Thiết kế cầu trục phục vụ cho xưởng cơ khí trường đại học nha trang

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 để di chuyển trên hai đường ray song song đặt trên v

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ, tên sinh viên: Nguyễn Kỳ Quang Lớp: 49 ĐT-2

Chuyên ngành: Đóng tàu Mã ngành: 18.06.10

Tên đề tài: Thiết kế Cầu trục phục vụ cho xưởng cơ khí trường Đại

Học Nha Trang

Số trang: 105 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 9

Hiện vật:

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:

Nha Trang, ngày tháng năm 2011 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS Nguyễn Văn Ba

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TN

Họ, tên sinh viên: Nguyễn Kỳ Quang Lớp: 49 ĐT -2

Chuyên ngành: Đóng tàu Mã ngành: 18.06.10

Tên đề tài: Thiết kế cầu trục phục vụ cho xưởng cơ khí của trường Đại

Học Nha Trang

Số trang: 91 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 9

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện:

Nha Trang, ngày tháng năm 2011 CÁN BỘ PHẢN BIỆN Nha Trang, ngày tháng năm 2011

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

MỤC LỤC

Trang

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

LỜI NÓI ĐẦU ix

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ 1

TỔNG QUAN 2

1.1.Thực trạng và khó khăn của xưởng 2

1.1.1 Thực trạng của xưởng .2

1.1.2.Công việc và khó khăn của xưởng 3

1.2 Đặt điểm bố trí nhà xưởng cơ khí của trường đại học Nha Trang .8

1.2.1 Sơ đồ nhà xưởng 8

1.2.2 Lựa chọn phần làm việc của cầu trục 8

CHƯƠNG ii CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 9

2.1 Đặc điểm và phân loại cầu trục 10

2.1.1 Đặc điểm .10

2.1.2 Phân loại cầu trục 11

2.2 Chọn phương án thiết kế .19

2.2.1 Phân tích,chọn phương án thiết kế 19

2.3 Chọn các thông số thiết kế .23

CHƯƠNG III THIẾT KẾ CẦU TRỤC 25

3.1 Chọn phương án thiết kế và tính cơ cấu nâng .26

3.1.1 Chọn phương án cho cơ cấu nâng 26

3.1.2 Tính cơ cấu nâng 27

3.1.2.1 Chọn loại dây .27

3.1.2.2 Palăng giảm lực 28

3.1.2.3 Kích thước dây .30

3.1.2.4 Tính kích thước của tang và ròng rọc .30

3.1.2.5.Chọn hình thức dẫn động: 32

3.1.2.6 Xác định công suất yêu cầu: 32

3.1.2.7 Tỷ số truyền chung 34

3.1.2.8 Kiểm tra động cơ điện 34

3.1.2.9 Tính toán chọn phanh 36

3.1.2.10 Thiết kế bộ truyền 39

3.1.2.11 Chọn Móc Câu và puli gắng cáp 41

3.1.2.12 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng .43

3.2 Tính cơ cấu di chuyển xe con 48

3.2.1 Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản .48

3.2.2 Tính cơ cấu di chuyển 49

3.2.2.1 Tính bánh xe 49

3.2.2.2 Chọn động cơ điện .51

3.2.2.3 Xác định tỷ số truyền bộ truyền hở 55

3.2.2.4 Thiết kế bộ truyền hớ, bánh răng trụ - thẳng (theo tiêu chuẩn) .55

3.3.1 Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản .63

3.3.2 Tính cơ cấu di chuyển cầu 64

3.3.2.1 Tính bánh xe và ray 64

