Đề án kĩ thuật Thiết kế cầu trục 5 tấn

Trong đề tài này, việc thiết kế được giới hạn trong “thiết kế cầu trục 5 tấn ” sao cho đảm bảo được các tính năng kỹ thuật và yêu cầu đặt ra.Trong tính toán thiết kế “cầu trục 5 tấn “ cần thoả mãn các yêu cầu sau: Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển trong phân xưởng cơ khí. Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang và không gian nhà xưởng. Phải đạt được tính kinh tế cao: nghĩa là thiết bị sau khi chế tạo và các chi phí vận chuyển của thiết bị phải là tối ưu nhất. Kích thước các chi tiết kết cấu của cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo được các tính năng của nó. Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp đặt trong phân xưởng. Sử dụng đơn, làm việc phải có độ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố ở mỗi chế độ nâng chuyển. Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị được dễ dàng trong những trừơng hợp cần thiết. Thiết bị phải đạt tuổi bền cần thiết.

PHẦN I

GIỚI THIỆU VỀ CẦU TRỤC VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ

1.1 Tổng quan về máy nâng chuyển

1.1.1 Khái niệm

Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượngcông tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo, gầu ngoạm,… hoặc giántiếp như băng tải, xích tải, con lăn, đường ống v.v

1.1.2 Phân loại

Theo tính chất làm việc thì máy nâng chuyển được chia làm 2 loại chính:

- Máy vận chuyển liên tục: Ở các loại máy này vật phẩm được di chuyểnthành dòng ổn định và liên tục Có thể bốc rỡ ngay trong quá trình vận chuyển.Máy vận chuyển liên tục được phân thành 2 nhóm:

+ Vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như băng tải, xích…

+ Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo, như hệ thống đường lăn, ốngdẫn

- Máy vận chuyển theo chu kỳ: Đặc trưng của loại máy này hoạt động cótính chất chu kỳ (luôn phiên giữa thời kỳ làm việc và thời gian nghỉ )của cơ cấu máy Phần chủ yếu của máy vận chuyển theo chu kỳ là máytrục Máy trục được chia ra làm 3 nhóm lớn

+ Máy trục đơn giản như kích, tời, pa lăng

+ Máy trục thông dụng, như cầu trục cần cẩu

+ Máy trục đặc chủng: Đó là loại máy dùng riêng theo yêu cầu nào đó nhưthang máy, trục bến cảng

Hình 1.1 Máy trục thông dụng 1.2.Giới thiệu về cầu trục

1.2.1 Khái niệm

Cầu trục là tên gọi chung của máy trục chuyển động trên hai đường ray cốđịnh trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật phẩm trongkhoảng không (khẩu độ) giữa hai đường ray đó

Đặc điểm về cầu trục:

Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm chính) liên kết vớihai dầm ngang (dầm cuối), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di chuyểntrên hai đường ray song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấuthép Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hànghoá trong các nhà xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi

Dầm cầu được gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể cómột hoặc hai dầm, trên đó có xe con và cơ cấu nâng di chuyển qua lại dọc theodầm chính Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với hai dầm cuối,trên mỗi dầm cuối có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động va cụm bánh xe

bị động Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp cơ cấu di chuyển xe con (hoặcpalăng) mà cầu trục có thể nâng hạ ở bất cứ vị trí nào trong không gian phía dưới

mà cầu trục bao quát

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 khác

Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện Dẫn động bằngtay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ khôngthường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao Dẫn động bằng điện chocác loại cầu có tải trọng nâng và tốc độ nâng lớn sử dụng trong các phân xưởnglắp ráp và sửa chữa lớn

Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500 t; khẩu độ dầm cầuđến 32m; chiều cao nâng đến 16m; tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph; tốc độ dichuyển xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph Cầutrục có tải trọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật: một cơcấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ.Tải trọng nâng của loại cầutrục

1.2.2 Phân loại cầu trục

Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:

- Cầu trục có công dụng chung có kết cấu tương tự như các cầu trục khác,điểm khác biệt cơ bản của loại cầu trục này là thiết bị mang vật đa dạng, có thểnâng được nhiều loại hàng hoá khác nhau Thiết bị mang vật chủ yếu của loại cầutrục này là móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc Loại cầu trục này cótải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng với gầu ngoạm, nam châm điệnhoặc thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất định.

- Cầu trục chuyên dùng là loại cầu trục mà thiết bị mang vật của nó chuyên

để nâng một loại hàng nhất định Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếutrong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độlàm việc rất nặng

1.2.2.1.2 Theo kế cấu dầm

Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm

- Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu thường chỉ có một dầm chạy

chữ I hoặc tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm cầu, xe con cheo palăng dichuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoăc mang cơ cấu nâng di chuyển phía trêndầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường raychuyên dùng ở trên cao Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng palăng đẵ được chếtạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng Nếu nó được trang bị palăngkéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng tay, nếu được trang bị palăngđiện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng điện

Hình 1.2 Cầu trục một dầm.

