Đề tài thiết kế tốt nghiệp Thiết kếcầu trục 4 tấn 2013

Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép(dầm chính) liên kết với hai dầm ngang(dầm cuối), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe di chuyển trên hai đường ray song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu thép. Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hóa trong các xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi. Dầm cầu được gọi là dầm chính thường có kết cấu hộp và 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 cuối, trên mỗi dầm cuối có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động và cụm bánh xe 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 ở bất cứ vị trí nào trong không gian phía dưới mà cầu trục bao quát.

Mục Lụ

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN I NHIỆM VỤ - YÊU CẦU – PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 7

1.1 Tổng quan 7

1.2 Nhiệm vụ - yêu cầu thiết kế 7

1.2.1 Nhiệm vụ thiết kế 7

1.2.2 Yêu cầu thiết kế 8

1.2.2.1 Yêu cầu chung 8

1.2.2.2 yêu cầu cụ thể trong tính toán thiết kế cầu trục 9

1.3 Đặc điểm, phân loại cầu trục 10

1.3.1 Một số đặc điểm về cầu trục 10

1.3.2 Phân loại cầu trục 11

1.4.Chọn phương án thiết kế 16

1.4.1 Phân tích, chọn phương án thiết kế 16

PHẦN II CHỌ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ TÍNH TOÁN THÔNG SỐ NÂNG 20

2.1.Chọn thông số cơ bản 20

2.2 Chọn phương án và tính toán cơ cấu nâng 21

2.2.1 Chọn phương án cho cơ cấu nâng 21

2.2.2 Tính toán cho cơ cấu nâng 24

2.2.2.1 Chọn loại dây 24

2.2.2.2 Palang giảm lực 25

2.2.2.3 Kích thước dây 26

2.2.2.4.Tính kích thước cơ bản của tang và ròng rọc 27

2.2.2.5.Tính chọn động cơ điện 30

2.2.2.6.Tỷ số truyền chung 31

2.2.2.7.Kiểm tra động cơ điện về nhiệt 33

2.2.2.8:Tính chọn phanh 37

2.2.2.9 Tính khớp nối: 41

2.2.2.10 Trục tang: 42

2.2.2.11 Móc và ổ móc treo 46

PHẦN III TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON 50

3.1.Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản 50

3.1.1 Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con 50

3.2.Tính cơ cấu di chuyển 50

3.2.1 Tính bánh xe 50

3.2.2 Chọn động cơ điện 53

3.2.3 Xác định tỷ số truyền bộ truyền xe con 56

3.2.4.Tính toán hộp giảm tốc 56

3.2.4.1Phân phối tỷ số truyền 57

3.2.4.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh .58

3.2.4.3Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp chậm 74

3.2.4.4 Tính toán thiết kế trục 91

3.3.Kiểm tra điều kiện bền nhiệt cho cơ cấu di chuyển 99

PHẦN IV 102

TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU 102

4.1 Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản 102

4.1.1 Các mô hình cơ cấu di chuyển cầu: 102

4.2 Tính cơ cấu di chuyển cầu 103

4.2.1 Tính bánh xe và ray 104

4.4 : Tính kết cấu thép của cầu trục 114

4.4.1 Tính dầm chính 114

4.4.1.1 Chọn chất liệu: 114

4.4.1.2 Xác định các tải trọng tác dụng lên dầm chính 114

4.4.1.3 Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra bền 115

Tài liệu tham khảo 120

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng đất nước ngành cơ khí nói chung và ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng là một ngành then chốt trong nên kinh tế quốc dân.Trong chương trình đào tạo kỹ sư thì Đề án kỹ thuật có vai trò rất quan trọngtrong việc mở rộng tầm hiểu biết cũng như rèn luyện khả năng tư duy của người nghiên cứu

Để tổng kết toàn bộ kiến thức đã học và giúp cho sinh viên ý thức được côngviệc của người cán bộ kỹ thuật thì Đề án kỹ thuật là một công việc quan trọng trong quá tình đào tạo mà mỗi sinh viên phải thực hiện

Với đề tài thiết kế tốt nghiệp “Thiết kếcầu trục 4 tấn" mà nhóm em được

giao đã mang lại cho chúng em nhiều điều bổ ích, giúp nhóm em phần nào củng

cố thêm được kiến thức đã tích luỹ trong mấy năm học vừa qua

Trong thời gian làm đồ án, được sự chỉ bảo tận tình của cô giáo hướng dẫn:Trần Thị Phương Thảocùng các thầy cô giáo trong bộ môn, cùng với sự nỗ lực cố gắng của bản thân mỗi thành viên trong nhóm đến nay Đề án kỹ thuật củanhóm em đã được hoàn thành Tuy nhiên vì kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo còn hạn chế cho nên không tránh khỏi những thiếu sót Vậy nhóm em rất mong có sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp, để