3.3.2.2 Chọn động cơ điện 65

3.3.2.3 Tỷ số truyền chung 67

3.3.2.4 Kiểm tra động cơ điện về mômen mở máy 67

3.3.2.5 Tính chọn phanh 68

3.3.2.6 Thiết kế bộ truyền 69

3.3.2.7 Tính bánh xe và ray 77

3.3.2.8 Tính trục truyền 79

3.3.2.9 Chọn khớp nối giữa trục hộp giảm tốc với trục truyền 79

3.4.Tính kết cấu thép cầu trục .79

3.4.1 Tính dầm chính 80

3.4.1.1 Chọn vật liệu .80

3.4.1.2 Xác định các tải trọng tác dụng lên dầm chính 80

3.4.1.3 Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra bền 81

3.4.2 Tính dầm cuối .85

3.4.2.1 Chọn vật liệu cho dầm cuối: 85

3.4.2.2 Xác định các tải trọng tác dụng lên dầm cuối 85

3.4.2 3 Chọn kết cấu dầm cuối và kiểm tra bền 85

3.5 Thiết kế hệ thống điều khiển .87

3.5.1 Khái niêm chung 87

3.5.2 Hệ thống dây dẫn và các thiết bị bảo vệ 88

3.5.2.1 Hệ thống dây dẫn cung cấp điện cho cầu trục 88

3.5.2.2 Các thiết bị bảo vệ 88

3.5.3 Thiết kế mạch điều khiển cho các cơ cấu công tác 89

3.5.3.1 Mạch điều khiển cơ cấu nâng: 89

3.5.3.2 Mạch điều khiển cơ cấu di chuyển xe con và di chuyển cầu 90

3.6.Thiết kế các thiết bị an toàn cơ- điện cho cầu trục 93

3.6.1 Thiết bị hạn chế chiều cao nâng .93

3.6.2 Thiết bị hạn chế tải trọng nâng 94

3.6.3 Thiết bị giới hạn hành trình di chuyển và giảm chấn 94

CHƯƠNG IV HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT VÀ SỬ DỤNG CẦU TRỤC 96

4.1.HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT VÀ SỬ DỤNG CẦU TRỤC 97

4.1.1 Hướng dẫn lắp đặt 97

4.1.1.1 Lắp đặt ray cầu trục trong nhà xưởng .97

4.1.1.2 Lắp đặt cầu trục 98

4.1.2 Hướng dẫn sử dụng 101

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 103

5.1 KẾT LUẬN 104

5.2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Các số liệu về chế độ làm việc các cơ cấu của cầu trục. 24

Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của động cơ điên không đồng bộ 3 pha

kiểu kín, roto chập mạch đúc nhôm 33

Bảng 3.2 Áp suất cho phép [p] N/mm2 đối với phanh áp trục: 38

Bảng 3.3: Bảng phân phối tỷ số truyền cho hộp giảm tốc. 40

Bảng 3.4: Bảng thông số kỹ thuật hộp giảm tốc 41

Bảng 3.5: Bảng thông số kỹ thuật của móc cẩu. 41

Bảng 3.6: Bảng thông số kỹ thuật của puli. 42

Bảng 3.7: Các thông số của khớp nối răng 48

Bảng 3.8: Trị số tiêu chuẩn. 50

Bảng 3.9: Các thông số kỹ thuật của động cơ điên không đồng bộ 3 pha kiểu kín, roto chập mạch đúc nhôm 54

Bảng 3.10: Bảng phân phối tỷ số truyền cho hộp giảm tốc 56

Bảng 3.11: Các thông số kỹ thuật của động cơ điện không đồng bộ 3 pha

kiểu kín, roto lồng sóc 66

Bảng 3.12 Giá trị thông số động – động lực học các cấp của hệ truyền dẫn. 70

Bảng 3.13 Các thông số của ray KP70. 78

Bảng 3.14 Hệ số m 78

Bảng 3.15 Các thông số của thép N070. 82

Bảng 3.16 Các thông số của thép N020. 85

Bảng 4.1 Các thông số của ray KP70. 97

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1: Bánh răng của máy đang gia công khối lượng 0,2 tấn 3