1 Bộ phận cấp điện lưới ba pha 6 Palăng điện

2 Trục truyền động 7 Dầm chính

3 Cơ cấu di chuyển cầu 8 Khung giàn thép

4 Bánh xe di chuyển cầu 9 Móc câu

5 Dầm cuối 10 Cabin điều khiển

Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất,chúng được sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bị với khốilượng công việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,55 tấn, tốc

độ làm việc chậm

Cầu trục một dầm dẫn động bằng điện được trang bị palăng điện, sức nâng cóthể lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm có bộ phận cấp điện lưới ba pha

Hình 1.3 Cầu trục hai dầm.

- Cầu trục hai dầm, kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm có: dầm hoặc

dàn chủ 1, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu 7, trên dầm đầu lắp các cụm bánhbánh xe di chuyển cầu trục 6, bộ máy dẫn động 3, bộ máy di chuyển hoạt động sẽlàm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đường ray chuyên dùng 5

đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu trục chiều quay của động

di chuyển xe con và di chuyển cầu trục Sức nâng của cầu trục 2 dầm thường trongkhoảng 530 tấn, khi có yêu cầu riêng có thể đến 500 tấn Ở cầu trục có sức nângtrên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng cùng với hai móc câu chính và phụ,tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25) sức nâng của tời chính, nhưngtốc độ nâng thì lớn hơn

Dầm chính của cầu trục hai dầm được chế tạo dưới dạng hộp hoặc dàn khônggian Dầm giàn không gian tuy có nhẹ hơn dầm hộp song khó chế tạo và thườngchỉ dùng cho cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ lớn Dầm cuối của cầu trục haidầm thường được làm dưới dạng hộp và liên kết với các dầm chính bằng bu lônghoặc hàn

1.2.2.1.3 Theo cách tựa của dầm chính

Theo cách tựa của dầm chính có các

loại cầu trục tựa và cầu trục cheo

- Cầu trục tựa là loại cầu trục mà hai

đầu của dầm chính tựa lên các dầm cuối,

chúng được liên kết với nhau bởi đinh tán

hoặc hàn Loại cầu trục này có kết cấu đơn

giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy

cao nên được sử dung rất phổ biến Trên hình 1.3 là hình chung của cầu trục tựaloại một dầm phần kết cấu thép của gồm dầm cầu 1 có hai đầu tựa lên các dầmcuối 5 với các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng Loại cầu trục này thườngdùng phương án dẫn dẫn động chung Phía trên dầm chữ I là khung giàn thép 4 đểdảm bảo độ cứng vững theo phương ngang của dầm cầu Palăng điện 3 có thểchạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng Cabin điều khiển 2 được treo vào phần kết cấu chịu lực của cầu trục.

Hình 1.5 Cầu trục treo.

a) Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo

- Cầu trục treo là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu thép có thể chạy dọc

theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo Do liên kết treo của cácray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ được dùng trong các trường hợp đặcbiệt cần thiết So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầudài hơn, do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thểchuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song đồng thời kết cấu thép của cầu trụctreo nhẹ hơn so với cầu trục tựa Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấphơn cầu trục tựa

1.2.2.1.4.Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển

Theo cách bố chí cơ cấu di chuyển cầu trục có các loại cầu trục dẫn độngchung và cầu trục dẫn động riêng

Hình 1.6 Các phương án dẫn động.

- Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương án dẫn động chung

và dẫn động riêng Trong phương án dẫn động chung, động cơ dẫn động được đặt

ở giữa dầm cầu và truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động ở hai bên ray nhờcác trục truyền Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh và quay trungbình (hình 1.5, a, b, c) Ở phương án dẫn động riêng (hình 1.5, d) mỗi bánh xehoặc cụm bánh xe chủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động

- Cơ cấu dẫn động chung với trục truyền quay chậm (hình 1.6, a) gồm động

cơ điện 1, hộp giảm tốc 2 và các đoạn trục truyền 3 nối với nhau và nối với trục racủa hộp giảm tốc bằng các khớp nối 4 Trục truyền tựa trên các gối đỡ 5 bằng ổ bi

Do phải truyền momen xoắn lớn nên trục truyền, khớp nối và ổ bi có kích thướcrất lớn, đặc biệt khi cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ dầm lớn Các đoạn trụctruyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng So với trục đặc tương đương, trục rỗng cótrọng lượng nhỏ hơn 15 – 20% Phương án này được sử dụng tương đối phổ biếntrong các cầu trục có công dụng chung có khẩu độ không lớn, đặc biệt là các cầu

trục có kết cấu dầm không gian có thể bố trí dễ dàng các bộ phận của cơ cấu.

