Các chi tiết máy thiết kế ra phải làm việc đợc, đó là yêu cầu đầu tiên mà nhà thiết kế nào cũng phải làm đợc.. Một chi tiết máy sản xuất ra còn phải đạt đợc yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế đ
Trang 1Trong quá trình CNH-HĐH đất nớc hiện nay, GTVT đóng một vai trò đặc biệt quan trọng nhằm tạo ra một cơ sở hạ tầng cần thiết cho sự phát triển mạnh
mẽ của đất nớc Để phát huy đợc sức mạnh to lớn đó, sẽ không thể thiếu một bộ phận hết sức quan trọng đó là một nền công nghiệp cơ khí có đủ sức trang bị những thiết bị hiện đại cho quá trình sản xuất và thi công Điều đó có ý nghĩa quan trọng trong viêc nâng cao năng suất, chất lợng cho sản phẩm Vì vậy việc tính toán, thiết kế máy và các bộ phận máy sẽ có ý nghĩa hết sức to lớn
Để đạt đợc kết quả học tập tốt mà xa hơn là công việc thực tế sau này, mỗi sinh viên sau khi đã nghiên cứu song phần lý thuyết của một môn học, việc cần thiết nhất là phải biết vận dụng nó vào thực tế Môn học Máy Trục- Vận chuyển cũng không lằm ngoài quy luật đó Để làm đợc điều này ngoài việc lắm vững kiến thức lý thuyết, sinh viên còn phải biết cách biến những ý tởng của mình thành thực tế thông qua các công cụ thiết kế đã có Thiết kế máy là quá trình thiết kế ra những chi tiết và bộ phận máy có hình dạng và kích thớc cụ thể Các chi tiết máy thiết kế ra phải làm việc đợc, đó là yêu cầu đầu tiên mà nhà thiết kế nào cũng phải làm đợc Nhng chỉ có vậy thì cha đủ Một chi tiết máy sản xuất ra còn phải đạt đợc yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế đó là giá thành hạ, phù hợp với điều kiện sản xuất của đơn vị mình Đồng thời phải đạt đợc yêu cầu về tính kỹ thuật nh độ cứng, độ bền
Nhiệm vụ chính của môn học “ Máy trục- vận chuyển”, trong đó phần chủ yếu là “Máy trục”, là nghiên cứu tìm hiểu các phơng tiện cơ giới hoá xếp dỡ, nâng chuyển vật nặng trong các lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, Quốc phòng-Cơ giới tất cả các quá trình sản xuất, kể cả xếp dỡ, nâng chuyển là một trong những điều kiện cơ bản để phát triển nền kinh tế quốc dân
Nhiệm vụ của bản thiết kế này là thiết kế bộ máy di chuyển của một cầu trục Cầu trục là một loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đờng ray chuyên dùng, nên còn gọi là cầu lăn Với những số liệu đã cho thì cầu trục cần thiết kế ở đây là loại cầu trục hai dầm
Do cha có kinh nghiệm thực tế nên khó tránh khỏi sự thiếu sót Em rất mong nhận đợc sự góp ý của các thầy để rút kinh nghiệm cho những lần sau
Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo TS: Nguyễn Văn Vịnh và thầy giáo KS: Bùi Thanh Danh cùng toàn thể các thầy giáo trong bộ môn Máy Xây Dựng
đã tận tình hớng dẫn em trong suốt quá trình tiến hành thiết kế
Ngày 01 tháng 07 năm 2007 Sinh viên:
Đinh Văn Trờng
Trang 2
đề THIếT Kế MÔN HọC MáY NÂNG- VậN CHUYểN
Đề tài 5: Thiết kế bộ máy di chuyển cầu trục Với các số liệu sau:
Tải trọng nâng Q (tấn) : 15
Trọng lợng xe con (tấn) : 2,5
Trong lợng cầu (tấn) : 12
Vận tốc di chuyển cầu trục(m/ph) : 35
Khẩu độ (m) : 18
Chế độ làm việc : Nhẹ
I Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phạm vi sử dụng của cầu trục.