Hình 1.2: Máy cắt tôn 4

Hình 1.3: Các chi tiết máy tháo rời để sửa chữa 5

Hình 1.4: Các chi tiết máy phế liệu để tái sửa chữa 5

Hình 1.5: Các máy móc hư hỏng làm vật liệu cho xưởng 6

Hình 1.6: Ba lăng kéo tay 6

Hình 1.7: Máy tiện ở xưởng 7

Hình 2.1 Cầu trục dẫn động điện .10

Hình 2.2: Cầu trục một dầm 12

Hình 2.3: Cầu trục hai dầm .13

Hình 2.4: Cầu trục hai dầm .14

Hình 2.5: Cầu trục treo 15

Hình 2.6: Các phương án dẫn động cho cơ cấu cầu trục .16

Hình 2.7: Cầu trục dẫn động bằng tay .18

Hình 2.8: Mô hình cầu trục thiết kế 21

Hình 3.1: Sơ đồ cơ cấu nâng .26

Hình 3.2: Sơ đồ cơ cấu nâng cầu trục của hãng HiTaChi 27

Hình 3.3: Sơ đồ ròng rọc 29

Hình 3.4: Tang cuốn cáp 31

Hình 3.5: Phanh đĩa 37

Hình 3.6: Sơ đồ hộp giảm tốc .39

Hình 3.7: Hình kích thước móc cẩu tiêu chuẩn 41

Hình 3.8: Hình puli tiêu chuẩn 42

Hình 3.9 Cặp cáp trên tang 43

Hình 3.10: Sơ đồ tính trục tang .44

Hình 3.11: Biểu đồ mômen .45

Hình 3.12: Kết cấu trục tang .46

Hình 3.13: Kết và thông số của khớp nối tiêu chuẩn 48

Hình 3.14: Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con 49

Hình 3.15 Trục và bánh xe của cơ cấu di chuyển .50

Hình 3.16: Lực cản do ma sát thành bên 53

Hình 3.17: Xe lăn trên dầm chữ I 53

Hình 3.18: Mô hình cơ cấu di chuyển xe con 55

Hình 3.19: Sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu 63

Hình 3.20: Sơ đồ tải trọng tác dụng .64

Hình 3.21: Sơ đồ hộp giảm tốc .70

Hình 3.22: Bánh xe và ray 78

Hình 3.23 Mặt cắt thép I .81

Hình 3.24: Biên dạng gờ dưới của dầm 84

Hình 3.25: Đồ thị hệ số k1,k2,k3 do ảnh hưởng của uốn cục bộ .84

Hình 3.26: Sơ đồ tính lực tác dụng lên dầm cuối tại tiết diện I- I 86

Hình 3.27: Sơ đồ tính dầm cuối .86

Hình 3.28: Thiết bị thu nhả cáp tự động .88

Hình 3.29 Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu nâng 91

Hình 3.30: Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu di chuyển xe con và cầu trục .92

Hình 3.31 Bộ hạn chế chiều cao nâng 93

Hình 3.32 Bộ hạn chế tải trọng .94

Hình 3.33 Thiết bị giới hạn hành trình .94

Hình 3.34 Thiết bị giảm chấn

Hình 4.1: Sơ đồ ray 97

Hình 4.2: Cơ cấu balăng 98

Hình 4.3: Cơ cấu di chuyển xe con 99

Hình 4.4: Kết cấu dầm cuối 100

Hình 4.5: Kí hiệu các nút điều khiển .101

LỜI NÓI ĐẦU

Máy nâng chuyển là loại máy chuyên dùng để xếp dỡ, nâng hạ vật, di chuyển vật có tải trọng lớn theo mục đích người sử dụng Máy nâng chuyển không thể thiếu trong các ngành công nghiệp nặng, xây dựng và quốc phòng…Máy nâng chuyển là phương tiện vận chuyển không thể thiếu trong nền kinh tế quốc dân Vì vậy việc tìm hiểu và thiết kế máy nâng chuyển là không thể thiếu đối với các kỹ sư ngành cơ khí nói chung

Do vậy cuối khóa em đã nhận đề tài: “Thiết kế cầu trục phục vụ cho xưởng

cơ khí trường đại học Nha Trang’’

Nội dung chính bao gồm các phần sau:

Nha Trang, ngày……tháng……năm 2011

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Kỳ Quang

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ

TỔNG QUAN

1.1.Thực trạng và khó khăn của xưởng

1.1.1 Thực trạng của xưởng

Xưởng Thực tập Cơ khí được thành lập năm 1968 tại nơi sơ tán của Trường

ở Thôn Tử cầu xã Tiên Tiến, huyện Yên Mỹ, tỉnh Hưng Yên Năm1969 chuyển đến Thôn Đông Khúc Xã Vĩnh Khúc, huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên Năm 1970 chuyển đến Xã Trâu Quì, huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội Năm 1971 chuyển về

Xã Trưng Trắc, huyện Văn Lâm, Tỉnh Hưng Yên (Chợ Đường Cái)

Năm 1977 chuyển vào thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hoà Từ năm 1972 đến 1990 Xưởng được tách thành đơn vị trực thuộc Trường, năm 1991 đến nay thuộc Khoa Cơ khí Nhân lực hiện nay gồm có 3 giáo viên dạy nghề và một số nhân viên kỹ thuật đều là những nguồn nhân lực chủ chốt của xưởng