- Cơ cấu dẫn đông chung với trục truyền quay trung bình (hình 1.6, b) có trụctruyền 3 truyền chuyển động đến bánh xe di chuyển cầu trục qua cặp bánh răng hở

4 Vì vậy mà mômen xoắn trên trục nhỏ hơn so với trục truyền chậm và kích thướccủa chúng cũng nhỏ hơn

- Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay nhanh (hinh 1.6, c)

có trục truyền 2 được nối trực tiếp với trục động cơ và vì vậy nó có đường kínhnhỏ hơn 2 – 3 lần và trọng lượng nhỏ hơn 4 – 6 lần so với trục chuyền quay chậm.Tuy nhiên, do quay nhanh mà nó đòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác

- Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng (hình 1.6, d) gồm hai cơ cấu như nhau dẫnđộng cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt Công suất mỗi động cơthường lấy bằng 60% tổng công suất yêu cầu Phương án này tuy có sự xô lệchdầm cầu khi di chuyển do lực cản ở hai bên ray không đều song do gọn nhẹ, dễ lắp

đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt làtrong những cầu trục có khẩu độ trên 15m

1.2.2.1.5 Theo nguồn dẫn động

Theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn độngmáy

- Cầu trục dẫn động bằng tay, (hình 1.7) được dùng chủ yếu trong sửa chữa,

lắp ráp nhỏ và các công việc nâng - chuyển hàng không yêu cầu tốc độ cao Cơcấu nâng của loại cầu trục này thường là palăng xích kéo tay Cơ cấu di chuyểnpalăng xích và cầu trục cũng được dẫn động bằng cách kéo xích từ dưới lên Tuy

là thiết bị nâng thô sơ song do giá thành rẻ và dễ sử dụng mà cầu trục dẫn độngbằng tay vẫn được sử dụng có hiệu quả trong các phân xưởng nhỏ

- Cầu trục dẫn động bằng động cơ, (hình 1.1) đươc dùng chủ trong các phân

xưởng sửa chữ, lắp ráp lớn và công việc nâng - chuyển hàng yêu cầu có tốc độ vàkhối lớn Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện Cơ cấu di chuyểnpalăng điện, xe con và cầu cũng được dẫn động từ động cơ điện Loại cầu trục nàyđược dùng phổ biến nhất do có nhiều ưu điểm nổi bật là khả năng tự đông hoá,thuận tiện cho người sử dung và có thể sử dung trong việc vận chuyển các loạihàng có khối lương lớn

a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm.

Hình 1.7 Cầu trục dẫn động bằng tay.

1.2.2.1.6 Theo vị trí điều khiển

Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầmcầu (hình 1.4) và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm (hình 1.2) Điềukhiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho các loại cầu trục một dầm

có tải trọng nâng nhỏ

1.3 Nhiệm vụ và mục đích thiết kế

1.3.1 Nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ chính của thiết kế là tìm ra và cụ thể hoá các giải pháp kỹ thuật để

từ đó lựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp với nhiệm vụ thư thiết kế Cuốicùng là đưa ra những thông tin về đối tượng thiết kế và từ những thông tin đó cóthể tạo ra một sản phẩm cụ thể

Việc thiết kế phải đảm bảo khả năng thực hiện được các giải pháp kỹ thuật,nghĩa là phải có sự phù hợp giữa các đặc tính kỹ thuật của các đối tượng mới vớicác giải pháp kỹ thuật và mức độ phát triển của khoa học kỹ thuật cũng như thực

tế sản xuất Trong đề tài này, việc thiết kế được giới hạn trong “thiết kế cầu trục 5

tấn ” sao cho đảm bảo được các tính năng kỹ thuật và yêu cầu đặt ra.