1 Cấu tạo.
Cầu trục là loại máy trục có kết cấu thép dạng cầu,trên đó có lắp bộ máy
di chuyển bằng bánh sắt lăn trên đờng ray chuyên dùng đặt tờng của nha xởng, nên còn gọi là cầu lăn Theo dạng kết cấu thép của cầu trục chia cầu trục ra
Trang 3
thành hai loại: Cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm.Với thông số đầu vào là: sức nâng tải Q= 25 tấn, khẩu độ l = 15m thì cầu trục cần thiết kế ở đây là cầu trục hai dầm có cấu tạo nh sau:
1
2 3
4
5
6
7
5
12
Hình 1 Sơ đồ cấu tạo cầu trục hai dầm
1 Dầm chủ; 2 Xe con mang hàng; 3 Bánh xe; 4 Cột nhà xởng;
5 Đờng ray chuyên dùng; 6 Giảm chấn; 7 Dầm đầu;
8 Bộ máy di chuyển ; 9 Bộ máy di chuyển xe con; 10 Tang tời hàng;
11 Xe con mang hàng; 12 Ca bin
2 Nguyên lý hoạt động.
Động cơ điện (1) truyền chuyển động qua trục truyền động (2) và khớp nối (3) tới các hộp giảm tốc (4) ,rồi truyền chuyển động cho bánh xe di chuyển cầu trục(5) làm di chuyển toàn bộ dầm chính (6) gắn trên các dầm đầu (7) Xe con(9) có chứa cơ cấu nâng đợc di chuyển trên ray gắn trên dầm chính
(7) Phanh (8) làm nhiệm vụ hãm khi cần thiết Các động cơ điện đợc điều khiển nhờ hệ thống điều khiển đặt ở cabin (10).Nh vậy diện tích xếp dỡ của cầu trục điện là hình chữ nhật
3 Phạm vi sử dụng.
Cầu trục đợc sử dụng rất phổ biến trong hầu hết các nghành kinh tế và quốc phòng để nâng - chuyển vật nặng trong các phân xởng và nhà kho; cũng
có thể dùng để xếp dỡ hàng
II Tổng thể cụm di chuyển cầu trục.
Trang 4
Bộ máy di chuyển cầu trục có nhiều phơng án kết cấu nhằm đảm bảo cho cầu trục di chuyển đều ở cả hai bên Để hạn chế độ xiên lệch, kết cấu thép của cầu trục, giá cầu và khung xe con phải có độ cứng vững cao ở cả hai phơng,
ph-ơng thẳng đứng và phph-ơng ngang
Các số liệu ban đầu:
Tải trọng Q : 15 t = 150000 N Trọng lợng xe con Gxe con: 2,5 t = 25000 N Trọng lợng cầu Gxe lớn : 12 t = 120000 N Vận tốc di chuyển cầu vdc:: 35 m/ph
Chế độ làm việc của cơ cấu - Nhẹ;
Với các số liệu đã cho thì loại cầu trục cần thiết kế ở đây là loại cầu trục hai dầm
Sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu trục
1 Bánh xe chủ động;
2 Hộp giảm tốc;
3 Khớp nối trục răng;
4 ổ đỡ;
5 Phanh;
6 Động cơ;
7 Bánh xe bị động;
8 Dầm chính (Chỉ thể hiện một dầm)
Trang 5
Ta sử dụng sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu trục với trục truyền động dài ở cấp quay nhanh: Trục động cơ 1 nối trực tiếp với trục truyền động 2, qua hộp giảm tốc 3 ở hai bên và khớp nối trục 4 truyền chuyển động tới các bánh xe 5, phanh
6 là phanh hai guốc thờng đóng.Với sơ đồ này nói chung sẽ giảm đợc trọng l-ợng của cầu và cơ cấu Nhng đòi hỏi độ chính xác lắp đặt các ổ trục đỡ cao và phải cân bằng động các tiết máy quay nhanh Các bớc tính toán cơ cấu di chuyển cầu nh sau:
1 Tính chọn bánh xe và ray.
Ta chọn loại bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thớc theo ҐOCT 3569-60 Tra bảng 9-4 (Giáo trình Tính toán các cơ cấu máy trục), có:
Đờng kính bánh xe : Dbx = 800 mm
Đờng kính ngõng trục lắp ổ : d = 130 mm Căn cứ kích thớc bánh xe tơng ứng với Dbx = 800 mm, có chiều rộng vành bánh 160 mm, tải trọng cho phép trên bánh xe 65,5 tấn Chọn ray cần trục KP120 để làm ray cho cầu lăn
1.1 Tải trọng lên bánh xe.
Bánh xe bố trí với khoảng cách bánh (Nhịp cầu): L = 15000 mm, khoảng cách trục B = 4400 mm Tải trọng tác dụng lên các bánh xe gồm có: Trọng l-ợng bản thân cầu Gc = 180000 N , trọng lợng bản thân xe con Gx = 30000 N và tải trọng vật nâng Q = 250000 N
Tải trọng tác dụng lớn nhất tại A (và D) khi xe con có vật nâng lớn nhất tại một đầu bên trái cầu (Hình 3)
L
l L Q x G
4
1 2
1
Pmax = 180000
4
1 15
4 , 1 15 250000 30000
2
1
Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên bánh xe A (và D) khi xe lăn không có vật nâng tại đầu bên phải cầu
Trang 6
L
l L x G
4
1 2
Pmin = 180000
4
1 15
55 , 1 15 30000 2
1
= 58450 N
Tải trọng tơng đơng lên bánh xe Pbx:
Pbx = γ.kbx.Pmax
trong đó: kbx - Hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu; tra bảng 3.12 có
kbx = 1,1
γ - Hệ số tính đến sự thay đổi của tải trọng
γ =
0
1
1 1
2 1
G Q
0
G
Q
=
180000 30000
250000
= 1,19; tra bảng 3.13 có γ = 0,80
Pbx = γ.kbx.Pmax = 0,80 1,1 171933 = 151301 N
Bánh xe đợc chế tạo bằng thép đúc 55Л IIII có độ cứng 350 ữ 450 HB, ứng suất dập cho phép khi tiếp xúc điểm [σ]σ]]d = 1700 N/mm2
1.2 Kiểm tra sức bền dập của bánh xe.
Bánh xe làm bằng thép và ứng với trờng hợp tiếp xúc điểm, để kiểm tra về ứng suất dập ta sử dụng công thức 2.69
σ]d = 3600.m.3
2 max
bx
P
≤ [σ]σ]]d
trong đó:
σ]d - ứng suất dập, (N/mm2)
[σ]σ]]d - ứng suất dập cho phép, (N/mm2)
Pbx - Tải trọng tơng đơng lên bánh xe, (N)
m - Hệ số phụ thuộc tỷ số bán kính tơng đơng nhỏ trên bán kính tơng
đ-ơng lớn
max
- Bán kính tơng đơng lớn nhất, (mm)
Tỷ số
max
min
= 500 350 = 0,7, chọn m = 0,44
Trang 7
σ]d = 3600.0,44.3
2 500
151301
= 1340 N/mm2 ≤ 1700 N/mm2
Vậy σ]d ≤ [σ]σ]]d Bánh xe thoả mãn về điều kiện dập
2 Chọn động cơ điện.
Lực cản chuyển động do ma sát:
W1 = β(Go + Q)
bx D
d
f
.
