảm tốc đặt nằm theo hình 7-7 và hình 7-15 Dù đặt

đặt cơ cấu và điều kiện công nghệ chế tạo.v v

Hình 7-14 Cơ cấu quay kiểu bánh răng thẳng với động cơ đặt đứng: 1- động cơ

điện, 2- Phanh và khớp nối, 3- Bình phanh điện thuỷ lực, 4- Phanh tay, 5- Hộp giảm tốc hai cấp, 6- Hệ thống bơm dầu bôi trơn, 7- ổ bi hai dãy hớng trục, 8- Bộ phận bơm dầu ổ trục, 9- Bánh răng cuối.

7 4

6

i

Trong một số loại

cần trục hiện đại, ngời

ta sử dụng truyền động

hành tinh Ưu điểm

của loại này là có tỷ số

truyền lớn, có thể điều

chỉnh đợc tốc độ, kích

thớc nhỏ gọn và có

hiệu suất cao Bộ

truyền hành tinh đòi

này Loại này thờng sử

dụng bộ phận tựa quay

chia của răng thân khai

7.4 Lực cản và công suất của cơ cấu quay

7.4.1 Lực cản và công suất của cơ cấu khi cần trục quay đều

Khi tốc độ quay đạt giá trị nq(vg/ph) cho trớc thì mô men quay của động cơ truyền đến chỉcòn để khắc phục mô men cản ma sát và mô men cản gió và có thể có mô men cản do độdốc của nền hoặc đờng ray Mô men cản ma sát phụ thuộc vào kết cấu và kích thớc cần trục.Phần tiếp theo trình bày loại cần trục có bàn tựa quay (hình 7-1) Lực cản của cần trục cột đãtrình bày ở phần ( 7.2.1)

Cần trục có bàn tựa quay:

Khi cơ cấu quay làm việc, động cơ phải sản ra cơ năng, mô men thắng đợc toàn bộ mô men

cản tĩnh đối với trục quay Toàn bộ mô men cản quay này bao gồm:

Hình 7-15 Cơ cấu quay bánh vít trục vít kết hợp bánh răng thẳng có

động cơ đặt nằm: 1- Động cơ + cơ cấu phanh, 2- Hộp giảm tốc bánh vít trục vít, 3- Cặp bánh răng thẳng, 4- Bánh lệch tâm điều chỉnh ăn khớp bánh răng cuối và vành răng, 5- Bánh răng cuối (ăn khớp với vành răng chốt).

trong đó:

MT - mô men cản tĩnh do ma sát của hệ thống tựa quay gây nên, Nm;

Mα - mô men cản do độ nghiêng của nền, Nm;

Mgi - mô men cản do gió, Nm;

(+) - khi chiều của lực cản ngợc chiều quay;

(-) - khi chiều của lực cản cùng chiều quay

1 Mô men cản tĩnh:

Giả sử ta có bán kính của bánh xe R, với góc trung tâm α, bán kính ngỗng trục r, di chuyển

trên vành ray có bán kính R1, lực tiếp tuyến với bánh xe và ray T có thể xác định :

R

GQ

Q, G - tải trọng nâng và trọng lợng máy trục, N;

lật do phần quay gây ra sẽ có lực tác dụng lên ngỗng trục là :

2cosR

MF

Các mô men cản của bàn quay có liên quan tới lực ăn khớp ở bánh răng cuối và vành

Mô men cản xuất hiện trên ngỗng trục do lực ở bánh răng gây ra:

Mng = Frr2fr, Nm;

trong đó: Fr- lực ở bánh răng khi tiếp xúc ăn khớp, N;

r2 - bán kính vòng chia bánh răng, m;

fr - hệ số ma sát giữa hai bánh răng

Thông thờng lực này rất nhỏ và thờng bỏ qua

Trong trờng hợp phần bệ quay đợc đặt trên các con lăn có bán kính R, các con lăn này lắptrên vành khuyên có bán kính R1 Lực cản xuất hiện trong trờng hợp này:

e

R

GQ'

Mô men của lực này đối với trục quay:

Mcl = T’R1, Nm

Tơng tự có thể cần tính thêm mô men của lực ăn khớp bánh răng và vành răng

2 Mô men cản do độ dốc của ray hay độ nghiêng của nền.

Trên hình 7-16 là sơ đồ tính lực cản quay do gió và độ dốc nền Hình 7-16a mô tả máy

đang cẩu hàng và đứng trên nền có độ dốc và gió thổi ở hớng bất lợi cho cơ cấu quay làmviệc Hình 7-16b là quỹ đạo chuyển động của trọng tâm máy Tại thời điểm bất kỳ cách gốctoạ độ một quãng x; tung độ của tâm máy y trên đờng cong đợc tính theo công thức:

αβ

0 0

xcossinRsinR

P'=Psinarctg(sinαsinβ)

Vì góc nhỏ nên giá trị sin ≈tg, Vậy:

βα

=Psin sin'

