thiết kế cầu trục 5 tấn

ầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn. Cầu trục có thể có kết cấu dầm hộp hoặc dàm, trên đó đặt xe con có cơ câu nâng. Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu. Vì vậy mà cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm .v.v…Đặc biệt cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng.

PHẦN I :TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC

I:Giới thiệu về máy nâng chuyển

+Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp, sự ra đời và phát triển của nó gắn liền với yêu cầu kinh tế kỹ thuật của ngành công nghiệp nhằm giảm tối đa sức người trong lao động

+Đặc điểm làm việc của các cơ cấu nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp lại và có thờigian dừng Chuyển động chính của máy là 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 máy cóthể 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, kỹ thuật nâng vận chuyển cũng xuất hiện nhiều loại máy nâng vận chuyển mới, luôn cải tiến và hợp lý hóa phương pháp phục vụ, nâng cao độ tin cậy làm việc, tự động hóa các khâu điểu khiển, tiện nghi và thỏa mãn yêu cầu của người sử dụng Tùy theo kết cấu và công dụng, máy nâng chuyển được chia thành các loại: kích, bàn tời, palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục, thang nâng V.v…

+Cầu trục là loại máy 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 kiểu cầu, cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong không gian của nhà xưởng Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nềnkinh tế quốc dân với các thiết bị mang vât rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện.v.v…Đặc biệt cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

II:Giới thiệu về các loại cầu trục

1.Giới thiệu chung

Cầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn Cầu trục có thể có kết cấu dầm hộp hoặc dàm, trên đó đặt xe con có cơ câu nâng Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu Vì vậy

mà cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm v.v…Đặc biệt cầu trụcđược sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng.

Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 dến 500 tấn, khẩu độ dầm cầu đến 32m, chiều cao nâng đến 16m, tốc độ nâng vật từ 2 đến 40m/ph, tốc độ di chuyển xe con đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125m/ph Cầu trục có tải trọng nâng trên 10 tấn thường được trang bị 2 hoặc 3 cơ cấu nâng vật:một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ Tải trọng nâng của loại cầu trục thường được ký hiệu bằng một phân số với các tải trọng nâng chính và nâng phụ, vídụ:15/3 t ; 20/5; 150/20/5t …

2.Phân loại:

Theo công dụng có các loại cầu trục có công dụng chung và cầu trục

chuyên dùng Cầu trục có công dụng chung chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc Loại cầu trục này có tải trọng nâng không lớn hơn vàkhi cần có thể dùng với đầu ngoạn, nam châm điện hoặc thiết bị cặp để xếp dỡ một loạt 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

Theo kết cấu dầm cầu có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm.Dầmcầu của trục một dầm thường là chữ I hoặc dầm tổ hợp với các dàn thép tăng cứngcho dầm Cầu trục một dầm thường dùng palăng điện chạy dọc theo dầm chữ I nhờ

cơ cấu di chuyển palăng Cầu trục hai dầm có các loại dầm hộp và dầm không gian

Theo cách tựa của dầm lên đường ray di chuyển cầu trục có các loại cầu trụctựa và cầu trục treo Loại cầu trục tựa được sử dụng phổ biến hơn

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

Ngoài ra theo nguồn dẫn động có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trụcdẫn động máy Theo 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 bằng hộp nút bấm thường dùngcho loại cầu trục một dầm có tải trọng nhỏ.

3 Các cơ cấu của cầu trục hai dầm:

Cơ cấu di chuyển:

Cơ cấu di chuyển cầu trục có thể thực hiện theo hai phương án: dẫn độngchung và dẫn động riêng Trong phương án dẫn động chung, động cơ dẫn độngđược đặt ở khoảng giữa dầm cầu và truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động ởhai bên ray nhờ các trục truyền Trục truyền có thể là trục quay chậm, quay nhanh

và quay trung bình Ở phương án dẫn động riêng ,mỗi bánh xe hoặc cụm bánh xechủ động được trang bị một cơ cấu dẫn động

Cơ cấu nâng hạ :

Cơ cấu nâng của cầu trục thường dùng tang kép có xẻ rãnh với Pa lăngkép Cơ cấu di chuyển xe con thường dùng hộp giảm tốc đứng và dẫn động chungcho cả hai bên ray đặt trên các dầm cầu