2
=2,3.(210000 + 250000)2.1,28000,02.130
W1= 6083,5 N
trong đó:
W1 - Lực cản di chuyển do ma sát, (N)
β - Hệ số kể đến ma sát mép gờ bánh xe với mép đờng ray, tuỳthuộc kiểu bánh xe, kiểu ổ trục, khoảng cách giữa hai bánh xe trên hai ray; ở đây bánh xe hình trụ và dùng ổ lăn nên β = 2,3
Go - Trọng lợng cầu trục kể cả bộ phận mang, (N)
Q - Tải trọng vật nâng, (N)
Dbx - Đờng kính bánh xe, (mm)
d - Đờng kính ngõng trục lắp ổ của bánh xe, (mm)
μ - Hệ số ma sát lăn, (mm), tra bảng 3.7 có μ = 1,2
f - Hệ số ma sát trong ổ trục, tra bảng 3.8 có f = 0,02 với ổ nón
Lực cản do độ dỗc của đờng ray trong giới hạn cho phép 1‰
W2 = α.(Go + Q) = 0,001.(210000 + 250000) = 460 (N)
Tổng lực cản tĩnh của cầu lăn khi chuyển động
Wt = W1 ± W2 ± W3, (N)
W2 - Lực cản do độ dốc của đờng ray,(N)
W3 - Lực cản do gió, (N) ở đây W3 = 0
Trong công thức trên, lấy dấu + khi độ dốc đờng ray và gió ngợc chiều chuyển động, lấy dấu – khi độ dốc đờng ray và gió xuôi chiều chuyển động của cầu trục ở đây lấy dấu +
Wt = 6083,5 + 460 = 6543,5 (N)
Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ điện:
N =
1000 60
. c
t V W
=606543,5.1000..015,85 = 1,92 (KW)
Trang 8
Tơng ứng với chế độ làm việc của cơ cấu là nhẹ với CĐ% = 15%, sơ bộ chọn động cơ điện MT-11-6 có các thông số sau:
Công suất danh nghĩa Nđc = 2,7 (KW)
Số vòng quay danh nghĩa nđc = 885 (v/ph)
Hệ số quá tải ϕ = Mmax/Mdn = 1,8
Mô men vô lăng (Gi.Di2)rôto= 1,7 (Nm2)
Khối lợng mđc = 90 (kg)
3 Tỷ số truyền chung.
Số vòng quay yêu cầu của bánh xe dẫn động cầu trục
nbx =
bx
c
D
V
.
80 , 0
15
Tỷ số truyền chung cần có đối với bộ truyền di chuyển cầu trục
io =
bx
dc
n
n
=
97 , 5
885
≈ 149
4 Kiểm tra động cơ điện theo mômen mở máy.
Mô men mở máy động cơ điện cầu lăn
Mm = Mt + Mđ’ + Mđ’’, (Nm)
trong đó:
Mt - Mô men cản tĩnh khắc phục sức cản cầu lăn;
Mt =
0 0
0
2
.
i
D
W0 - Tổng lực cản tĩnh cầu lăn khi không mang tải;
W0 =
Q Q Q
Q Q W
c o
c t
) ( 0
=
250000 180000
30000
) 180000 30000
.(
6543,5
= 2987,25 (N)
Q0 = Gxe con= 30000 (N)
Mt = 2987,252.149.0,.850,8 = 9,4 (Nm)
Mđ’ =
375
).
(
2 0
2 0
m
dc bx c
t i
n D Q
Q
tm - thời gian mở máy;
tm =
max
.
60 a
V c
Vc - Vận tốc di chuyển cầu lăn, m/ph
Trang 9
amax - Gia tỗc thời kì mở máy cầu lăn, m/s2;
amax =
min min
0
2
, 1
.
D
d f P P
Q Q
g
bx c
800
130 02 , 0 58450 2
, 1
2 , 0 58450
180000 30000
81 , 9
amax = 0,323 (m/s2)
tm =
323 , 0 60
15
= 0,77 (s)
Mđ’ =
85 , 0 77 , 0 149 375
885 8 , 0 ).