P

Mα =[G0R0 +QcL]sinαsinβ

ở đây: R0, L - khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm của phần quay và vật nâng

R0- khoảng cách từ trọng tâm bệ quay đến trục quay của cần trục, m;

α- góc nghiêng của nền cho phép cần trục làm việc theo thiết kế;

β- góc quay của cần trục

3 Mô men cản quay do gió

Khi làm việc ngoài trời cần xác định thêm mô men cản do gió Mômen cản do gió gây raphụ thuộc vào hình dáng, diện tích bề mặt chắn gió của phần quay cẩu và vật nâng Giá trị của

nó thay đổi vì khi phần quay làm việc, hình chiếu của bề mặt hớng gió lên mặt chắn gió với ớng thổi của gió thay đổi và cánh tay đòn tâm bề mặt hớng gió so với trục quay cũng thay đổi

h-Từ hình 7-16a ta có thể viết:

)sinLFsin

LF(qk

i i 0

1 w

trong đó: q1- cờng độ gió (N/m2); Tra theo bảng ở chơng 1;

Hình 7-16 a- Máy làm việc trên mặt nghiêng và chịu gió, b- Quỹ đạo chuyển động của trọng tâm

phần quay khi máy làm việc.

Fo - diện tích chịu gió của vật nâng, m2;

L - chiều vơn từ tải nâng đến tâm quay, m;

kw- hệ số tính đến hình dạng của bộ phận chịu gió;

Li - khoảng cách từ trọng tâm của các bộ phận máy chịu gió đến trục quay, m;

Fi - diện tích chịu gió của các phần, m2

Công suất cần thiết để thắng lực cản tĩnh khi đạt tốc độ quay cần trục nq đều:

9550

nMN

c

q q

7.4.2 Lực cản và công suất của động cơ khi mở máy

Khi xác định công suất động cơ cho cơ cấu nâng không những cần xác định lực cản masát, cản do gió mà cần xác định mô men quán tính của bộ phận quay khi khởi động ( tính chotrờng hợp quy tất cả về trục động cơ):

g

GLg

4

)GD

;

Gi- trọng lợng các bộ phận trên phần quay của cần trục, N;

ρI - bán kính quán tính của các bộ phận đó đến trục quay, m;

L - chiều dài cần, m

Từ đó xác định đợc mô men động do quán tính khối lợng của bệ quay kể cả vật nâng:

c m 2 1 1 2 1

qt

ti375

n)GD(M

2 i i 2

qt

t375

n)DG(

i - tỷ số truyền chung của bộ truyền cơ cấu quay( từ động cơ đến trục quay)

ηc- hiệu suất của cả cơ cấu;

n1- tốc độ quay của trục 1 (trục động cơ) vg/ph;

Thay vào công thức xác định mô men cản khi mở máy:

ti375

n)GD(

2 i i

t375

n)DG(

∑β

Mô men cản này không đợc lớn hơn mô men mở máy của động cơ phát ra:

Mkđ ≤ Mm= Mdnχ (7-39)Công suất danh nghĩa của động cơ:

Ndn=

c

dc dn

974

nM

χ = 2 ữ 3 - hệ số quá tải của động cơ

Công suất của động cơ của cơ cấu quay tính toán theo mô men mở máy sẽ lớn hơn nhiều

so với công suất động cơ khi tốc độ quay đều Trong cơ cấu quay, lực cản lớn nhất chính là cáclực quán tính, các lực này tác động chỉ ở giai đoạn khởi động, có nghĩa là trong thời gian rấtngắn Do vậy khi lựa chọn công suất cho cơ cấu quay từ công suất tĩnh theo công thức (7-32)cần phải lấy giá trị lớn hơn 2 đến 4 lần, đồng thời cần chú ý tới giá trị quá tải của động cơ trongthời gian ngắn

Thời gian khởi động:

tkđ =

)MM(375

n)DG(

t kd

1 1

2 i i

−

c t kd

2

)MM(i375

n)GD(

η

7.4.3 Xác định mô men phanh

men quán tính và có thể có gió:

Mph + Mt =+ Mqt1+ Mqt2 ⇒ Mph= - Mt + Mqt 1+ Mqt2 (7-42)Nếu phanh đặt ở trục thứ nhất thì:

n)GD

ph

1 1

2 i i

t375

n)DG(

n)DG(

t ph

1 1

2 i i

+

)'MM(i375

n)GD(

t ph

MM

η

=

7-4-4 Bộ truyền

Để bảo đảm an toàn cho các bộ phận cơ cấu quay và độ ổn định của cần trục khi quay, trong

hệ thống có lắp ly hợp an toàn Các ly hợp này đợc lắp trong hộp giảm tốc, thờng sử dụng theonguyên lý ma sát; khi mô men vợt quá mô men cho phép trên trục thì cơ cấu sẽ trợt và các bộphận sau khớp đứng yên vì thế không gây ra hỏng hóc thiết bị Để chống dao động của máy khi