III:Lựa chọn các phương án thiết kế

1 Lựa chọn hình thức truyền động cơ cấu di chuyển xe con:

Ở đây ta dùng hình thức truyền động chung, truyền động trục quaychậm Cơ cấu di chuyển dẫn động chung với trục truyền quay chậm ( hình trên)gồm động cơ điện 1, hộp giảm tốc 5 và các đoạn trục truyền nối với nhau và nốivới trục ra hộp giảm tốc bằng các khớp nối 7 Trục truyền tựa trên các gối đỡ 8, 9,

10, 11 bằng ổ bi Do phải truyền mômen 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 10-20% Phương án này được sử dụng tương đốiphổ biến trong các cầu trục có công dụng chung có khẩu độ không lớn, đặc biệt làcác cầu trục có kết cấu dàn không gian có thể bố trí dễ dàng các bộ phận của cơcấu

Bố trí chung cơ cấu di chuyển xe con

7: Khớp nối giữa trục ra của hộp giảm tốc với trục bánh xe

8,9,10,11:Gối đỡ giữa trục chuyển động bánh xe(có thể là ổ lăn)

2 Lựa chọn hình thức truyền động cơ cấu di chuyển cầu trục:

Ở đây ta dùng hình thức truyền động riêng,cơ cấu di chuyển dẫn động riênggồm hai cơ cấu như nhau dẫn động cho các bánh xe chủ động ở mỗi bên ray riêngbiệt 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 đềusong do gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng mà ngày càng được sử dụngphổ biến hơn

3 Lựa chọn hình thức truyền động cơ cấu nâng hạ hàng:

Cơ cấu nâng của cầu trục thường dùng tang kép có xẻ rãnh với Pa lăng kép

Cơ cấu di chuyển xe con thường dùng hộp giảm tốc đứng và dẫn động chung cho

cả hai bên ray đặt trên các dầm cầu

Để đảm bảo cho xe con có thể di chuyển tốt trên dầm cầu, các cơ cấu nâng

hạ và cơ cấu di chuyển xe con đặt trên nó phải được sắp đặt sao cho lực nén các bánh xe của nó tương đối đều nhau cả khi có tải và không tải Độ chênh lệch lực nên bánh xe di chuyển xe con thường không được vượt quá 20%

4 Lựa chọn các thông số cơ bản của cầu trục:

Qua việc xác định các thông số kích thước, hình dạng nhà xưởng, kết hợpvới tham khảo các thông số mẫu của các loại cầu trục do Nga chế tạo, ta tiến hànhtính toán thiết kế cầu trục hai dầm dạng hộp, có các thông số kỹ thuật cơ bản sau:

Cầu trục 2 dầm: Kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm (Hình 1.1) gồm có:

dầm hoặc dàn chủ 1, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu 7, trên dầm đầu lắp cáccụm bánh, bánh xe di chuyển cầu trục 6, bộ máy dẫn động 3, bộ máy di chuyểnhoạt động sẽ làm cho các bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đường raychuyên dùng 5 đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu trụcchiều quay của động cơ điện Xe con mang hàng 11 di chuyển dọc theo đườngray lắp trên hai dầm (dàn) chủ; trên xe con đặt các bộ máy của tời chính 10, tờiphụ 9 và bộ máy di chuyển xe con 2, các dây cáp điện 8 có thể co dãn phù hợpvới vị chí của xe con và cấp điện cho cầu trục nhờ hệ thanh dẫn điện 12 đặt dọctheo tường nhà xưởng, các quẹt điện 3 pha tỳ sát trên các thanh này, lồng théplàm công tác kiểm tra 13 treo dưới dầm cầu trục Các bộ máy của cầu trục thựchiện 3 chức năng: nâng hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cầu trục Sứcnâng của cầu trục 2 dầm thường trong khoảng 5 đến 30 tấn, khi có yêu cầu riêng

có thể lên 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 cú sức nâng thườngbằng một phần tư (0,25) sức nâg của tời chính, nhưng tốc độ nâng thì lớn hơn Dầm chính của cầu trục hai dầm (Hình 1.1)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

