CHƯƠNG 10: CÁC LOẠI MÁY TRỤC docx

Khái niệm chung về máy trục Máy trục thờng là một máy hoàn chỉnh gồm có phần kết cấu thép và các cơ cấu cơ khí nh cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển, có thể có cơ cấu quay, cơ cấu thay đổi tầ

Chơng 10

Các loại máy trục

10.1 Khái niệm chung về máy trục

Máy trục thờng là một máy hoàn chỉnh gồm có phần kết cấu thép và các cơ cấu cơ khí

nh cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển, có thể có cơ cấu quay, cơ cấu thay đổi tầm vơn cùng các

bộ phận điều khiển và các công tắc an toàn Máy trục thực hiện nâng hạ vật trong toàn bộ không gian mà máy bao quát Tuỳ theo tính chất công nghệ nâng hạ, điều kiện không gian,

điều kiện kinh tế mà lựa chọn các hình thức kết cấu thép khác nhau Nh vậy tên gọi của các máy trục là dựa vào hình dạng kết cấu thép của chúng nh: Cần trục cột, cầu trục, cổng trục, cần trục tháp, cần trục tự hành, cần trục chân đế, cần trục cáp, cần trục nổi Các bộ phận

cơ khí của máy trục và các phơng pháp tính toán chúng đã đợc nghiên cứu kỹ ở các chơng trớc; tính toán kết cấu thép đợc trình bày ở giáo trình riêng về kết cấu thép Trong chơng này chủ yếu nêu lên một cách tổng thể các loại máy trục tiêu biểu, có tính chất liên kết các

bộ phận cơ khí và kết cấu thép đã nghiên cứu thành một máy hoàn chỉnh, nêu những đặc

điểm riêng cần lu ý, điều kiện sử dụng cho từng loại và có phần tính toán tổng thể

10.1.1 Kết cấu kim loại của máy trục.

việc chọn vật liệu và phơng pháp tính để kết cấu kim loại bảo đảm đủ bền khi làm việc và

đạt đợc chỉ tiêu kinh tế là điều rất quan trọng Phần kết cấu kim loại thờng có hai dạng chính: dạng hộp và dạng dàn, liên kết các bộ phận kết cấu với nhau bằng hàn hoặc đinh tán

Do có nhiều u điểm về kinh tế và công nghệ gia công nên thông thờng sử dụng hàn là chính

1 Vật liệu: Vật liệu sử dụng ở máy trục có dạng thép tấm hoặc dạng thép hình Để

bảo đảm tính hàn cao nên thờng dùng thép các bon, thép kết cấu hợp kim thấp hay hợp kim nhôm Đối với loại máy trục có trọng tải lớn trên 75T, các thanh chịu tải thờng chế tạo bằng thép kết cấu hợp kim thấp, có độ bền cao hơn thép các bon, nhằm mục đích giảm trọng lợng

và chống ăn mòn khi làm việc ngoài trời Tuy nhiên khi dùng thép hợp kim cần chú ý sử dụng biện pháp công nghệ hợp lý để giảm ứng suất tập trung vì loại này có độ nhạy cao đối với sự tập trung ứng suất khi tải thay đổi Một nhợc điểm nữa khi dùng thép hợp kim là giá thành thờng cao

Biện pháp để giảm khối lợng kết cấu là dùng hợp kim nhôm So với thép các bon thì

thép các bon, nhng có mô đuyn đàn hồi thấp, bằng một nửa thép các bon, nên làm tăng biến dạng đàn hồi và chu kỳ dao động của kết cấu Do vậy sử dụng dạng hộp hay dạng ống thì l u

ý chiều cao dầm phải cao hơn loại thép các bon 20 ữ 30%

2 Tải trọng tính: Khi tính toán kết cấu thép máy trục, cần biết đầy đủ các loại tải

trọng và vị trí đặt tải Các tải bao gồm: tải trọng cố định, tải di động, lực quán tính, tải trọng gió

a) Tải cố định hay không di động: bao gồm trọng lợng phần kết cấu thép, cơ cấu di

chuyển, buồng điều khiển và những phần cố định khác Thông thờng các loại tải trọng trên đợc xem nh phân bố đều trên suốt chiều dài kết cấu và đợc tính:

PQ- áp lực do tải trọng nâng, N

c) Lực quán tính ngang: là lực xuất hiện khi phanh hoặc mở máy, có hớng tác dụng

thẳng góc với hớng di chuyển của máy trục

d) Tải trọng xoắn: thờng do mô men xoắn gây ra trong trờng hợp sau đây:

- Khi tải trọng thẳng đứng đặt công xôn so với dầm chính

- Khi tải trọng thẳng đứng đặt công xôn do trục đờng ray đặt lệch so với trục đứng của dầm chính

- Khi lực quán tính ngang đặt công xôn đối với trục ngang của tiết diện dầm cuối trong trờng hợp không có hệ thống liên kết kín

e) Tải trọng gió: khi máy làm việc ngoài trời (đã trình bày trong chơng 1).

f) Kết hợp tải trọng tính: Kết hợp tải trong hai trờng hợp:

- Tải trọng chính: Bao gồm các loại tải trọng cố định và xoắn nếu có

- Tải trọng phụ: Bao gồm tải trọng quán tính ngang và gió ở trạng thái làm việc

Ngoài ra còn có thể xét thêm trạng thái không làm việc để tính một số bộ phận nh kẹp ray.

3 Các phơng pháp tính kết cấu thép

Có thể chọn hai phơng pháp để tính kết cấu kim loại:

a) Tính theo ứng suất cho phép: Xét điều kiện bền ở mặt cắt nguy hiểm nhất.

σmax ≤[σ];

n][σ =σch

; [τ]=0,6[σ]

b) Tính theo trạng thái giới hạn.

Nhợc điểm cơ bản của phơng pháp tính theo ứng suất cho phép là không kể đến biến dạng dẻo của vật liệu, mà vật liệu của kết cấu chủ yếu là loại dẻo Do tính tại mặt cắt nguy hiểm ( để chọn kết cấu tổng thể) nên đã coi kết cấu mất hết khả năng chịu tải trong khi chỉ một điểm của kết cấu ở trạng thái nguy hiểm Chính vì vậy kết quả tính toán theo phơng pháp này có khối lợng vật liệu

lớn, thờng không đợc tiết

kiệm

Tính theo phơng pháp

giới hạn là xét đến sự làm việc

thực tế của vật liệu ở ngoài

giới hạn đàn hồi Đây còn gọi

là phơng pháp tải trọng phá

hoại Nh vậy kết cấu kim loại

không đặt trong trạng thái làm

việc mà đặt trong trạng thái

giới hạn, hay trạng thái kết

cấu mất khả năng chịu tải,

không làm việc bình thờng, có

biến dạng quá mức và sinh ra

các vết nứt Do vậy tính theo

phơng pháp này tiết kiệm vật

liệu hơn Ngày nay do sự phát

triển của kỹ thuật máy tính,

ngời ta đã có các phần mềm

tính toán kết cấu thép Hình 10-1 Sơ đồ cần trục cột có cơ cấu quay

để chọn đợc kết cấu hợp lý, tiết kiệm vật liệu, bảo đảm an toàn và ổn định cho máy trục làm việc

10.1.2 Các cơ cấu máy trục

Trục tâm quay b)

a)

1 2 3

1

6 5

6

Các cơ cấu máy trục đã đợc trình bày ở các chơng trớc Khi sử dụng chúng vào trờng hợp cụ thể phải lựa chọn sao cho phù hợp với hình dạng kết cấu thép để dễ dàng trong lắp

máy trục có cần nh cần trục cột, cần trục tháp, cần trục nổi, cần trục cảng và cũng chỉcó các loại này mới có cơ cấu quay Một đặc điểm của loại cần trục là khi thay đổi tầm vơn từ xa vào gần tâm quay (hay ngợc lại) thì vật nâng phải di chuyển ngang, không thay đổi độ cao,

để tránh gây ra tải trọng động Kỹ thuật này có nhiều cách và đã có trình bày phần trớc Ngoài ra để bảo đảm độ ổn định của cần trục cần lu ý sử dụng các công tắc hạn chế hành trình và mô men quá tải Trong đó đáng lu ý phải luôn bảo đảm công thức mô men tải:

QxLx = hằng số

Qx là tải nâng và biến đổi theo chiều vơn Lx của cần

10.2 Cần trục quay tĩnh tại

Cần trục quay tĩnh tại gồm có hai chuyển động chính: nâng hạ vật và quay xung quanh cột cố định Cấu tạo

chung của cần trục cột

xuyên, không quay toàn

vòng, ví dụ: loại cần trục

Trên hình 10-1a là sơ đồ một loại cần trục cột gồm có: ổ đỡ trên 1 và ổ đỡ chặn dới 11

hộp giảm tốc 8 đến cặp bánh răng 7, trong đó bánh lớn gắn chặt với cột 5 Cơ cấu nâng 6