1.3.2 Mục đích thiết kế

Trong tính toán thiết kế “cầu trục 5 tấn “ cần thoả mãn các yêu cầu sau:

- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển trong phân xưởng cơ khí

- Hình dạng, kích thước của các kết cấu phải phù hợp loại vật mang và khônggian nhà xưởng

- Phải đạt được tính kinh tế cao: nghĩa là thiết bị sau khi chế tạo và các chiphí vận chuyển của thiết bị phải là tối ưu nhất

- Kích thước các chi tiết kết cấu của cầu trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảm bảođược các tính năng của nó

- Thiết bị phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn và dễ lắp đặttrong phân xưởng

- Sử dụng đơn, làm việc phải có độ tin cậy cao, ít hỏng hóc và bị sự cố ở mỗichế độ nâng chuyển

- Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa trang thiết bị được dễ dàngtrong những trừơng hợp cần thiết

- Thiết bị phải đạt tuổi bền cần thiết

1.3.3 Phân tích và chọn phương án thiết kế

1.3.3.1 phân tích phương án

1 - Lựa chọn kết cấu dầm

a.Phương án 1: Hai dầm kết cấu dạng hộp

-Kết cấu dầm dạng hộp nên việc tính toán đơn giản,thời gian chế tạo và lăp ghép

nhanh,việc bảo dưỡng cũng đơn giản Do đó giá thành giảm

b.Phương án 2 :Kết cấu hai dầm kiểu giàn

-Dầm là một khung giàn gồm các thanh liên kết với nhau bằng hàn và bắtbulông

Hình 1.8 kết cấu hai dầm dang hộp

Hình 1.9 Kết cấu hai dầm kiểu

giàn

Với kết cấu kiểu này thì khối lượng dầm nhỏ, nhưnng phức tạp, khó chế tạo vìnhiều chi tiết , quá trình chế tạo và lắp ráp mất thời gian , việc kiểm tra bảo dưỡngkhó khăn Do đó giá thành chế tạo cầu trục cao

c.Phưong án 3: Kết cấu loại một dầm

- Dạng kết cấu này đơn giản, dễ tớnh toỏn, chế tạo, lắp ghộp đơn giản, bảo dưừngkiểm tra dễ dàng, nhưng chịu tải ớt Phự hợp với những cầu trục cú tải trọngnhỏ dưới 5 tấn và khẩu đọ nhỏ

- Để đỏp ứng yờu cầu và mục đớch của việc thiết kế mới cầu trục 5 tấn, trước

tiờn phải phõn tớch chọn sơ đồ kết cấu cầu trục sao cho phự hợp với mục đớch

và đặc điểm sản xuất của của phõn xưởng sau đú tiến hành chọn phương ỏnthiết kế cho phự hợp, chớnh xỏc và đặt hiệu quả cao nhất

 Các thông số cơ bản của cầu trục là: Tải trọng hàng nâng Q, khẩu độ L, chiềucao nâng H, vận tốc làm việc của các bộ máy và chế độ làm việc của các bộ máycủa cầu trục Với tải trọng nâng trung bỡnh 5 (T), khẩu độ ngắn L= 16 (m) và chế

độ làm việc bỡnh thường, chọn phương ỏn cầu trục 2 dầm Các cầu trục 2 dầmcông dụng chung có thể có chế độ làm việc nhẹ, trung bình hoặc nặng, tải trọngnâng Q có từ 5  300 (T), khẩu độ L= 10  35 (m) Các cầu trục dùng để lắp rápthiết bị công nghiệp, thiết bị thuỷ điện lớn có thể có tải trọng nâng đến 500 (T).Vận tốc nâng hạ ở cầu trục thờng dùng 8  20 (m/p), vận tốc di chuyển xe con 10

 50 (m/p) và vận tốc di chuyển cầu trục 40  150 (m/p)

Do yêu cầu của đề tài là:“Tính toán thiết kế cầu trục với khẩu độ 14 (m),tảinâng 5 Tấn,chiều cao nâng 5(m),vận tốc nâng 16(m/ph), tốc độ di chuyển cầu45m/phỳt”, cầu trục ở đõy là cỡ trung bỡnh, nên lấy mô hình cầu trục hai dầm làmphơng án thiết kế Loại cầu này cú ưu điểm hơn cả vỡ cú kết cấu vững chắc,thớch hợp cho việc di chuyển trong cỏc phõn xưởng cũng như yờu cầu về tảitrọng, làm việc tin cậy, sử dụng đơn giản, thuận tiện cho việc bảo dưỡng thiết bịnếu xảy ra sự cố và đặt hiệu quả kinh tế cao

Hỡnh 1.10 kết cấu cầu trục 2 dầm cần thiết kế

- Kết cấu thép: Gồm có dầm cầu(dầm chủ) 2 dầm chủ dựa vào hai dầm ngang(dầm cuối), ở cuối hai dầm ngang có đặt các bánh xe, bánh xe di chuyển nhờ nguồn động lực dẫn động Toàn bộ cầu trục di chuyển trên hai đường ray đặt trên cột tường nhà, xe con(xe lăn) chuyển dọc theo đường ray đặt trên dầm chủ Trên xe con có đặt các cơ cấu nâng chính, cơcấu nâng phụ, cơ cấu di chuyển xe con Đường dây lấy điện cấp điện cho cầu trục.