Đề án kỹ thuật được hoàn thiện hơn

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn, các thầy giáo cô giáo đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo hướng dẫn nhóm em hoàn thành tốt Đề án kỹ thuật này

Thái Nguyên Tháng 01 Năm 2013 Sinh Viên

Lê Văn Lực

Lê Hùng Phong Trần Đình Nhàn.

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

PHẦN I NHIỆM VỤ - YÊU CẦU – PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1 TỔNG QUAN

Máy nâng chuyển là thiết bị mang vật trực tiếp, dùng để di chuyển đối tượng

từ vị trí này tởi vị trí khác nhằm giảm tối đa sức lao động của con người mà hiệuquả kinh tế cao nhất

Đặc điểm làm việc của các cơ cấu máy nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp lại và có thời gian dừng Chuyển động chính của máylà nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, ngoài ra còn một số các chuyển động khác để dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang Bằng sự phối hợp giữa các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó

Để đáp ứng yêu cầu và đòi hỏi của các ngành công nghiệp khác nhau, kĩ thuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều loại máy nâng vận chuyển mới Tùytheo kết cấu và công dụng, máy nâng chuyển được chia thành các loại: kích, tời, palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục, thang nâng.v.v

Cầu trục là loại máy trục kiểu cầu Loại này di chuyển trên đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, xe con mang hàng di chuyển trên kết cấu thép kiểucầu, cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kì điểm nàotrong không gian của nhà xưởng Cầu trục được tất cả các lĩnh vực của nền kinh

tế quốc dân với các thiết bị nang vật rất đa dạng như máy treo, thiết bị cặp, nam châm điện…

1.2 NHIỆM VỤ - YÊU CẦU THIẾT KẾ.

1.2.1 Nhiệm vụ thiết kế.

Thiết kế là một quá trình sáng tạo, trong quá trình này người thiết kế phải tìm hiểu, đề cập và giải quyết thỏa đáng hàng loạt các yêu cầu khác nhau về phương pháp tính toán, chỉ tiêu khả năng làm việc, công nghệ chế tạo và quy trình lắp ráp, sử dụng, sửa chữa theo nhiều phương pháp khác nhau Nhiệm vụ chính của thiết kế là tìm ra và cụ thể hóa các giải pháp kỹ thuật để từ đó lựa chọn ra phương pháp tối ưu, phù hợp với nhiệm vụ thư thiết kế Cuối cùng là

đưa ra những thông tin về đối tượng thiết kế và từ những thông tin đó có thể 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

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

1.2.2 Yêu cầu thiết kế.

1.2.2.1 Yêu cầu chung.

Mỗi loại máy nâng được cấu thành từ hai bộ phận cơ bản: kết cấu thép và bộphận cơ khí Ngoài hai bộ phận trên còn có phần trang bị điện, các bộ phận điều khiển, các cơ cấu bảo vệ an toàn,…

Phần kết cấu thép có hình dạng, kích thước ngoài khác nhau, phù hợp với không gian, tính chất công việc và đối tượng mà chúng phục vụ cũng như điều kiện kinh tế kỹ thuật khác.Kết cấu thép là xương sống, là bộ phận chịu tải của cảmáy nâng mà trong quá trình làm việc trọng lượng các cơ cấu cơ khí, tải trọng nâng chuyển đến.Các cơ cấu cơ khí được lắp đặt trực tiếp trên bộ phận kết cấu thép và thực hiện chức năng nâng hạ, di chuyển hoặc quay máy nâng, thay đổi tầm với.Người ta phối hợp với các chức năng của các cơ cấu trên để nâng hạ, di chuyển vật trong không gian mà máy nâng có thể thao tác