Cáp 3 đợc vắt qua ròng rọc đầu cần đến ròng rọc di động có lắp móc treo vật Trên hình

10-1b là cơ cấu quay không toàn vòng dùng nguyên lý truyền động cáp

H

e

2a-a'

D

Cần trục quay tĩnh tại thờng sử dụng để nâng hạ phôi lên máy công cụ, lắp trên ôtô để xếp dỡ, ở phân xởng sửa chữa, hoặc một khâu trong một dây chuyền sản xuất mà ở đó cần thiết phải có cơ cấu nâng hạ vật

Theo phơng pháp quay, cần trục cột đợc chia ra: Loại cột quay và loại cột cố định

10.2.1 Cần trục cột quay

1 Cột đợc lắp và quay trên hai ổ đỡ ổ trên chống lại lực ngang có hớng vuông góc

với đờng tâm trục đứng của cột ổ dới có khả năng chống lại lực ngang và lực dọc do tải trọng gây nên

Trên hình 10-2 là một loại cần trục cột áp tờng, có các tải trọng tác dụng và biểu đồ mô men uốn của phần kết cấu thép Cần có thể hàn cứng cùng với cột, có thanh kéo và thanh chống theo hình 10-1; cũng có thể có kết cấu cần nằm ngang để xe con có thể chạy trên đó nh hình 10-2, hình 10-3 ổ trên đợc định vị cố định lên tờng và máy có thể quay

1800 quanh tâm cột Khi muốn quay toàn vòng thì ổ trên phải định vị trên trần nhà, hoặc

Hình 10-3 Cần trục cột có xe tải di chuyển: 1-Cột quay, 2- ổ đỡ dới, 3- ổ đỡ trên, 4- Các

thang giằng, 5- Xe con, 6- Móc cẩu, 7- Cơ cấu chặn, 8- Cơ cấu nâng, 9- Quay tay, 10- Cơ cấu

di chuyển tay, 11- Xích kéo xe.

400

2000

4000 5000

dụng ngang, ngời ta có thể lắp thêm đối trọng ở phía đối diện với phía treo tải (hình 10-5) Tải trọng nâng của loại cần trục này từ 2 đến 5T, có bán kính quay đến 6,3 m.

Hình 10-4 Các loại ổ đỡ trên, dới và tải tác động

2 Xác định phản lực gối tựa khi quay.

Thông thờng chiều cao lý thuyết của cột h = 0,5a ( a là chiều vơn cần, hình 10-2).Khi cơ cấu nâng lắp trực tiếp trên thân máy thì coi đó là một ngoại lực tác dụng cùng với tải trọng Q và trọng lợng xe con (nếu có) ở đâygọi G là trọng lợng của phần kết cấu thép đặt tại trọng tâm

1

2

Từ đó: H T = HD=

h

a'Q

ổ dới vừa chịu uốn do mô men Hy1 vừa chịu nén do lực V (hình 10-4a), đồng thời

có lực cắt H Từ đó có thể xác định ứng suất tổng hợp tác dụng lên ổ dới là:

4

V32d

y.H

2 1

3 1

1 n

−σ

±

=σ

d4

H

2 1

τ

≤π

=τ

tg+ τ ≤ σσ

V

2 0

pn =ld

H

]p[ n

dd

4

dd

đồ loại cần trục cột cố định có cần xiên và ngang, kết cấu thép dạng dàn và dạng hộp

Hình 10-6 Cần trục cột cố định: cần xiênvà ngang dạng dàn và hộp

HT

V d)

Cần trục cột quay tại chỗ

với trục cố định đợc sử dụng để

nâng vật xung quanh một bán

kính nào đó Loại này sử dụng

nhiều ở đầu máy toa xe trong

ngành đờng sắt; có tải đến 5T và

tầm với trong khoảng 5m

Khi cần lớn hơn 5m

th-ờng phải có thêm đối trọng để

giảm mô men tác dụng lên phần

không quay của cần trục Trọng

lợng đối trọng đợc chọn sao cho

khi có tải danh nghĩa Q thì mô

men M1 = M2 về phía đối

Qae

(10-6)