1: Dầm chính

2: Cơ cấu di chuyển xe con

3: Cơ cấu di chuyển cầu trục

4: Cabin điều khiển

5: Ray dọc

6: Bánh xe di chuyển

7: Dầm cuối

8: Cáp điện

9: Cơ cấu nâng phụ

10: Cơ cấu nâng phụ

1.2:Cầu trục 2 dầm

6: Ưu điểm và phạm vi sử dụng của cầu trục 2 dầm

Cầu trục lăn dầm đôi được ứng dụng khi tần suất sử dụng cao, tải trọng nâng lớn và có yêu cầu cao về tốc độ Loại cầu trục này phù hợp cho tất cả mọi chuyên ngành công nghiệp

Ưu điển:

-Chu trình làm việc nhanh

-Nâng được tải trọng lớn

-Hoạt động ổn định và dễ bảo dưỡng

-Tiết kiệm được không gian dưới vỏ móc

Phạm vi:Tải trọng lớn nhất: 500 tấn

Khẩu độ lớn nhất là 50m

IV:Các phần tính toán thiết kế cầu trục hai dầm:

Đặc điểm tính toán

Cầu trục được tính toán, thiết kế theo các bước tính toán chung sau:

a) Xác định các thông số cơ bản của cầu trục như tải trọng nâng, chiều caonâng, khẩu độ dầm cầu, các tốc độ nâng hạ vật, di chuyển cầu trục, di chuyển xecon, chế độ làm việc và các điều kiện làm việc cụ thể của cầu trục (môi trường làmviệc, loại hàng cần bốc dỡ, ) Từ các thông số cơ bản và điều kiện làm việc cụ thểcủa cầu trục, ta có thể phân tích và chọn phương án thiết kế

b) Xác định các kích thước hình học của các bộ phận trên cầu trục và tảitrọng tính toán

- Các kích thước hình học và trọng lượng bản thân các bộ phận của cầu trục

có thể xác định sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm hoặc từ các loại cầu trục đã

có tương đương Các thông số này được kiểm tra chính xác lại sau khi thiết kế cầu

- Ngoài trọng lượng bản thân, các tải trọng tác dụng lên cầu trục được xácđịnh là: trọng lượng vật nâng cùng thiết bị mang vật, các tải trọng do dốc, quán tính

và các tải trọng đặc biệt khác như tải trọng lắp dựng, động đất, Tải trọng gió cầnđược tính toán theo các phương khác nhau và với áp lực gió trong điều kiện làmviệc bình thường, áp lực gió lớn nhất trong điều kiện làm việc và với áp lực giótrong trạng thái không làm việc nếu cầu trục hoạt động ngoài trời

- Xác định lực nén bánh của các bánh xe di chuyển cầu trục và di chuyển xecon

c) Xác định các vị trí tính toán và tổ hợp tải trọng Các vị trí tính toán và tổhợp tải trọng phải được xây dựng phù hợp với quá trình làm việc của bộ phận haychi tiết được tính

d) Thiết kế các cơ cấu công tác của cầu trục như cơ cấu nâng cùng thiết bịmang vật, cơ cấu di chuyển xe con và cầu trục

e) Tính toán kết cấu thép của cầu trục và các chi tiết liên kết giữa các bộphận của cầu trục

f) Thiết kế hệ thống điện điều khiển cho các cơ cấu công tác, hệ thống điệnchiếu sáng và thiết kế cabin điều khiển (nếu có)

g) Thiết kế các thiết bị an toàn cơ - điện của cầu trục như thiết bị hạn chế tảitrọng nâng, thiết bị hạn chế chiều cao nâng, các công tắc hạn chế hành trình dichuyển của cầu trục và xe con, các giảm chấn và thiết bị kẹp ray nếu cầu trục làmviệc ngoài trời

Các phần tính toán thiết kế :

Việc thiết kế cầu trục hai dầm dạng dàn, gồm có năm nội dung cơ bản sau:+ Tính chọn thiết kế cơ cấu nâng hạ hàng