180000 30000
(
2
2
= 21,8 (Nm)
quay gây ra và đợc hoán vị về trục động cơ, Nm
m
dc i i
t
n D G C
375
.
C = 1,1 ữ 1,15, lấy C = 1,15
∑(Gi.Di2)1 – Mô men đà trên trục 1
∑(Gi.Di2)1 = (Gi.Di2)r + (Gi.Di2)kn
∑(Gi.Di2)1 = 1,7 + 2,1 = 3,8 Nm2
trong đó:
(Gi.Di2)r – Mômen đà do rôto động cơ;
(Gi.Di2)kn – Mômen đà do khớp nối động cơ;
Mđ’’ = 1,15375.3.,08,.77885 = 13,4 (Nm)
Mm = Mt + Mđ’ + Mđ’’= 9,4 + 21,8 +13,4 = 44,6 (Nm)
Mômen danh nghĩa động cơ cầu lăn
Mdn =
dc
dc
n
N
9550
= 885
7 , 2 9550
= 29,1 (Nm)
Mômen mở máy trung bình động cơ
2
1 , 1 5
, 2 8 ,
1 M dn M dn
= 1,8.Mdn = 1,8.29,1 = 52,4(Nm)
Trang 10
Kiểm tra đông cơ theo mômen dính bám bánh xe dẫn hoán vị về trục động cơ
Fdb = (Q0 + Qc)ϕ – (Wt – (Q0 + Qc)f
bx D
d
+ (Q0 + Qc) g a )
800
130
+ (30000+ 180000)
81 , 9
323 , 0
) = 29119,6
Mômen dính bám trên bánh xe dẫn hoán vị về trục động cơ
Mmdb =
0
0 2
.
i
D
=
85 , 0 149 2
8 , 0 29119,6
= 92 (Nm) > Mm = 52,4 (Nm)
Nh vậy trong điều kiện môi trờng ẩm ớt xấu nhất, cầu lăn vẫn có thể làm việc bình thờng
5 Phanh cơ cấu di chuyển bằng cầu lăn.
Quá trình phanh cơ cấu di chuyển cầu lăn xảy ra sau khi đã ngắt điện lới khỏi động cơ, nhng các mômen quán tính còn làm cho hệ thống tiếp tục chuyển
động Mômen cản tĩnh đã gây ra sức cản khi di chuyển, mômen đó có lợi cho quá trình phanh Do đó có phơng trình xác định mômen phanh
Mp = -Mt + Mđ’+ Mđ” (Nm)
0 1 1 2 0
2 0
0 1 2
0 0
0
375
375
2
.
p
i i
p
bx c x bx
t
n D G C t
i
n D G G Q i
D
Trên cơ cấu di chuyển cầu lăn, số bánh xe dẫn động chiếm 50% tổng số bánh xe cầu lăn với hệ số dính bám giữa bánh xe dẫn và đờng ray ϕ = 0,2, gia tốc phanh ap = 0,75 m/s2 Thời gian phanh ko tải cơ cấu di chuyển cầu lăn
0
p
t = 0
.
60 p
c
a
V
=
75 , 0 60
15
= 0,33 (s)
Mp =
-33 , 0 375
885 8 , 3 15 , 1 33
, 0 149 375
85 , 0 885 8 , 0 460000 85
, 0 149 2
.0,8 2987,25
2
2
lớn hơn mômen yêu cầu Mp = 102 Nm
Có đờng kính bánh phanh D = 200, mm
Thời gian phanh cơ cấu di chuyển cầu lăn khi mang tải
tp =
2 2
0
0
2
.
bx c x t
p
i
D G G Q M M
, (s)
Trang 11
tp =
1 , 15 3 , 8
149
85 , 0 8 , 0 460000
4 , 9 130 375
885
2
2
= 0,26 (s)
Gia tốc phanh cầu lăn
ap =
p
c t
V
.