Bộ phận cơ cấu cơ khí là tập hợp các bộ truyền dẫn động từ động cơ đến bộ công tác.Các bộ phận này có thể là cơ khí, thủy lực, khí nén hoặc hỗn hợp của các loại đó Đại đa số các máy nâng sử dụng truyền động cơ khí mà kết cấu của chúng là: động cơ, hộp giảm tốc, trong đó có các trục, khớp nối, ổ bi, các cặp bánh răng, cáp hoặc xích truyền động, tang cuốn cáp, puli, phanh,… được sắp xếp theo một thứ tự và quy luật truyền động nhất định Tính toán các cơ cấu truyền động là tính toán chức năng của máy (động học, động lực học như là số vòng, tốc độ, phương chiều chuyển động, lực tác động…), sức bền các cơ cấu để

từ đó định ta kích thước hình học, công suất động cơ và các thông số khác nhằm làm cho máy nâng đạt được các yêu cầu kỹ thuật phù hợp với yêu cầu thực tế đòi hỏi đặt ra

Đối với tính toán sức bền nhằm tìm được kích thước của các cơ cấu đặt độ cứng và bền mòn Tính toán bền thường trải qua hai giai đoạn: trước tiên là lựa chọn sơ bộ sau đó là tính chính xác Lựa chọn sơ bộ là mục đích xác định nhanh những kích thước chính theo phương pháp đơn giản và gần đúng Tính toán chi tiết hay tính chính xác nhằm mục đích kiểm tra và điều chỉnh lại kích thước cơ cấu đã lựa chọn sơ bộ.Cách tính này thường dựa vào tính chất mới của vật liệu.

Hư hỏng các cơ cấu máy nâng chủ yếu là do gãy và mòn Việc tính bền chi tiết là phải xác định chính các kích thước để có khả năng cứng vững chống lại các tải trọng tác dụng lên chúng, bảo đảm tuổi thọ của chúng đồng thời bảo đảm tính kinh tế không quá lãng phí vật liệu.Mòn của các chi tiết cơ cấu diễn ra từ từ

và lâu dài Để bảo đảm độ mòn cho phép cần quan tâm tới chất lượng vật liệu vàphương pháp xử lý bề mặt các vật liệu đó phù hợp điều kiện làm việc theo yêu cầu của từng chi tiết, bộ phận và đặt được tuổi thọ của cả máy đã xác định trước

1.2.2.2 YÊU CẦU CỤ THỂ TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU

TRỤC.

Trong tính toán thiết kế cầu trục cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển vật phẩm 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 cảu thiết bị phải là tối ưu nhất

- Kích thước các chi tiết kết cấu của cần trục phải nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo được các tính năng của nó

- Thiết kế phải dễ chế tạo hoặc nằm trong giới hạn tiêu chuẩn là 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 mỗichế độ nâng chuyển

- Phải đảm bảo cho việc bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị được dễ dàng trong những trường hợp cần thiết

- Thiết bị phải đạt tuổi bền cần thiết

1.3 Đặc điểm, phân loại cầu trục

1.3.1 Một số đặc điểm về cầu trục.

Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép(dầm chính) liên kết với hai dầm ngang(dầm cuối), trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe di chuyển trên hai đường ray song song đặt trên vai cột nhà xưởng hay trên dàn kết cấu thép Cầu trục được sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hóa trong các xưởng, phân xưởng cơ khí, nhà kho bến bãi Dầm cầu được gọi là dầmchính thường có kết cấu hộp và 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 cuối, trên mỗi dầm cuối có hai cụmbánh xe, cụm bánh xe chủ động và cụm bánh xe 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 ở bất cứ vị trí nào trong không gian phía dưới mà cầu trục bao quát

Hình 1:.Cầu trục dẫn động điện.

Xét về tổng thể cầu trục gồm có phần kết cấu thép(dầm chính, dầm cuối, sàncông tác, lan can), các cơ cấu cơ khí(cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển cầu và cơ cấu di chuyển xe con) và cá thiết bị điều khiển khác

Dẫn động cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không

thường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao Dẫn động bằng điện cho các loại cầu có tải trọng nâng và tốc độ nâng lớn sử dụng trong các phân xưởng lắp ráp và sửa chữa lớn

Cầu trục được chế tạo với tải trọng tâng từ 1 đến 500 t; khẩu độ dầm cầu đến32m; chiều cao nâng đến 16m; tốc độ nâng vật từ độ vật từ 2 đến 40m/ph; tốc độ

di chuyển xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125m/ph Cầu trục có tải trọng nâng thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật: một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ Tải trọng nâng của loại cầu trục này thường được kí hiệu bằng một phân số với tải trọng nâng chính và phụ,

ví dụ: 15/3 t; 20/5 t; 150/20/5 t; v.v…

1.3.2 Phân loại cầu trục.

Cầu trục được phân loại theo các trường hợp sau:

- 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 yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độlàm việc rất nặng

b Theo kết cấu dầm

Theo kết cấu dầm 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 giàn thép tăng cứng cho dầm cầu, xe con cheo pa lăng

di chuyển phía trên dầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng palăng đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng Nếu nó được trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng

tay, nếu được trang bị palăng điện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng điện.