+ Tính chọn thiết kế cơ cấu di chuyển xe con

+ Tính chọn thiết kế cơ cấu di chuyển cầu trục

+ Tính toán thiết kế kết cấu thép cầu trục

PHẦN II:TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG

I:Bố trí cơ cấu nâng

Sơ đồ bố trí cơ cấu nâng hạ được bố trí như hình vẽ

6:Thép đỡ, cơ cấu nâng

Bố trí sơ đồ cơ cấu nâng (hạ) hàng như hình trên có nhiều ưu điểm: kíchthước bộ truyền nhỏ, gọn, còn thừa nhiều diện tích để bố trí cơ cấu di chuyển xecon, đồng thời bảo đảm việc chế tạo từng cụm riêng, tháo lắp dễ dàng

Toàn bộ cơ cấu nâng đều được đặt trên bệ đỡ 6 của xe con như hình vẽ.Khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc được bố trí bánh phanh ngay trên đó đây làkhớp nối đàn hồi trong đó nửa khớp phía bên hộp giảm tốc được sử dụng làm bánhphanh

II:Sơ đồ mắc cáp cơ câu

III:Chon bội suất palăng nâng (hạ)

Palăng là hệ thống gồm những puli động và puli cố định nối tiếp với nhau bằng cáp Các puli của palăng được lắp ở trục trong hai má kẹp:puliđộng4 vàtĩnh 5

1:Chọn bội suất của palăng:

Pa lăng được đặc trưng bằng bội suất a.Đó là tỷ số giữa vận tốc đầu dây cuốn lên tang và vận tốc nâng vật:Theo [1]

Trong thực tế bỏ qua, để đơn giản (bỏ qua hiện tượng trượt giữa dây và puli,

bỏ qua hiện tượng biến dạng không đều của cáp) người ta thường xác định bội suất của pa lăng lực bằng tỷ số giữa đầu dây treo vật (n) và số đầu dây cuốn lên tang (m)

Do vậy theo palăng ta chọn thì bội suất ta chọn là a=2

2:Chọn cáp nâng

Việc chọn cáp thép dựa vào hai yếu tố chủ yếu sau đây:

+ Lực căng cáp lớn nhất khi cáp làm việc, yếu tố này ảnh hưởng trực tiếpđến độ bền của cáp

+ Bán kính uốn cong cáp, yếu tố này ảnh hưởng đến độ bền lâu của cáp.Lực trong dây cáp quấn vào tang được xác định theo công thức:Theo [2]

Q:Trọng tải :Q=5000kg

q:Trọng lượng của hệ thống treo Ở đây trọng lượng rất nhỏ so với tải trọng nên ta bỏ qua

n:số nhánh cáp

là tổng hiệu suất của Pa lăng và Puli dẫn hướng, vì không có Puli dẫnhướng nên 0 được xác định theo công thức:

Trong đó:

Puli là hiệu suất của mỗi Puli trong Pa lăng nâng Tra bảng 2.1[ 1] lấy Puli =0,98

thay vào công thức ta có:

Theo quy phạm về an toàn, cáp nâng được chọn theo công thức: [2]

Ta chọn: cáp bện loại kết cấu 6x37 +1 lõi theo CT 3071-55 có các thông

6 4 3

1 2

5 7

3:Chọn giá móc, móc treo

a:Chọn giá treo móc

Giá treo móc được chọn theo sức nâng và chế độ làm việc Với sức nâng 5tấn và chế độ làm việc nhẹ, tra bảng 1.12[2]

Ta chọn loại giá treo móc I có các thông số sau:

Móc treo và giá treo móc

bTính toán kiểm tra móc treo

Ở đây ta chọn móc treo theo tiêu chuẩn CT 6627 – 63

Với sức nâng 5 tấn, chế độ làm việc nhẹ ta chọn móc treo N016

+ ở tiết diện A-A, móc chủ yếu chịu uốn

+ ở tiết diện B-B, móc chịu ứng suất phức tạp, ứng suất uốn và ứng suất cắt+ ở tiết diện C-C, móc chủ yếu chịu kéo

Kiểm tra bền móc tại tiết diện A-A:

Xem tiết diện tại mặt cắt A-A là hình thang, có các cạnh là: h=92mm,b1=22mm, b= 75mm