60 = 60 0 , 26
15
= 0,96 m/s2
Kiểm tra quãng đờng phanh cầu lăn, khi phanh 50% số bánh xe di chuyển
Sp =
5000
V 2
c =
5000
15 2 = 0,045 m
Sp =
2
.t
Vc p
=
2 60
15.0,894
= 0,11 m
6 Chọn khớp nối trục.
Để tránh hiệi tợng va đập trên trục khi sử dụng khớp nối trục ta dùng loại khớp nối trục răng Bề mặt răng trong của khớp đợc nhiệt luyện đạt độ cứng 40 HRC, bề mặt răng ngoài (trục) đợc nhiệt luyện đạt độ cứng 35 HRC
7 Chọn các ổ trục đỡ.
8 Chọn hộp giảm tốc.
Với tỷ số truyền i = 149 là khá lớn.Theo “Atlat máy trục” tờ 33 ta chọn hộp giảm tốc loại ЦTH-6-156,92-I có tỷ số truyền i = 156,92; loại hộp giảm tốc này là loại ba cấp đảm bảo tỷ số truyền lớn Các kích thớc của hộp giảm tốc
đợc cho trong atlat
III Thiết kế một số chi tiết.
1 Thiết kế bánh xe cầu trục.
Kiểm tra ứng suất tiếp xúc giữa mặt bánh xe với mặ đờng ray
Bánh xe đợc chế tạo bằng thép 55π:
σ]tx = 600 K b.C.R.C
0
2 1 max
≤ [σ]σ]tx] trong đó:
Kmax – Tải trọng lớn nhất tác dụng nên bánh xe, N;
Kmax = Pmax = 171933 N
C1 – Hệ số chú ý đến chế độ làm việc của cơ cấu;
Chế độ làm việc nhẹ C1 = 1,0
C – Hệ số phụ thuộc tốc độ di chuyển ; C = 1 + 0,02.V
Trang 12
V – tốc độ di chuyển của bánh xe, m/s;
V= 15 m/ph = 15/60 = 0,25 m/s;
C2 = 1 + 0,02.0,25 = 1,005
R – Bán kính bánh xe, cm
R = 40 cm
bo – Bề rộng sử dụng của ray, bo = 3,8 cm (Atlat máy trục)
[σ]σ]tx] – ứng suất tiếp xúc cho phép, [σ]σ]tx] = 75000 N/cm2
σ]tx = 600 1719333,8..140.1,005 = 20230 N/cm2 ≤ [σ]σ]tx] = 75000 N/cm2 Vậy bánh xe thoả mãn về điều kiện tiếp xúc
Bánh xe có đờng kính D = 800 mm, đợc chế tạo từ thép đúc 55 IIЛ IIII IIcó các thông số đợc cho trong Atlat máy trục đi kèm theo là bản vẽ chế tạo
Đờng kính bánh xe D = 800 mm;
Bề rộng bánh xe B1 = 160 mm;
Đờng kính gờ bánh xe D1 = 850 mm;
Đơng kính ngõng trục bánh xe d = 130 mm;
Trọng lợng cụm bánh xe dẫn 822 kg;
Trọng lợng cụm bánh xe bị dẫn 798 kg;
2.Trục bánh dẫn.
Bánh xe lắp cứng trên trục nhờ then, trục đỡ bởi ổ lăn đặt trong hộp trục,
do đó trong quá trình làm việc trục quay xẽ chịu uốn và xoắn
ứng suất uốn sẽ thay đổi theo chu kỳ đối xứng, ứng suất xoắn do tính chất làm việc hai chiều của cơ cấu di chuyển cũng xem nh thay đổi theo chu kỳ đối xứng
Tải trọng tác dụng lên bánh xe
Pt- tải trọng tĩnh có kể đến ảnh hởng tải trọng động
Pt= Pmax.kđ
kđ- hệ số tải trọng động = 1,2
pt = 171933.1,2 = 206319,6 N
Mômen lớn nhất tại tiết diện giữa bánh xe
Nmm l
P
4
175 206319,6 4
.