Hình 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 vị sửa chữa, lắp đặt thiết bị với khối lượng 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

có thể lên tới 10 tấn, khẩu độ đến 30m, gồm có bộ phận cấp điện lưới ba pha

Hình 3:Cầu trục hai dầm.

- Cầu trục hai dầm, kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm gồm có : dầm hoặcdàn chủ 1, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu 7, trên dầm đầu lắp các cụm bánh bánh xe di chuyển cầu trục 6, bộ máy dẫn động 3, bộ máu di chuyển hoạt động sẽ làm 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 cơ điện

Xe con mang hàng 11 di chuyển dọc theo đường ray lắp trên hai dầm (dàn) chủ ; trên xe con đặt các bộ máy của tời chính 10, tời phụ 9 và bộ máy di chuyển

xe con 2, các dây cáp điện 8 có thể co giãn phù hợp với vị trí của xe con và cấp điện cho cầu trục nhờ hệ thanh dẫn điện 12 đặt dọc theo tường nhà xưởng, các quẹt điện 3 pha tỳ sát trên các thanh này, lồng thép làm công tác kiểm tra 13 treodưới dầm cầu trục Các bộ máy của cầu trục thực hiện 3 chức năng : nâng hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cầu trục Sức nâng của cầu trục 2 dầm thường trong khoảng 5÷30 tấn, khi có yêu cầu riêng có thể đến 500 tấn Ở cầu trục có sức nâng trên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng cùng với hai móccâu chính và phụ, tời phụ có sức nâng thường bằng một phần tư (0,25) sức nâng của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn

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

bu lông hoặc hàn

c Theo cách tựa của dầm chính

Theo cách tựa của dầm chính có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo

- Cầu trục tựa là loại cầu trục mà hai đầu dầm của dầm chính tựa lên các dầm cuối, chúng được liên kết với nhau bởi đinh tán hoặc hàn

Hình 4:Cầu trục tựa.

Loại cầu trục này có kết cấu đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên được sử dụng phổ biến Trên hình 4 là hình chung của cầu trục tựa loại một dầm, phần kết cấu thép của gồm dầm cầu 1 có hai đầu tựa lên các dầm cuối

5 với các bánh xe di chuyển dọc theo nhà xưởng Loại cầu trục này thường dùngphương ná dẫn dẫn động chung Phía trên dầm chữ I là khung giàn thép 4 để đảm bảo độ cứng vững theo phương ngang của dầm cầu Pa lăng điện 3 có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển pa lăng Ca bin điều khiển 2 được treo vào phần kết cấu chịu lực của cầu trục

Hình 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 các ray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ dùng trong các trường hợp đặcbiệt cần thiết So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầu dài hơn do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép cảu nhà xưởng, thậm chí

có thể chuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song đồng thời kết cấu thép của cầu trục treo nhẹ hơn so với cầu trục tựa Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơn cầu trục tựa

d Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển.(trình bày trong phần chọn phương án

bố trí).

c 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 7) được dùng chủ yếu trong sửa chữa,

lắp ráp nhỏ và các công việc nâng – chuyển hàng không yêu cầu tốc độ cao Cơ cấu nâng của loại cầu trục này thường là palăng xích kéo tay Cơ cấu di chuyển palăng 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 động bằng tay vẫn được sử dụng có hiệu quả trong các phân xưởng nhỏ

- Cầu trục dẫn động bằng động cơ (hình 1) được dùng chủ yếu trong các

xưởng sửa chữa, lắp ráp lớn và công việc nâng – chuyển hàng theo yêu cầu có tốc độ và khối lớn Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện.Cơ cấu di chuyển palăng điện Cơ cấu di chuyển pa lăng điện, xe con và cầu trục được dẫn động từ động cơ điện Loại cầu trục này được dùng phổ biến nhất do có nhiều

ưu điểm nổi bật là khả năng tự động hóa, thuận tiện cho người sử dụng và có thể

sử dụng trong việc vận chuyển các loại hàng có khối lượng lớn

Hình 6:Cầu trục dẫn động bằng tay.

a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm

f Theo vị trí điều khiển.

Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu (hình 4) và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm ( hình 2) Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho các loại cầu trục một dầm

có tải trọng nâng nhỏ

1.4.Chọn phương án thiết kế

1.4.1 Phân tích, chọn phương án thiết kế.

Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới cầu trục 4 tấnphục

vụ cho việc di chuyển vật phẩm, trước tiên ta phải phân tích chọn sơ đồ kết cấu

cầu trục sao cho phù hợp với mục đích và đặc điểm sản xuất của phân xưởng sau

đó tiến hành chọn phương án thiết kế cho phù hợp, chính xác và đạt hiệu quả cao nhất

a Chọn mô hình thiết kế.

Từ các loại cầu trục trên, qua tìm hiểu thực tế về đặc điểm kết cấu và tính năng kỹ thuật của cầu trục phục vụ trong các phân xưởng tôi thấy loại cầu trục một dầm dạng chữ I có xe con treo pa lăng di chuyển trên cạnh dưới của dầm chữ I là loại phù hợp nhất Loại cầu này có ưu điểm hơn cả vì có kết cấu đơn giản và nhỏ gọn, thích hợp cho việc di chuyển tôn tấm trong các phân xưởng cũng như yêu cầu về tải trọng, làm việc tin cậy, sử dụng đơn giản, thuận lợi cho việc bảo dưỡng thiết bị nếu xảy ra sự cố và đặt hiệu quả kinh tế cao Chính vì vậy tôi chọn loại cầu này để thiết kế

Hình7.Cầu trục thiết kế.

“ Thiết kế cầu trục một dầm với tải trọng nâng 4 tấn” có kết cấu như sau:

- Kết cấu thép: dầm chính 1 chữ I có hai đầu tựa trên hai dầm cuối 5, kết cấudầm cuối gồm hai thanh thép chữ I ghép song song Phía trên dầm chữ I là khung giàn thép 6 có tác dụng làm giá đỡ cho cơ cấu di chuyển cầu đồng thời đảm bảo độ cứng cần thiết theo phương ngang

- Xe con 3 mang pa lăng điện 4 di chuyển trên cạnh dưới của dầm chữ I, cầu trục di chuyển dọc theo nhà xưởng nhờ cơ cấu di chuyển 2

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

- Cầu trục được trang bị thiết bị mang vật là cặp lệch tâm

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

b Chọn phương án thiết kế.

Để thiết kế bất cứ một vấn đề gì việc đầu tiên chúng ta phải xác định ta đi thiết kế cái gì, nó phục vụ mục đích gì và cái ta thiết kế ra có những tính ưu việt hơn so với cái hiện đang có hay không Một vấn đề vô cùng quan trọng đó là ta thiết kế theo phương pháp nào, vấn đề này cần phải được xác định ngay từ đầu trước khi đi thiết kế bất cứ một vấn đề gì Vì nếu không xác định được thiết kế theo phương pháp nào thì có thể thiết kế đó không có tính khả thi và đôi khi là không thể thực hiện

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

Đặc điểm của mỗi phương án thiết kế:

Thiết kế theo mẫu: ưu điểm của phương pháp này là cho phép ta đi thiết kế

một cách nhanh chóng, chúng ta chỉ cần dựa vào mẫu cầu trục có sẵn hoặc thiết

kế mẫu để đi thiết kế cái gần giống với cái ta cần thiết kế Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm của nó đó là chúng ta khó có thể tìm ra được mẫu cầu trục thích hợp hay thiết kế mẫu gần nhất với cái ta cần thiết kế Mặt khác khi đi thiết

kế một vấn đề hoàn toàn mới thì không thể áp dụng phương pháp này được

Thiết kế theo quy phạm: Đây là một trong những phương pháp thiết kế cho

ta đi thiết kế nhanh nhất đảm bảo dư bền vì các quy phạm đặt ra được dựa vào các kinh nghiêm và cách tính dư bền Tuy nhiên phương pháp này không thể áp dụng cho các trường hợp đặc biệt được và các chi tiết thiết kế ra cho ta dư bền

Thiết kế theo số liệu thống kế: Chúng ta thống kê các chi tiết sản phẩm

phân tích lựa chọn xem chi tiết nào hoạt động hiệu quả và gần với thiết kế mình nhất Từ đó cho ta thiết kế chi tiết dựa vào kết quả mới thông kê được

Thiết kế theo tính toán: Đây là một trong những phương pháp cho ta kết quả

chính xác nhất và có tính kinh tế cao, tuy nhiên nó có nhược điểm là khó khăn trong các phương pháp tính toán và đi thiết lập các công thức tính toán