Xưởng TT Cơ khí được thành lập sau 2 năm kể từ khi Trường Đại học Thuỷ sản tách ra từ Trường Đại học Nông Nghiệp Trang thiết bị không được trang bị đồng bộ nên phải mua sắm bổ sung dần hàng năm, từ chỗ ban đầu chỉ có: 2 máy Tiện, 1 máy Hàn, 1 máy Mài, 1 máy Khoan và một số dụng cụ Rèn, Nguội Qua nhiều năm được bổ sung cơ sở vật chất máy móc trang thiết bị đến nay Xưởng TT

Cơ khí đã có 4 phân Xưởng:

- Phân xưởng gia công cơ Tiện – Phay- Bào…

- Phân xưởng Hàn…

- Phân xưởng Rèn- Dập

- Phân xưởng Nguội

Hàng năm Xưởng tổ chức hướng dẫn thực tập Cơ khí cho SV các ngành kỹ thuật của Trường Xưởng đã hướng dẫn thực tập Cơ khí cho SV từ Khoá 8 đến nay Cùng với sự phát triển nhanh về qui mô đào tạo của nhà trường, hàng năm số lượng

SV đến thực tập tại Xưởng ngày càng tăng Hiện nay mỗi năm Xưởng tiếp nhận từ

10 đến 12 lớp (Khoảng 500 đến 600 SV) đến thực tập Cơ khí và thực tập chuyên ngành Chế tạo máy

Tổ chức các lớp bồi dưỡng, sát hạch và cấp chứng chỉ các bậc thợ Cơ khí cho Công nhân đang làm việc tại các Cơ quan, Xí nghiệp

Ngoài nhiệm vụ chính là hướng dẫn thực tập cho SV, Xưởng đã phối hợp với cán bộ, giáo viên trong trường thực hiện một số đề tài nghiên cứu khoa học, chế tạo các dụng cụ thiết bị cho các đề tài khoa học và cho các phòng thí nghiệm của nhà trường

1.1.2.Công việc và khó khăn của xưởng

Xưởng cơ khí trường đai học Nha Trang ngoài những công việc phục vụ cho trường ngoài ra xưởng còn hợp tác với nhiều công ty như: Công ty Cổ phần Dệt may Nha Trang thuộc Tổng công ty Dệt may Việt Nam Địa chỉ: Xã Vĩnh Phương, thành phố Nha Trang Công ty Cổ phần Xi măng Hòn Khói – Sở Công nghiệp Khánh Hòa….Với mục đích: liên kết sửa chữa và chế tạo các thiết bị máy móc có khối lượng nhỏ thuộc lĩnh vực cơ khí

Xưởng thường xuyên nhận gia công các phôi: có khối lượng từ 0,5 đến 1 tấn theo đơn đặt hàng các công ty bên ngoài

Hình 1.1: Bánh răng của máy đang gia công khối lượng 0,2 tấn

Khi xưởng cần bổ sung máy móc để phục vụ cho việc giảng dạy, vì không gian nhà xưởng có giới hạn nên cần phải sắp xếp lại máy móc trong nhà xưởng phù hợp cần phải có thiết bị chuyên dùng để di chuyển các chi tiết máy Nên xưởng cần

bố trí 1 cầu trục

Hình 1.2: Máy cắt tôn

Xưởng mới bổ sung thêm máy chấn tôn và máy cắt tôn công suất lớn: Khối lượng tôn đưa vào máy để cắt từ 2 đến 4 tấn dùng rùa cắt thành những khổ nhỏ đưa vào máy cắt, cắt xong rồi đưa vào máy chấn, chấn thành sản phẩm như vậy cần phải

có một cầu trục có khối lượng nâng khoảng 0,5 đến 2 tấn tôn để thuận tiện hơn trong việc cắt và chấn tôn

Quá trình làm việc của nhà xưởng các máy móc trong xưởng thường xuyên được kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ Vì các bộ phận chi tiết máy có khối

lượng lớn (ở xưởng hiện có máy dập NIAGANA AF 5 ½ chi tiết lớn nhất là bánh

răng có khối lượng 1,5 tấn) mỗi lần tháo máy để bảo dưỡng hoặcs sửa chữa vì không có thiết bị nâng chuyên dùng nên rất khó khăn trong việc tháo lắp