- Phương án dẫn động: mỗi cơ cấu (cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con, cơcấu di chuyển cầu) đều được dẫn động bằng một động cơ điện

- Cầu trục được trang bị thiết bị mang vật là móc treo

- Các cơ cấu được điều khiển bằng hộp nút bấm từ dưới nền nhà

1.3.3.2 Chọn phương án thiết kế

Hiện nay để đi thiết kế một vấn đề nào đó chúng ta có 4 phương pháp

cơ bản, đó là:

- Thiết kế theo mẫu

- Thiết kế theo Quy Phạm

- Thiết kế theo số liệu thống kê

- Thiết kế theo tính toán

Mỗi phương án thiết kế đều có những đặc đ iểm v à ưu nhược điểm khácnhau, do đó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn phương án nào cho phù hợpnhất theo yêu cầu và mục đích của vấn đề cần giải quyết để đạt hiệu quả cao nhất.Vậy với yêu cầu và mục đích cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục ta chọn

phương án thiết kế theo tính toán vì đây là phương án cho ta kết quả chính xác

nhất, tính kinh tế và hiệu quả cao nhất

Cụ thể trong tính toán “Thiết kế cầu trục hai dầm với tải trọng nâng 5 tấn”

ta phải tính các cơ cấu chính sau:

- Tính cơ cấu nâng

- Tính cơ cấu di chuyển: cơ cấu di chuyển cầu và di chuyển palăng điện

Tải trọng nâng: Q= 5 T

Tương ứng với chế độ làm việc trung bình ta có:

Bảng 1.1 Các số liệu về chế độ làm việc các cơ cấu của cầu trục

Số lần mở máy trong một giờ, m

Số chu kỳ làm việc trong một giờ,a

Nhiệt độ môi trương xung quanh,T C

250,330,250,556010-1525

Thời gian phục vu,

năm

Ổ lănBánh răngTrục và các chi tiết khác

101525

Thời gian làm việc

trong thời hạn trên,

h

Ổ lănBánh răngTrục và các chi tiết

100015002500

khác

PHẦN 2

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

2.1 Chọn phương án cho cơ cấu nâng

Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng là một bộ phận của cầu trục Việcchọn phương án cho cơ cấu nâng để thiết kế cần phải đảm bảo các thông làmviệc như công suất, tốc độ, đặc tính động lực học, phương pháp điều khiển,môi trường sinh thái, khả năng quá tải, khả năng tiêu chuẩn hóa, khả năng lắpđặt, vận hành, an toàn Các chỉ tiêu kinh tế như giá thành, chi phí sản xuất, khấuhao, chi phí bảo dưỡng sửa chữa v.v

Các phương án dẫn động cho cơ cấu nâng:

Dẫn động bằng tay

- Trọng tải không lớn, thường Q

5T

- Có thể có yêu cầu không cao về

vật liệu, công nghệ chế tạo và lắp ráp ở

- Yêu cầu cao về vật liệu, công nghệ chế tạo và lắp ráp các bộ phận máy

- Bộ phận truyền động thường được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc, che kín và bôi trơn thường xuyên bằng dầu

- Bố trí phanh má hoặc phanh đĩa

lò xo điện từ

Đối với cầu trục thiết kế phương án dẫn động bằng máy và bố trí cho cơ cấunâng được chọn có sơ đồ như hình 2.1 Với phương án này cơ cấu có kíchthước tương đối gọn nhẹ cho phép chế tạo từng cụm cơ cấu riêng biệt nênthuận tiện cho việc lắp đặt và đơn giản trong việc chế tạo.

1- Động cơ điện

2- Hộp giảm tốc3- Khớp Nối.4- Tang5- Nối tang6- Phanh

Hình 2.1: Cơ cấu nâng

Đây là loại cơ cấu nâng dây mềm, có một tang, truyền động của cơ cấu là truyền động riêng, năng lượng sử dụng là năng lượng điện Kết cấu cơ bản gồm động cơ điện 1, hộp giảm tốc 2, khớp nối còng đàn hồi 3,trong đó nửa khớp phía bên hộp giảm tốc được sử dụng làm bánh phanh, tang 4, khớp răng đặc biệt 5 nốitang với trục ra của hộp giảm tốc, phanh 6 Ngoài ra còn có các bộ phạn khác như dây cáp, móc treo và ròng rọc đỡ cáp (hình 2.5)

4

5

6

Các thông số cơ bản ban đầu.