Kết luận: Mỗi phương án thiết kế đều có những ưu điểm và nhược điểm

khác nhau, do đó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn phương án nào cho phù hợp nhất 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 tôi chọn phương án thiết kế tính toán.Vì đây là phương án cho ta kết quả

chính xác nhất, kinh tế nhất và hiệu quả cao nhất

Cụ thể trong tính toán “thiếtkế cầu trục một dầm với tải trọng nâng4 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

- Tính kết cấu thép: tính chọn dầm chính va dầm cuối

- Tính chọn các thiết bị phụ: hệ thống điều khiển, các thiết bị an toàn cơ – điện.v.v

PHẦN II CHỌ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ TÍNH TOÁN THÔNG SỐ NÂNG

2.1.Chọn thông số cơ bản.

Việc lựa chọn các kích thước cơ bản của cầu trục phải căn cứ vào điều kiện làm việc, loại hàng cần bốc dỡ và địa hình của nhà xưởng.v.v… Qua khảo sát thực tế các loại cầu trục phụ vụ việc vận chuyển tại các phân xưởng ta xác định được các thông số cơ bản như sau :

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

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

250,670,50,5512020-2525

Thời gian phục

vu, năm

Ổ lănBánh răngTrục và các chi tiết khác

51015

Thời gian làm

việc trong thời hạn

trên, h

Ổ lănBánh răngTrục và các chi tiết khác

3500700010000

2.2 Chọn phương án và tính toán cơ cấu nâng.

2.2.1 Chọn phương án cho cơ cấu nâng.

Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng là một bộ phận của cầu trục Việc chọn phương án cho cơ cấu nâng để thiết kế cần phải đảm bảo các thông số làm việc 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 lắp đặt, vận hành, an toàn Các chỉ tiêu kinh tế như giá thành, chi phí sản xuất, khấu hao,chi phí bảo dưỡng, sửa chữa.v.v… Các phương án bố trí cho cơ cấu nâng:

Hình8 : Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng dẫn động bằng tay.

Cơ cấu nâng có thể được truyền động băng tay hoặc bằng điện.

Hình9: Pa lăng xích.

Hình10: Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng dẫn động bằng điện

a, b,c- Cấu tạo chung của tời cáp d,e,g,h- Cơ cấu nâng nhiều tốc độ i, f- tời

cáp dùng cho gầu ngoạm

Hình 11 :Một số cơ cấu nâng truyền động bằng điện.

Đối với cầu trục thiết kế phương án bố trí cho cơ cấu nâng được chọn sơ đồ như hình 12 Với phương án này cơ cấu có kích thước tương đối gọn nhẹ cho phép chế tạo từng cụm cơ cấu riêng biệt nên thuận tiện cho việc lắp đặt và đơn giản trong việc chế tạo

Hình 12: Sơ đồ cơ cấu nângCác thông số ban đầu:

Tải trọng nâng: Q= 4 T

Chiều cao nâng: H= 5m

Vận tốc nâng: v = 15 m/ph

Chế độ làm việc của cơ cấu: trung bình

Trọng lượng bộ phận mang vật: cặp lệch tâm và palang thuận, cặp lệch tâm

và palang thuận được chọn theo tiêu chuẩn của liên xô, (atlat) có khối lượng:

Dây cáp được chế tạo từ các sợi thép có thành phần các bon cao gia công bằng phương pháp kéo nguội lèn đi lèn lại nhiều lần do đó giớ hạn bền của các sợi dây thép có thể đạt được 2500N/mm2.

Theo cách bện thép được chia làm:

- Cáp bện đơn:là cáp được bện trực tiếp từ những sợi thép nhỏ đồng tâm theosợi lõi,nó có ưu điểm là nhỏ nhẹ dùng làm cáp tải cho dường cáp vận chuyển trên không,cần treo và làm dây leo các cột trụ đứng

+ Nhưng nó có nhược điểm rất cứng khó uốn qua ròng rọc,khi bị đớt các sợi nhỏ thì cáp nhanh bị rối…

+ Nhược điểm:cáp bện đôi có tiết diện lớn hơn cáp bện đơn trọng lương bản thân tương đối lớn

Hình13b: Cáp bện kép

-Cáp bện ba:là cáp gồm các sợi thép bện thành tao,từ các tao này bện thành cáp đường kính nhỏ,sau đó từ những dây cáp này bện vào nhau quanh sợi lõi mềm thành cáp có đường kính lớn hơn ,do đó nó có ưu điểm là rất thích hợp khi nâng tải trọng lớn Nhưng bên cạnh đó nó có nhược điểm về khả năng uốn không tốt bằng cáp bện đôi do kích thước lớn