Hình 1.3: Các chi tiết máy tháo rời để sửa chữa

Xưởng thường nhập các máy móc hư hỏng bên ngoài về tái chế tạo ra thiết bị mới để phục vụ cho xưởng Các vật liệu có khối lượng từ 0,01 đến 1 tấn

Hình 1.4: Các chi tiết máy phế liệu để tái sửa chữa

Hình 1.5: Các máy móc hư hỏng làm vật liệu cho xưởng

Để di chuyển các vật liệu này đến máy để tái chế và sửa chữa xưởng dùng balăng tay có chân đế di chuyển dọc theo nhà xưởng, thường nâng vật ở tư thế cố định tầm với hẹp, không di chuyển dọc xưởng khi nâng vật hiệu quả rất thấp Nên không thể dùng sức người để tháo lắp được, nếu dùng balăng thì hiệu quả công việc

không cao

Hình 1.6: Ba lăng kéo tay

Các máy móc trong xưởng và các vật dụng chuyên dùng trong gia công và giảng dạy tương đối nhiều như máy cắt kim loại, máy mài…Máy tiện: cần phải di chuyển khi bố trí lại xưởng và vệ sinh

Máy tiện ở xưởng tương đối nhiều dùng để gia công các phôi có khối lượng lớn đặc biệt là bánh răng, cần phải có thiết bị nâng để gá đặt bánh răng, cân chỉnh trong gia công, ngoài ra máy tiện dùng để phục vụ công việc giảng dạy cho sinh viên

Hình 1.7: Máy tiện ở xưởng

Xưởng hiện tại chưa có thiết bị nâng hạ nên còn có nhiều hạn chế trong việc chế tạo và vận chuyển các trang thiết bị máy móc có khối lượng lớn và công việc của xưởng tương đối lớn

Vật dụng dùng để di chuyển các máy móc trong xưởng hiện nay chủ yếu là palăng Palăng có năng suất nâng thấp, tốc độ nâng chậm hiệu quả kinh tế thấp

Qua quá trình thực tế ở xưởng tôi thấy khối lượng công việc của xưởng không lớn chủ yếu là phục vụ trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học Xưởng thực tập cơ khí của trường đại học cần phải bố trí một cầu trục có tải trọng nâng 3 tấn để phục vụ cho quá trình giảng dạy, nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất các trang thiết bị phục vụ cho trường

1.2 Đặt điểm bố trí nhà xưởng cơ khí của trường đại học Nha Trang

1.2.1 Sơ đồ nhà xưởng

- Chiều dài : 42 m

- Chiều rộng : 18 m

- Chiều cao : 8 m

1.2.2 Lựa chọn phần làm việc của cầu trục

Qua việc khảo sát thực tế và bản vẽ thiết kế nhà xưởng cơ khí của trường đại học Nha Trang chọn không gian làm việc của cầu trục:

CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CẦU TRỤC

2.1 Đặc điểm và phân loại cầu trục

2.1.1 Đặc điểm

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 để 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 hoá 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 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 va 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 2.1 Cầu trục dẫn động điện

Xét về tổng thể cầu trục gồm có phần kết cấu thép, các cơ cấu cơ khí và các 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 trục 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 nâng từ 1 đến

500 t; khẩu độ dầm cầu đến 32m; chiều cao nâng đến 16m; tốc độ nâng vật từ 2 đến

40 m/ph; tốc độ di chuyển xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/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 ký 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

2.1.2 Phân loại cầu trục

- 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 độ làm việc rất nặng

b Theo kết 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 di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I hoặc mang cơ cấu nâng 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 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

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 khối

lượng công việc ít, sức nâng của cầu trục loại này thường ở khoảng 0,5 đến 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 30 m, gồm có bộ phận cấp điện lưới ba pha

Hình 2.3: 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 bánh xe di chuyển cầu trục (6), bộ máy dẫn động (3), bộ máy 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 là 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 dãn 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) treo dưới 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 hai dầm thường trong khoảng 5 đến 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 móc câu 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 cầu trục hai dầm thường được làm dưới dạng hộp và liên kết với các dầm chính bằng bulông hoặc hàn