- Tải trọng nâng: Q = 5T = 50000N

- Chiều cao nâng: H = 5 m

- Tốc độ nâng vật: Vn =16 m/ph

- Chế độ làm việc của cơ cấu: Trung bình

- Trọng lượng của bộ phận mang vật bao gồm: mang vật

- Móc treo, pa lăng được chọn theo tiêu chuẩn của liên xô ( atlat ) có khối lượng

Trong các kiểu kết cấu của dây cáp thì kết cấu kiểu  K-P theo tiêu chuẩn củaLiên Xô Cáp có tiếp xúc đường với 6 dánh, mỗi dánh 19 sợi thép ngoài cùng khácnhau(P) và 1 sợi đay, tiếp xúc đường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau, làmviệc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép cacbon

cao ( thép 69, 65) có giới hạn bền 1200  2100 N/ mm 2

Ta chọn loại cáp bện đôi kiểu  K-P kết cấu 6x19(1+9+9)+110.C ΓOCT OCT

3077-69 b ả n g 2 - [ 2 - 2 0 ] , giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1500  1800 N/

mm 2

2.2.2 Pa lăng giảm lực

Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tảitrọng lớn ta dùng một palăng

Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang Do cầu lăn thực hiện việcnâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọnpalăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang tương ứng với trọng tải cầu lăn theoBảng 2-6[I] chọn bội suất palăng a=2 Palăng gồm hai ròng rọc di động và mộtròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng, sơ đồ (hình 2.2)

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật đượcxác định theo công thức 2-19

Smax = 0

2

(1 ) 51250(1 0,98)

12941,92( ).(1 a) t 2.(1 0,98 )

Q

N m

m = 2 – số nhánh cáp cuốn lên tang

t = 0 Vì dây trực tiếp quán lên tang không qua các dòng dọc đổihướng

S đ - lực kéo đứt cáp bảng tiêu chuẩn, N.

S max – Lực căng lớn nhất trong dây, N

n = 5,5 - Hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2- 2) – [1] ứng vớichế độ làm việc trung bình.

=> Sđ 12941,92 5,5 71180,56     N 

Xuất phát từ điều kiện bền theo công thức ( 2-10 ), với loại dây đã chọn ởtrên, với giới hạn bền của sợi δ b = 1600 N/mm2 Theo tiêu chuẩn Liên xô , chọnđường kính dây cáp dc = 20,5 mm, có sức kéo đứt Sđ = 215 kN, xấp xỉ với lực đứtcáp theo yêu cầu, khối lượng trên 1000 m cáp đã được bôi trơn là 1551 kg Trabảng 3 [ 1]

Tính kích thước cơ bản của tang và ròng rọc

* Tang: Tang được đúc bằng gang xám không thấp hơn GX 15-32, bằng thép tấm

không thấp hơn CT3 Với chế độ làm việc rất nặng và lien tục chọn tang bằngthép Mặt tang có thể trơn hoặc cắt rãnh

Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang xác định theo công thức 12) – [1]

(2-Dt  d c (e  1)  20,5(18  1)  348,5 mm

Chọn Dt =350 mm

Trong đó: Dt - Đường kính tang đến đáy rãnh cáp, mm.

d c  20,5 mm - Đường kính dây cáp quấn lên tang, mm.

e = 18 – Hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào loại máy và chế

độ làm việc, tra theo bảng (2-4) –[ 1]

Ở đây ta chọn đường kính tang và dòng dọc giống nhau: Dt = Dr = 350 mm Ròng dọc cân bằng không phải là dòng dọc làm việc, có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20% so với dòng dọc làm việc

Dc = 0,8 Dr = 0,8 350 = 280 mm

Chiều dài tang: Chiều dài tang được tính sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất trên tang vẫn còn lại ít nhất là 1,5 vòng dây, không kể những vòng nằm trong cặp ( Quy định an toàn )

Chiều dài toàn bộ của tang khi dùng pa lăng đơn được xác định theo côngthức (2-13)[tr.21].

Dựa vào kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:

L4 = 300 mm, khoảng cách giữa hai dòng dọc ở ổ treo móc

hmin = 800 mm, khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục dòng dọc ổ treo móc

tg 0.07, là góc cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với hướng thẳngđứng

max

φ = 0,8 - hệ số giảm ứng suất đối với tang bằng gang

k =1 – hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên tang.[1/tr22]

Với tang được đúc bằng Gang GX 15-32 là loại vật liệu thông thường , phổbiến nhất có giới hạn bền nén là бbn = 565 N/mm2.

- Công suất động cơ phải đủ đảm bảo mở máy với gia tốc cho trước

Đối với cơ cấu nâng: Xác định công suất tĩnh khi nâng vật bằng tải trọngđược tính theo công thức ( 2-78)- [ 1]

N = 60.Q1000.V n .