Phần cột cố định, thờng chế tạo từ thép đặc hoặc thép ống kích thớc có thể đến 300mm Một đầu ống có đế để lắp cố định lên nền bê tông bằng bu lông vững chắc Chiều cao cột phải chọn sao cho áp suất lên hai ổ không quá lớn, đồng thời ngỗng trục không quá

to trong điều kiện ứng suất lớn nhất cho phép của vật liệu làm cột và ổ Cột chịu nén và uốn;

có thể tính đợc các tải trọng tác dụng (hình 10-8.) theo phơng trình cân bằng:

D T

−+

Gối tựa trên của cần trục

này cũng chịu phản lực ngang

bi hay ổ trợt đơn giản cho cần

trục có tải nhỏ Đối

với loại có tải trọng lớn thờng

sử dụng các con lăn, ví dụ: loại

Cơ cấu nâng của cần trục cột quay tĩnh tại ngày nay thờng dùng dẫn động bằng động cơ điện nhiều hơn là quay tay Nhng cơ cấu quay vẫn dùng quay tay nhiều hơn dùng truyền

động điện Bởi lẽ lực quay không lớn, không quay thờng xuyên, và tốc độ quay không đòi hỏi phải đều đặn nh các loại cần trục lớn khác Riêng cơ cấu di chuyển xe con thì hầu hết sử dụng quay tay do khoảng cách di chuyển xe ngắn

vụ nâng hàng gấp đôi chiều vơn ( sang cả 2 phía của đờng di chuyển)

α

1H

c)

LS

Hình 10-9 Cần trục cột di chuyển

điện là thích hợp nhất

Lực cản chuyển động: Khi chuyển động đều thì lực cản chuyển động chủ yếu là do ma sát,

vì loại này thờng phục vụ trong nhà nên không có lực cản gió Nếu bán kính bánh xe di chuyển là R1, bán kính ngỗng trục của bánh xe là r1, bán kính bánh xe cữ trên và dới là R2,

R3, bán kính ngỗng trục bánh xe cữ là r2, r3, thì lực cản lớn nhất khi di chuyển có thể tính ( cho trờng hợp cần có tải và đang ở vị trí vuông góc với chiều chuyển động hình 10-9a):

+

)efr(R

1)efr(R

1h

cV)efr(R

GV

3 3

2 2 0

1 1

lV2

3

B

G2b)

áp lực lên bánh xe và các ổ: Các tải trọng tác dụng lên bánh xe và các ổ phụ thuộc vào

vị trí cần Trên hình 10-9b ta có thể xác định đợc các phản lực A, B:

L

cosc2

LV2

LV2

LGe2

LGe2

++

GhGhGgt60

trong đó: hI, hII, hĐT - chiều cao từ trọng tâm các khối lợng sinh ra lực quán tính so với

đờng ray di chuyển, m;

hIII - chiều cao tâm ròng rọc đầu cần với giả thiết tải trọng nâng sinh ra lực quán tình quy về đầu cần, m;

DT 1 ph

lat

o

Qhh

GhGhGgt60

vL

a2Q

eGeGLGGGM

M

M

+

−+

+

−

−+

++

'' 0

'

0

h

Vcc

hc

eGeGQaHH

++

−+

eGeGQaH

H

II

'' II

'

(10-14) -Khi cần ở vị trí vuông góc với đờng ray di chuyển (hình 10-9a):

"

2

2 DT 1 1 2

1 1

2 DT 1 1 2

1 ' 0

'

ch

eGeGQac

h

hh

eGeGQahc

hH

+

−+

=+

−+

=+

1 1

2 DT 1 1 2

eGeGQach

hh

eGeGQahc

hH

+

−+

=+

−+

=+

H

Bởi vì khi quay cần trục thì lực ngang thay đổi từ giá trị lớn nhất HII (cần ở vị trí song song cùng chiều với đờng ray) đến giá trị nhỏ nhất (cần ở vị trí vuông góc với đờng ray) áp lực lên bánh xe chống lật cũng biến thiên tơng tự Khi cần phải tính chính xác các giá trị, phải kiểm tra hai vị trí ngoài cùng Tốc độ quay chọn từ 1 đến 3 vg/ph