+ Diện tích tiết diện thân móc tại mặt cắt A-A:

+ Toạ độ trọng tâm C của tiết diện:

e2= h-e1 = 92-37,6 = 54,4mm

+ Bán kính cong thân móc:

với a=110mm là đường kính miệng móc

+ Hệ số hình học của tiết diện A-A: Theo [1] trang 40

+ ứng suất uốn móc tại tiết diện A-A:Theo [3] trang 16

trong đó:

Q =5000KG là sức nâng của cầu trục

k=0,1 là hệ số hình học của tiết diện mặt cắt

a=110mm là đường kính miệng móc

+ Giá trị ứng suất cho phép:

n: hệ số an toàn,tra bảng 2-1 [ 3 ] lấy n=1,2

Vậy:

Ta thấy

Vậy, móc câu đủ bền tại tiết diện A-A

Kiểm tra bền tại tiết diện B-B:

Diện tích tiết diện và hình dáng ở mặt cắt B-B giống với mặt cắt A-A

Ta giả sử vật được treo trên hai dây nghiêng với phương thẳng đứng góc+ ứng suất uốn tại tiết diện này:

+ ứng suất cắt tại tiết diện này:

+ ứng suất tương đương lớn nhất

ta thấy:

Vậy, móc treo đủ bền tại tiết diện B-B

Kiểm tra bền tại tiết diện C-C:

Kích thước hình học tại tiết diện này:

+ ứng suất cắt chân ren:

ở đây: l=75mm là chiều dài phần ren cắt

k1 là hệ số điền đầy của ren, với ren hệ mét, lấy k1=0,87( [3] trang 17)

k là hệ số tính đến sự phân bố tải trọng không đều trên các vòng ren,

a:Tính chọn ổ lăn gắn với cuống móc treo:

Từ đường kính cuốn móc d2=60mm tra bảng P2.13 [5] ta chặn ổ chặn 1 dãy

cỡ trung có các thông số sau:

Kiểm tra ổ lăn:

Tải trọng tĩnh tác dụng lên ổ lăn:

Qt = Q.kđ

Với Q=5000 KG là sức nâng của cầu trục

kđ là hệ số kể đến tác dụng của tải trọng động, lấy kđ = 1,25

Vậy ổ lăn làm việc đủ bền

ở đây ta chỉ kiểm tra ổ lăn này theo tải tĩnh, bởi vì:

+ ổ lăn này làm việc ở chế độ nhẹ

+ trong quá trình làm việc, ổ lăn đỡ cuống móc câu hầu như ít quay.

b:Tính toán thông số của Puli treo móc:

Bây giờ ta đi xác định các thông số hình học

của Puli treo móc:

+ đường kính ngoài Puli:

đường kính ngoài Puli DP=300mm

+ đường kính trong Puli Dtr=150mm

c: Tính chọn ổ bi đỡ chặn Puli treo móc:

Ở đây mỗi Puli treo móc được đỡ bởi hai ổ đỡ chặn kề liền nhau, có hai Pulitreo móc đặt ở hai bên, vì vậy cần có 4 ổ lăn giống nhau Căn cứ vào đường kính trong lỗ Puli Dtr =150mm ta chọn ổ bi đỡ chặn 1 dãy cỡ trung hẹp ( theo GHOST

831 – 75 ) bảng P.2.12[ 4 ] có các thông số sau:

+ Thông số hình học: Kí hiệu ổ 46314

+ Thông số kỹ thuật:

- Khả năng chịu tải động C=93,30 KN

- Khả năng chịu tải tĩnh C0=78,30 KN

Khác với ổ lăn đỡ cuống móc treo, ổ lăn đỡ Puli treo móc làm việc nặng nề hơn, bởi vì ổ lăn này luôn luôn quay mỗi khi móc treo được nâng lên hoặc hạ xuống Vì vậy với loại ổ lăn này, ta nghiệm theo khả năng tải động của nó:

+ Tải trọng tác dụng lên 1 ổ lăn:

Tải trọng động tác dụng lên 1 ổ lăn:

Fđ = (X.V.Fr+Y.Fa).kt.kđ

kt là hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ

, khi nhiệt độ làm việc của ổ lăn nhỏ hơn 1050C

thì lấy kt=1

V=1,2 khi vòng ngoài quay

X: tải trọng hướng tâm tra bảng 11.4 [5]

chọn X=1

Coi Fa=0 khi tải trọng dọc nhỏ nên ta bỏ qua

kđ là hệ số kể đến đặc tính tải, tra bảng 11.3 [ 4] ta lấy kđ = 1,4

vậy: Fđ = Fr.V.kt.kđ = 1250.1,2.1.1,4 = 2100 KG

tốc độ quay của ổ lăn cũng chính là tốc độ quay của Puli treo móc:

Với vn=10 m/p là tốc độ nâng (hạ) hàng

a=2 là bội suất của Pa lăng

DP= 0,3m là đường kính ngoài của Puli treo hàng

Lúc này:

- Tuổi thọ của ổ lăn tính bằng giờ Lh

Lhlấy bằng số giờ làm việc của cơ cấu nâng

t:năm d:ngày :h giờ

+ Tuổi thọ của ổ lăn tính bằng triệu vòng quay:

( triệu vòng quay )+ Khả năng tải động của ổ lăn:

theo phần tra ổ lăn ở trên, khả năng tải động cho phép của ổ lăn:

Mômen uốn lớn nhất tại chính giữa thanh

Do trục được gối ở hai đầu nên lực tập trung tại điểm chính giữa của trục Tải trọng động đặt giữa trục là:

kd là hệ số kể đến tác dụng của tải trọng động, lấy kd=1,25

Qd=5000.1,25=6250 KG

Ứng suất uốn trong thanh ngang suất hiện theo chu kỳ mach động, với khi có tải Qd và khi không tải Ứng suất uốn cho phép với chu kỳ mạch động có thể xác định theo công thức:

k:hệ số tính đến tập trung ứng suất và các nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi của chi tiết bảng 1-5 [3]

n: hệ số an toàn phụ thuộc vào mức độ an toàn của chi tiết và cơ cấu bảng

1-6 [3]

Mô men cản uốn của tiết diện này là:

Chiều rộng của thanh ngang phải đủ rộng để đặt ổ chặn Do đó lấy bằng chiều rộng của ổ chặn là 120 mm

Đường kính lỗ để đặt móc có đường kính:

d= dm+(2÷5)=68+2 =70 mm

Vậy chiều cao cần thiết là

Với các kích thước đã chọn ta có Mô men cảm uốn là

Ứng suất uốn lớn nhất là

Ứng suất trung bình và biên đọ ứng suất của chu kỳ mạch động là

Vậy thanh ngang đã chọn thỏa mãn yêu cầu

e:Chọn trục ngang treo puli:

Vật liệu chế tạo trục là thép 45 có các thông số sau:

200 70

200

Ta đi kiểm tra độ bền uốn tại điểm chính giữa của trục

-Mômen chống uốn tại tiết diện

-Mômen tại đoạn giữa trục

-Ứng suất uốn tại giữa trục

-Giá trị ứng suất cho phép

n: hệ số an toàn tra bảng 2.2[1] ta chọn n=1,5

Vậy trục đủ bền

III:Chọn tang quấn cáp

Tang là chi tiết dùng trong co cấu nâng biến chuyển động quay thành chuyểnđộng tịnh tiến nâng hạ vật Tang được đúc từ gang xám GX15-32 hay thép đúc 15,

20, CT38, CT51, hoặc có thể hàn từ thép tấm

a: Đặc điểm của loại tang quấn cáp được chọn

- Sử dụng loại tang quấn một lớp cáp có xẻ rãnh

- Sử dụng tang kép dùng cho palăng kép Rãnh cáp trên tang có hình xoắn ốc ở phíaphải hoặc phía trái ( một đoạn xoắn ở phía phải còn đoạn kia xoắn ở phía trái)

- Loại tang này có nhiều ưu điểm nên được sử dụng rộng rãi và phổ biến.Rãnh cáp trên tang có tác dụng dãn cáp cuộn đều lên tang , làm cho các vòng cáp

Puli không tiếp xúc với nhau, diện tích tiếp xúc giữa cáp và tang lớn làm giảm ứngsuất tiếp xúc.