( KW)Trong đó: Q = 50000 N – tải trọng nâng của cầu trục

Vn = 16 m/ph – vận tốc nâng

 - hiệu suất của cơ cấu bao gồm:

   p t  0 Trong đó:  p = 0,99 – hiệu suất palăng đã tính trên (mục 2).

t = 0,96 – hiệu suất tang, bảng (1-9)- [1].

0 = 0,92 – hiệu suất bộ truyền có kể cả khớp nối, bảng(1-9)- [1]

=> η = 0,99 0,96 0,92 = 0,87

15,32

Tương ứng với chế độ làm việc trung bình ta

chọn sơ bộ động cơ điện AOC2- 72- 8 Theo AL MNC/ tờ 21

Công suất danh nghĩa : Ndc = 18 ( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 700 (vòng/phút)

Hệ số quá tải: max 2,0

Trong đó: nđc = 700 v/ph – số vòng quay danh nghĩa của động cơ,

Với: vn =16 m/ph – vận tốc nâng.

a = 2 – bội suất palăng

D0 – đường kính tang tính đến tâm cáp

D0 = Dt + dc ≈ 0,37 (m)

=> nt = 16.2 27,5

.0,37

  ( vòng/ph )

Vậy tỷ số truyền chung : i0 = 700/27,5= 25,45

2.2.5 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt

Q

0,5Q

0,3Q 0,2t

0,2t 0,6t

47

Q

t

Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải cho trên hình 2.9

Q1 = Q; Q2 = 0,5Q; Q3 = 0,3Q Và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng lượngnày là 3:1:1

Động cơ điện đã chọn các công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu

Hình 2.4 Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng

Để kiểm tra đựơc nhiệt động cơ, ta lần lượt xác định các thông số tính toán trongcác thời kỳ làm việc khác nhau của cơ cấu

S D m M

Với m=2 là số nhánh cuốn cáp trên tang

D Momen trục động cơ khi hạ vật, theo công thức 2-80 [trang 48]

(375

)

(375

)

(

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G t

n m n

m

i i n

i i h

h

m

Trên đây trình bày cách tính toán các thông số cho trường hợp Q1=Q

Các trường hợp Q2; Q3 cũng tương tự, kết quả phép tính các thông số cho cáctrường hợp tải trọng khác nhau được ghi theo bảng dưới đây:

Các thông số cần tính Đơn vị Q1=Q Q2=0,5Q Q3=0,3Q Ghi chú

h m

M

M tb m m t v

2 2

Mm : momen mở máy của động cơ điện, Nm

M n

Kết quả phép tính kiểm tra về nhiệt cho thấy động cơ điện được chọn làAOC2- 72- 4 với CĐ 25%, có công suất danh nghĩa là Ndn = 18Kw hoàn toàn thoảmãn yêu cầu khi làm việc

Phanh được dùng có thể có nhiều loại: phanh đai, phanh một má, phanh hai

má, phanh áp trục, phanh ly tâm … vvv… có thể phanh thường đóng hoặcthường mở, ở đây ta chọn phanh hai má loại phanh thường đóng và được bố trítrên trục động cơ vì những lý do sau :

Loại phanh này có kích thước nhỏ ngọn hơn các loại phanh khác

Lực phanh tác dụng đối xứng lên trục đặt phanh

Đảm bảo đóng mở nhịp nhàng giữa các má phanh với bánh phanh nên độ antoàn sẽ cao hơn cho cơ cấu nâng khi làm việc với tải trọng lớn

Phanh thường đóng làm việc an toàn hơn phanh thường mở, khi có sự cốxảy ra thì phanh vẫn đóng vật nâng ở tư thế treo, không bị rơi đột ngột

Đặt phanh trên trục đông cơ thì mômen phanh nhỏ hơn ở các vị trí khác, do

đó kích thước, trọng lượng của phanh sẽ nhỏ hơn và tính an toàn cũng cao hơn đểchọn phanh làm việc có hiệu quả và an toàn ta dựa vào giá trị momen phanh yêucầu Mph omen phanh của cơ cấu nâng được xác định từ điều kiện giữ vật nâng treo

ở trạng thái tĩnh với hệ số an toàn n

Mph = n Mt ≤ [Mph] 2-2-[2]

Trong đó : n hệ số an toàn của phanh, phụ thuộc vào chế độ làm việc đối với chế

độ làm việc nhẹ : n = 1,5 ; trung bình n = 1,75; nặng n = 2 ; rất nặng n = 2,5 Phanh được đặt trên trục động cơ nên: Momen phanh được tính :

Qua Việc phân tích tính toán ở trên,ta chọn loại phanh má điện xoay chiều,

ký hiệu TKT-300 đảm bảo mômen phanh danh nghĩa vừa đúng Mph=500Nm

Lực đóng phanh được xác định theo công thức 2-34-[1]

P D M ph f l l

.