Hình 2.4: Cầu trục hai dầm

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 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 2.5 là hình chung của cầu trục tựa loại một dầm phần kết cấu thép 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 dùng phương án 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.Palăng điện (3) có thể chạy dọc theo cánh thép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng Ca bin điều khiển (2) được treo vào phần kết cấu chịu lực của cầu trục

biệt 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 của 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 Dầm chính của cầu trục treo thường là dầm thép chữ I và dùng Palăng điện chạy dọc theo dầm cầu để nâng hạ vật

d Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển

Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu, cầu trục có các loại cầu trục dẫn động chung và cầu trục dẫn động riêng

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

Hình 2.6: Các phương án dẫn động cho cơ cấu cầu trục

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 nhờ các trục

truyền Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh và quay trung bình (hình

2.6 a, b, c) Ở phương án dẫn động riêng (hình 2.6 d) mỗi bánh xe hoặc cụm bánh

xe chủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động Cơ cấu dẫn động chung với trục

truyền quay chậm (hình 2.6 a) gồm động cơ điện (1) và hộp giảm tốc Các phương

án dẫn động (2) và các đoạn trục truyền (3) nối với nhau và nối với trục ra của 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 thước rất lớn, đặc biệt khi cầu trục có tải trọng nâng và khẩu độ dầm lớn Các đoạn trục truyền có thể là trục đặc hoặc trục rỗng So với trục đặc tương đương, trục rỗng có trọng lượng nhỏ hơn 15% – 20% Phương án này được sử dụng tương đối phổ biến trong 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 động chung với trục truyền quay trung bình (hình 2.6 b) có trục

truyền (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 thước của chúng cũng nhỏ hơn

- Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay nhanh (hình 2.6 c)

có trục truyền (2) được nối trực tiếp với trục động cơ và vì vậy nó có đường kính nhỏ 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 2.6 d) gồm hai cơ cấu như nhau dẫn

động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đặc biệt Công suất mỗi động cơ thường lấy bằng 60% tổng công suất yêu cầu Phương án này tuy có sự xô lệch dầm 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 là trong những cầu trục có khẩu độ trên 15m

sử dụng có hiệu quả trong các phân xưởng nhỏ

Cầu trục dẫn động bằng động cơ, (hình 2.7) được dùng chủ yếu trong các

phân xưởng sửa chữa, lắp ráp lớn và công việc nâng- chuyển hàng yêu cầu có tốc độ

và khối lượng lớn Cơ cấu nâng của loại cầu trục này là palăng điện Cơ cấu di chuyển palăng điện, xe con và cầu trục cũng 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 hoá, thuận tiện cho người sử dụng và có thể sử dụng trong việc vận chuyển các loại hàng có khối lượng lớn

Hình 2.7: Cầu trục dẫn động bằng tay

Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho các loại cầu trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ

Vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu và cầu trục điều khiển từ dưới nền nhờ hộp nút bấm tùy theo không gian và môi trường làm việc

2.2 Chọn phương án thiết kế

2.2.1 Phân tích,chọn phương án thiết kế

Để đáp ứng yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới “cầu trục phục vụ cho

xưởng cơ khí của trường đại học Nha Trang” 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 palăng 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 tiện cho việc bảo dưỡng thiết

bị nếu xảy ra sự cố và đạt hiệu quả kinh tế cao Chính vì vậy tôi chọn loại cầu này

để thiết kế

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

Sơ đồ bố trí cầu trục trong nhà xưởng:

Hình 2.8: Mô hình cầu trục thiết kế

Kết cấu loại cầu trục: Có một dầm số (1) chữ I là dầm chính có hai đầu tựa vào dầm cuối (5) Dầm cuối (5) có hai thanh thép chữ I ghép song song với nhau Phía trên dầm chữ I là một khung dàn thép 6 làm giá đỡ cho cơ cấu duy chuyển và đông thời đảm bảo độ bề theo phương ngang

Xe con (3) mang balăng điện (4) duy chuyển trên cạnh (4) của dầm chữ I Cầu trục duy chuyển dọc theo nhà xưởng nhờ vào cơ cấu duy chuyển (2) nhận lực

từ động cơ điện (3)

Phương án dẫn động: dùng động cơ điện cho mỗi cơ cấu dẫn động

Cầu trục mang vật bằng trang thiết bị là móc cẩu 1 puli và cáp

b.Chọn phương án thiết kế

Trước khi ta chọn một phương án thiết kế 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 được Khi thiết kế ra thì phải đạt yêu cầu sau:

- Phải phục vụ tốt cho việc di chuyển máy móc, phôi… 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 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 thọ cần thiết