10.3 Cầu trục

10.3.1 Những vấn đề chung

Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm chính dọc) liên kết (bắc qua) hai dầm ngang mà trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di chuyển trên hai đờng ray

song song đặt trên vai cột nhà xởng hay trên dàn kết cấu thép Cầu trục đợc sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hoá trong các nhà xởng, phân xởng cơ khí, nhà kho, bến bãi Dầm cầu đợc gọi là dầm chính thờng có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm, trên đó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọc theo dầm chính Hai

đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với hai dầm đầu, trên mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động và cụm bị động Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển xe con (hoặc palăng) mà cầu trục có thể nâng hạ đợc hàng ở bất cứ vị trí nào trong không gian phía dới mà cầu trục bao quát (hình 10-10 và 10-11)

Xét về tổng thể cầu trục gồm có phần kết cấu thép ( dầm chính, dầm cuối, sàn công tác, lan can), các cơ cấu cơ khí (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con)

và các thiết bị điều khiển

Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thờng xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao.

xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển cầu đến 125m/ph Để thuận lợi cho nâng hạ, thao tác và kinh tế trong nâng hạ hàng hoá, các loại cầu trục có tải trọng nâng lớn hơn 10T thờng

có thêm một hoặc hai cơ cấu nâng phụ, có tải trọng nâng nhỏ hơn, cùng lắp trên xe con (hình 10-10) Các tải trọng này đợc viết theo phân số và đợc ghi trên từng cầu trục, đặt ở nơi

dễ nhìn thấy nhất, ví dụ: 15/3T, 20/5T, 150/20/5T Các cơ cấu nâng cho cầu trục hai dầm

đợc lắp trên xe con và có cơ cấu di chuyển riêng (hình 10-11)

p4

J M

O z

Hình 10-11 Xe con tiêu chuẩn: A- Cơ cấunâng: 1- Động cơ, 2- Khớp nối, 3- Khớp+ pu li phanh,

4- Bình điện thuỷ lực, 5- Hộp giảm tốc, 6- Tang, 7- Gối đỡ, 8 Khung đỡ, 9- Ròng rọc cố địng, Ròng rọc di động, 11- Cơ cấu di chuyển xe con.

Bảng 10-1 Cầu trục hai dầm hai móc nâng (theo tiêu chuẩn Tiệp Khắc cũ 270200)(hình 10-10)

Q, T L,

m

O, m Tốc độ, m/ph Kích thớc chính, m

v n2 nâng phụ

v d1

di chuyển xe

v d2

di chuyển cầu

32

ữ50

32

ữ50

Theo hình dạng bộ phận nâng hạ và mục đích sử dụng mà cầu trục có thể chia ra:

- Cầu trục dùng gầu ngoạm,

- Cầu trục có cơ cấu nâng đặc biệt.

Cũng có thể chia cầu trục theo hai loại:

- Cầu trục có công dụng chung: Loại này có

máy móc thiết bị Thờng tải trọng nâng không lớn,

có thể sử dụng kết hợp gầu ngoạm, nam châm điện

hoặc các loại kìm cặp để nâng hàng rời, hàng khối

-Loại chuyên dùng: Thờng đợc chế tạo cho một

mục đích sử dụng nhất định do đó phải phù hợp yêu

cầu về tải trọng nâng và các yêu cầu khác

Theo kết cấu cầu trục có loại một dầm và hai

dầm chính Cầu trục một dầm thờng dùng pa lăng

điện hoặc palăng tay di chuyển trên cạnh dới của

dầm chữ I (hình 10-12)

Loại hai dầm thờng là dầm hộp, dầm chữ I đặt

song song, hoặc dầm kiểu dàn Loại này thờng dùng

cơ cấu nâng đặt trên xe con và di chuyển dọc theo

dầm chính

Truyền động của cầu trục có thể bằng tay hay

bằng điện

Truyền động bằng tay chỉ cho loại cầu trục có

tải trọng nâng nhỏ, dùng lắp ráp sửa chữa Loại chạy điện đợc điều khiển từ ca bin hoặc bằng nút bấm điều khiển từ mặt đất; trong trờng hợp này ngời điều khiển phải đi theo sự di chuyển của cầu, do vậy tốc độ di chuyển phải thích hợp Trong điều kiện đặc biệt có thể

điều khiển từ xa

10.3.2 Kết cấu kim loại cầu trục

Dựa vào kết cấu dầm

chính, kết cấu kim loại cầu

trục đợc chia làm hai loại:

Cầu trục một dầm và cầu

Hình 10-12 Pa lăng di chuyển trên

cạnh thép chữ I