Hình13c: Cáp bện ba

-Ngoài ra người ta còn phân biệt theo chiều bện thì co cáp bện xuôi,cáp bện chéo mặc dù hai loại cáp này cũng mềm nhưng nó rễ bị tở khi cáp bi đứt và bị xoắn lại khi để cáp tự do

-Bên cạnh đó cáp còn được phân loại theo cách ghép các sợi thép có đường kính khác nhau để tạo nen diện tích tiếp xúc khác nhau giữa các sợi thép như: cáp có sợi tiếp súc điểm,cá có sợi tiếp súc đường,cáp có sợi tiếp súc điểm và đường,cáp có tao ba cạnh…

Trong các kiểu kết cấu của dây cáp thì kết cấu kiểu  k-P theo tiêu chuẩn của Liên Xô có tiếp xúc đường giữa các sợi thép của các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền 1400  2000 N/mm Vậy ta chọn cáp  k-P kết cấu

6x19 ( 1+ 9+ 9)+7x7(1+6) – Gost 3081-69 lõi, để dễ dàng trong việc thay cáp sau này bị mòn, đứt

2.2.2.2 Palang giảm lực

Trên các cầu lăn dây cáp được cuốn trực tiếp lên tang, cầu lăn phục vụ trong phân xưởng khi cần nâng hạ hạ vật theo chiều thẳng đứng, để tiện lợi trong khi làm việc, do đó ta chon palang đơn có một nhánh dây chạy lên tang Tương ứng với tải trọng cầu trục, theo bảng 2-6, ( 2- tr.25)[I]

Chọn bội suất palang a =2 palang gồm một ròng rọc di chuyển.Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật được xác định theo công thức (2-tr.24)[I]

S = \f(Q,m.a.ηTrong đó:

a=2 bội suất palang

m=1 : Số nhánh cáp cuốn lên tang

Q = Q + Q = 40000 + 10000 = 50000 N

η : Hiệu suất palang

η = \f(, = \f(, =0,98Với :

2.2.2.3 Kích thước dây

Kích thước dây cáp được chọn dựa vào công thức (2-10) [I]

S = s.k = 25510,2.5,5 = 140306,12 (N)Trong đó: S : lực kéo đứt cáp

K=5,5: Hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2-2) –(tr.19)[I] ứng với chế độ làm việc trung bình

Xuất phát từ điều kiện bền theo công thức (2-10), với loại dây đã chọn trên.Với giới hạn bền của sợi  = 1700 N/mm = 170 kg/mm

Theo tiêu chuẩn của Liên Xô, chọn :

Đường kính cáp d =15(mm) có

Sức kéo đứt S = 140306,12N xấp xỉ với lực đứt cáp yêu cầu

[S]=146 kNTrọng lượng 1000m cáp đã bôi trơn = 927,6 kg

2.2.2.4.Tính kích thước cơ bản của tang và ròng rọc

Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc được xác định qua công thức (2-12)-[II]

Hình 15.Các kích thước chiều dài của tang.

L là chiều dài phần tang đẻ kẹp đầu cáp

Chiều dài một nhánh cáp cuons lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H= 5(m) và bội suất palăng a=2

k S t

  -hệ số giảm ứng suất đối với tang bằng gang

K=1-hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên tang.(Trang 44)-[III]

2

1.0,8.25510, 2

64,79( / ) 18.17,5

Tang được đúc bằng thép đúc 20 là loại vật liệu thông dụng thường phổ biếnđối với tang ,có giới hạn bền nén là :

Q v N

Tương ứng với chế độ làm việc trung bình sơ bộ chọn động cơ điện như sau:Chọn sơ bộ động cơ điện AOC2- 62- 8 Tờ 22-[IV].

Công suất danh nghĩa : Nđc = 12,5 ( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: nđc = 660 (vòng/phút)

Hinh 19:Cơ cấu nâng và di chuyển xe con

2.2.2.7.Kiểm tra động cơ điện về nhiệt

Do động cơ nhiệt đã cho có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnhyêu cầu khi làm việc với vật nâng có trọng lượng bằng tải trọng :

(N = 12,5 KW> N = 10,64 KW).Ta kiểm tra về nhiệt đi tiến hành kiểm tra động cơ về nhiệt theo thời gian mở máy khi nâng, hạ với các tải trọng khác

M =

0 ' 0

Q

Nm m

i i n

i i n

i i h

Bảng: Các thông số tương ứng với các trường hợp tải trọng.