Để đạt được mục đích và yêu cầu đặt ra thì ta phải đi lựa chọn phương án thiết kế phù hợp nhất Hiện nay có những phương án thiết kế sau:

- Thiết kế theo mẫu

- Thiết kế theo Quy Phạm

- Thiết kế theo số liệu thống kê

- Thiết kế theo tính toán

- Thiết kế bằng phần mềm

Đặt điểm của các phương án thiết kế:

Thiết kế theo mẫu: Phương án thiết kế này ưu điểm của nó giúp ta thiết kế

nhanh chóng theo mẫu đã có sẵn hoặc đi thiết kế cái mới gần giống với mẫu đã có sẵn Nhưng nhược điểm là khi đi thiết kế chúng ta khó tìm được mẫu gần giống với cái mà ta đi thiết kế Khi đi thiết kế hoàn toàn mới một cầu trục nào đó thì không áp dụng được phương pháp này

Thiết kế theo Quy Phạm: đây là phương pháp mà quy phạm đã có săn nhưng

tiêu chuẩn ta đi thiết kế nhanh bằng cách chọn theo phương pháp dư bền Tuy nhiên

phương pháp này không thể áp dụng được đối với những trường hợp đặc biệt và các chi tiết thiết kế ra cho ta dư bền

Thiết kế theo số liệu thống kê: 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 vừa mới thống kê được

Thiết kế theo tính toán: Đây là một trong bốn 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

Thiết kế tối ưu bằng phần mềm: Đây là phương pháp thiết kế mới thiết kế

một cách nhanh chóng nhờ vào phần mềm của máy tính Đây là phương pháp tính hiệu quả nhanh chóng cái mà ta cần thiết kế

Kết luận: Mỗi phương án thiết kế đều có những ưu, nhược điểm khác nhau,

do đó trong tính toán thiết kế ta phải lựa chọn phù hợp 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 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 một dầm với tải trọng nâng 1 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 = 3T

- Chiều cao nâng: H = 6 m

Tương ứng với chế độ làm việc nhẹ ta có:

Bảng 2.1: Các số liệu về chế độ làm việc các cơ cấu của cầu trục

- Số lần mở máy trong một giờ, m

- Số cho kỳ làm việc trong một giờ, ack

- Nhiệt độ môi trường xung quanh, t0C

15 0,33 0,25 0,55

CHƯƠNG III THIẾT KẾ CẦU TRỤC

THIẾT KẾ CẦU TRỤC

3.1 Chọn phương án thiết kế và tính cơ cấu nâng

3.1.1 Chọn phương án cho cơ cấu nâng

Trong quá trình làm việc cơ cấu nâng là một bộ phận vô cùng quan trọng của cầu trục Việc chọn phương án cho cơ cấu nâng để thiết kế cần phải phải chú ý đảm bảo các thông số kỹ thuật 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

Đối với cầu trục thiết kế phương án bố trí cho cơ cấu nâng được chọn có sơ

đồ (hình 3.1) 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 hoặc lựa chọn theo tiêu chuẩn để lắp đặt

Hình 3.1: Sơ đồ cơ cấu nâng

1 Gối đỡ 2 Tang

3 Khớp nối

4 Hộp giảm tốc

5 Động cơ điện

6 Phanh

Hình 3.2: Sơ đồ cơ cấu nâng cầu trục của hãng HiTaChi

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 (5) bao gồm cả hộp gảm tốc (4) và phanh (6), khớp nối vòng đàn hồi (3), tang cuốn cáp xẻ lãnh (2), ngoài ra còn có các bộ phận khác như dây cáp, móc cẩu và ròng rọc đỡ

Các thông số ban đầu:

- Tải trọng nâng: Q = 3 T = 30000N

- Chiều cao nâng: H = 6 m

- Tốc độ nâng vật: Vn =10 m/ph

- Chế độ làm việc của cơ cấu: Nhẹ

- Trọng lượng bộ phận mang vật: móc cẩu và palăng thuận được chọn theo tiêu chuẩn của Liên Xô, (atlat) có khối lượng:

Dây mềm có tiết diện mặt cắt ngang rất nhỏ so với chiều dài Dây mềm chịu uốn theo các hướng khác nhau

Chọn cáp thép làm thiết bị liên kết giữa vật nâng với thiết bị nâng hạ Cáp thép được cấu tạo từ những sợi dây thép con có độ bền kéo lên tới 1800N/mm2 có đường kính từ 0,2mm đến 1mm