1 Bánh phanh; 2, 4 Má phanh; 3, 5 Tay đòn phanh; 6 Nam điện;7 Tay đòn của

cơ cấu tạo lực mở phanh; 8 Lò xo tạo phanh; 9 Lò xo phụ; 10 đai ốc nén lòxo;11 Đai ốc dùng khi bảo dưỡng hoặc thay mới má phanh; 12 Đai ốc điều chỉnhhành trình phanh;13 ống bao; 14 Thanh đẩy; 15.Vít hạn chế hành trình phanh Trong đó : D: đường kính bánh phanh D = 300mm

f : hệ số ma sát giữa vật kiệu bánh phanh thép các bon C45 và vật liệulót phanh ; theo bảng 2-8[1]

vậy có thể chọn nam châm điện có các thông số đây:

Momen nam châm hút: Mn = 105,72 Nm

P c   P  ng Trong đó : Pp = 2÷8 Lấy Pp = 5kg

360



N

P 

Trong đó: B Chiều rộng bánh phanh, lấy B=80mm

β0 Góc ôm của má phanh lên bánh phanh

lấy :β0=700

Vậy: 0

.360 3027,51

0,17770

3,14.350.80.

360

N P

D B

N/mm2

Theo bảng: 2-10-[I].Áp suất cho phép [p] = 0,4 N/mm2  P P thỏa mãn

Khe hở lớn nhất giữa má phanh và bánh phanh xác định theo công thức2-35-[I]

với h1 và h2 là khe hở lớn nhất và bình thường của thanh lõi ngang phanh h1=4mm; h2 =2,5mm

Khe hở lớn nhất : 0 , 96

420 2

200 4 2

Max

Khe hở bình thường : 0 , 6

420 2

200 5 , 2 2

2.2.9 Chọn sơ bộ hộp giảm tốc

Theo như phõn tớch và lựa chon phương ỏn dẫn động và bố trớ cơ cấu, bộ truyền sethực hiện dưới dạng hộp giảm tốc khai triển bỏnh răng trụ hai cấp Tiện lợi hơn cả

là chon mua hộp giảm tốc tiờu chuẩn

Căn cứ vào:

+ Tỉ số truyền i0 =25,45

+ Công suất trên trục động cơ: 18 (KW)

+ Tốc độ quay trên trục động cơ: 700 (v/ph)

+ Cụng suất phải truyền với CĐ 25%

Chọn hộp giảm tốc kớ hiệu Ц2У-125 sơ đồ 11 [theo HGTTC/tr5] HGT bỏnh răngtrụ 2 cấp Ц2У được thiết kế có các thông số sau:

+ Kiểu hộp : hộp giảm tốc bỏnh răng trụ răng nghiờng 2 cấp

+ Tổng khoảng cỏch trục aW =aW1+aW2=80+125=205mm;

+ tỷ số truyền : idn=25 ; itt=25,54;

+ Mụ men xoắn trờn trục ra TT=500 N.m

+ Kiểu lắp theo sơ đồ 11 [III/tr5], trục ra và trục vào quay về cựng 1 phớaCác thông số kích thớc của hộp giảm tốc :

Hình 2.7 k t c u h p gi m t cết cấu hộp giảm tốc ấu hộp giảm tốc ộp giảm tốc ảm tốc ốcA

335

A1

125

B165

B1

175H

Chọn nối trục có D = 300mm, momen xoắn chịu được là Mmax =1100Nmm

Momen vô lăng của khớp là (Gi Di2)=20,5Nm2

Momen xoắn lớn nhất mà khớp phải chịu có thể xuất hiện trong hai trường hợpkhi mở máy nâng vật và khi phanh hãm vật đang nâng

a Khi mở máy nâng vật: với hệ số quá tải của động cơ đã xét ở trên

Một phần momen Md tiêu hao trong việc thắng quán tính của các chi tiết

mở máy bên phía trục động cơ (roto động cơ và nửa khớp )còn lại mới truyền quakhớp

Mômen vô lăng nửa khớp bên phía động cơ lấy bằng 40% mômen của cảkhớp

(Gi Di2)khớp= 0,4 20,5 = 8,2 Nm2

Mômen vô lăng các chi tiết máy quay trên giá động cơ

700

n dc

b Khi phanh hãm vật đang nâng

Mômen đặt trên phanh là Mph=286,6Nm Tổng mômen để thắng quán tínhcủa cả hệ thống là :

Mqt=Mph+Mh=286,6+246,65=533,25Nm

Thời gian phanh khi nâng vật :