M - Momen mở máy của động cơ điện, Nm

Thay các giá trị tương ứng vừa tính được vào công thức trên ta được.trọng

Công suất trung bình bình phương của động cơ được phát ra theo công thức (2-76) - [tr.47].

< N =12,5 KW)-[IV] Vậy động cơ đã chọn là AOC2- 62- 8 Có công suất danh nghĩa

N =12,5 KW là hoàn toàn thỏa mãn trong khi làm việc

2.2.2.8:Tính chọn phanh

Việc lựa chọn phanh để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường và sự an toàn trong quá trình hoạt động của máy nâng là vô cùng quan trọng Đây là một chỉ tiêu đã được TCVN 5863-1995 quy định

Phanh dùng để hãm hoặc điều chỉnh tốc độ cơ cấu, triệt tiêu được động năngcủa các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay Tất cả các cơ cấu máy trục đều phải dùng thiết bị phanh hãm, nhất là các cơ cấu làm việc vận tốc cao Mà trong đó sự an toàn trong quá trình nâng hạ đều phụ thuộc vào hệ thống phanh, do đó cơ cấu nâng của cầu trục phải trang bị thiết bị phanh hãm để đảm bảo độ an toàn Quá trình phanh được thực hiện bằng cách đưa vào cơ cấu lực cản phụ dưới dạng ma sát nảy sinh ra momen phanh

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 hoặc thường mở

Hình 21a : Sơ đồ nguyên lý phanh đai

Đối với cơ cấu phanh đai tuy đơn giản có ưu điểm khi đặt trong những cơ cấu chỉ nâng vật theo một phương (ví dụ như ở tời của giá búa) Nhưng bên cạnh đó việc sử dụng nó sẽ bất lợi cho những cơ cấu đảo chiều (chẳng hạn trong những cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu quay cần trục…vv) Vì vậy đối với cơ cấu đang được tính toán ta không chọn loại phanh này.

Hình 21b : Sơ đồ nguyên lý phanh má

Đối với phanh hai má về mặt cơ cấu phức tạp nhưng nó rất thích hợp dung trong các cơ cấu nâng tải trọng lớn với độ an toàn cao.Nhưng do cơ cấu của ta đang thiết kế nhỏ với tải trọng nâng nhỏ và động cơ liền hộp giảm tốc nên ta không dùng cơ cấu phanh này

Hình 21c : Sơ đồ nguyên lý phanh đĩa điện

Để phanh được nhỏ gọn, ta sẽ đặt phanh ở trục thứ nhất tức là trục động cơ, momen phanh được xác định theo công thức (3-14) - [I]

M = \f(k.Q.D.η,2.a.i

Trong đó k= 1,75 - Hệ số an toàn phanh với chế độ trung bình, bảng (3-2) – (tr.54)-[I]

Q = 50000 N - Tải trọng nâng kể cả bộ phận mang vật.

D = 0,36 m - Đường kính tang tính đến tâm cáp

η = 0,94 - Hiệu suất của cơ cấu

a i



(Nm)Việc lựa chọn phanh để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường và sự an toàn trong quá trình hoạt động của máy nâng là vô cùng quan trọng Đây là một chỉ tiêu đã được TCVN 5863-1995 quy định Đối với palang điện, loại phanh được sử dụng là phanh đĩa điện từ với nhiều mặt ma sát vì có kích thước nhỏ gọn, làm việc tin cậy,với cơ cấu nâng ta đang đi thiết kế thì ta chọn phanh đĩa là hợp lý

Phanh gồm các đĩa ma sát 5 không quay và có thể di chuyển dọc theo chốt dẫn hướng 1 Trên các đĩa 5 có bề mặt ma sát 6 Các đĩa thép 7 không có bề mặt

ma sát lắp bằng then hoa với trục phanh Phanh đóng nhờ lực lò xo 4 ép các đĩa

5 vào các đĩa 7, phanh mở nhờ nam châm điện 3 với ngàm hút 2 gắn cố định trên đĩa 5 Các bề mặt ma sát làm việc trong bể dầu

Hình 22: Phanh đĩa

Với momen phanh là thông số cho trước, các thông số cần xác định gồm

R - Bán kính trong của bề mặt ma sát chọn nhỏ nhất, theo yêu cầu kết cấu của phanh ta chọn