Trong kết cấu dây cáp thép ta chọn cáp thép theo tiêu chuẩn của Liên Xô cáp thép ΛK – 06 x 19 (ΓOC3077 − 55) Cáp thép theo tiêu chuẩn, phổ biến rộng rãi dễ dàng thay đổi và tính chọn cho cơ cấu

3.1.2.2 Palăng giảm lực

Palăng giảm lực là thiết bị nâng được treo trên cao, gồm một cơ cấu nâng, trong nhiều trường hợp còn trang bị thêm cơ cấu di chuyển trên các dầm Có kích thước nhỏ gọn không phức tạp, trọng lượng bản thân nhẹ Dẫn động Balăng thường bằng tay hoặc điện, cũng có dẫn động bằng khí nén

Để trạng bị cho cầu trục thiết kế phục vụ xưởng cơ khí của trường tôi chọn balăng dẫn động bằng điện có trang bị thêm cơ cấu di chuyển trên ray Palăng điện

có ưu điểm trọng lượng nhỏ, kết cấu gọn, độ tin cậy cao, chi phí bảo dưỡng, sửa chữa thấp, dễ thay thế các chi tiết hư hỏng, dễ sử dụng, hiệu suất cao Palăng điện

sử dụng như một máy độc lập trong cầu trục có trang bị thêm cơ cấu di chuyển

Palăng có hai loại: palăng đơn và ba lăng kép:

Pa lăng đơn là loại ba lăng chỉ có một nhành cáp cuốn lên tang Palăng đơn

có hai loại palăng đơn loại 1 và loại 2

Palăng kép là loại palăng có hai đầu cuốn cáp lên tang Palăng kép xem như hai pa lăng đơn hợp thành

Tôi chọn palăng đơn loại 2: trên các cầu lăn, dây cáp được cuốn trực tiếp lên tang; cầu lăn phục vụ trong phân xưởng khi cần nâng hạ vật theo chiều thẳng đứng,

để tiện lợi trong khi làm việc; do đó ta chọn palăng đơn có một nhánh dây chạy lên tang Tương ứng với tải trọng cầu trục

Chọn bội suất palăng a = 2 Palăng gồm một ròng rọc di chuyển

Hình 3.3: Sơ đồ ròng rọc

Lực căng lớn nhất của cáp: theo công thức 1.13 máy và thiết bị nâng chuyển

k a m

Q S

p 2

0 max

. η

Trong đó:

a = 2: là bội suất balăng

m = 1 – số nhánh cáp cuốn lên tang

98 , 0 ) 98 , 0 1 ( ) 1 (

a

t n

Với: t = 0 ; là số ròng rọc đổi hướng

λ= 0,98 ; là hiệu suất palăng

⇒S 1 , 5 22784 , 1N

99 , 0 2 1 30075

3.1.2.3 Kích thước dây

Kích thước dây cáp:

Sd = Smax k = 22784,1.5 = 113920,5 N Với: k =5÷ 10: Hệ số an toàn, chọn k = 5

Đường kính cáp: dc = 14 (mm)

Sợi cáp: Lõi: 1,2 (mm)

Lớp I: 0,6(mm) Lớp II: 1,1 (mm) Diện tích tiết diện ngang: S = 73,36 (mm2)

Trọng lượng 100 m cáp Q = 68,39 kg

Kiểm tra bền cáp:

Có thể kiểm tra độ bền cáp bằng phương pháp thử lại hệ số dự trữ thực tế:

518

,51,22784

11800max

3.1.2.4 Tính kích thước của tang và ròng rọc

Đường kính tang xẻ rảnh xác định theo công thức (1.3) Giáo trình máy nâng chuyển của Ths Nguyễn Thái Vũ Ta có

2 , 179 224 8 , 0 8 ,

Tính chiều dài tang:

Chiều dài tang phải đảm bảo sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất, trên tang vẫn còn 1,5 đến 2 vòng cáp

Chiều dài có ích của cáp là:

l = H a = 6 2 = 12m

Trong đó:

H: chiều cao nâng danh nghĩa, H = 6 m

a: bội suất của palăng, a = 2

Chiều dài toàn bộ của tang được xác định theo công thức

1 2

12 )

+

= + +

=

π

l Z

c t