- Lý do mà ta không sử dụng tang quấn nhiều lớp cáp là: tang quấn nhiềulớp cáp làm cáp chóng mòn hơn bởi vì các lớp cáp phía dưới chịu lực ép lớn do cáclớp trên đè lên và giữa các vòng cáp cũng có ma sát

b:Xác định đường kính của tang:

Ở đây ta xác định đường kính danh nghĩa của tang D là khoảng cách giữa haiđường tâm của cáp quấn lên tang đối xứng nhau qua đường tâm trục tang

Trong việc xác định đường kính tang, ngoài việc đảm bảo điều kiện bền nén tang, việc chọn đường kính tang phải đảm bảo không để cáp uốn quá cong trên tang (bán kính cong quá nhỏ, ảnh hưởng đến độ bền lâu của cáp )

t

Đường kính của tang nhỏ nhất được xác định theo điều kiện sau:

Dt: Đường kính tang đến đáy rãnh cáp(mm)

Ở đây dc là đường kính dây cáp , dc = 13 mm

e là hệ số, với chế độ làm việc nhẹ, tra bảng 3.8 [ 1 ], ta lấy e =25

Vậy

Chọn Dt= 315 mm

D=Dt+dc=315+13=328

Chọn D=330 mm

* Đường kính của puli cân bằng:

Trong palăng kép có puli cân bằng để giữ thăng bằng và chỉ quay để tự điềuchỉnh lực căng hoặc chiều dài trên hai nhánh cáp do sự sai lệch kích thước

Dp =0,8.D= 0,8.330 = 256 mm

c:Xác định chiều dài tang:

- Chiều dài dây cáp quấn vào tang từ một nhánh cáp của palăng kép:

L c = H.a +.D.(Z1+Z2)

= 8000.2 + 3,14.330.(2+3) = 21181 mm

ở đây:

H= 8000 mm là chiều cao nâng

a=2 là bội suất của palăng

D là đường kính danh nghĩa của tang, D = 330 mm

Z1 là số vòng dây cáp dự trữ trên tang đến chỗ kẹp cáp , lấy Z1 = 2( vòng)

Z2 là số vòng dây cáp nằm dưới tấm kẹp trên tang , lấy Z2 = 3( vòng)

+Chiều dài của phần có rãnh ở một phía tang:

-  là hệ số cuộn cáp không chặt, lấy =1

- Khoảng cách giữa hai phần xẻ rãnh của tang quấn cáp (phần không xẻ rãnh

ở phía giữa hai phần có xẻ rãnh) L2: khoảng cách này ta lấy bằng khoảng giữa haiPuli treo móc câu:

d: Xác định chiều dày thành tang – vật liệu làm tang:

Việc chọn chiều dày thành tang  cũng như các thông số kích thước khác,vật liệu chế tạo tang trống phải đảm bảo điều kiện tang đủ độ bền nén

- Kiểm tra bền nén tang:

Trong quá trình làm việc, tang chịu các ứng suất nén, uốn, xoắn trên thânống tang, trong đó chủ yếu là chịu nén, ở đây ta chỉ kiểm tra bền nén tang

ứng suất nén tang:

trong đó:

 là hệ số kể đến sự giảm lực kéo của các vòng cáp gần nhánh ra, lấy =0,7

St max là lực căng lớn nhất của nhánh cáp quấn vào tang, St max=1262,62 KG( theo phần tính chọn cáp )

=16 mm

Như vậy:

+ ứng suất nén cho phép lên tang:

, lấy k=5 lúc đó:

Vậy tang đủ bền

- Kiểm tra bền uốn xoắn tang:

Vì L=938<3.D=3.330=990 nên bỏ qua kiểm tra uốn xoắn

IV: Tính chọn động cơ, khớp nối và hộp giảm tốc

1: Phương án lựa chọn động cơ:

Với nguồn điện xoay chiều ba pha , 220V/50Hz sử dụng trong các nhàxưởng ở Việt Nam, ta ưu tiên chọn loại động cơ điện xoay chiều ( rô to lồng sóc,hoặc rô to dây quấn) bởi vì so với động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều

có các ưu điểm sau đây:

- Không phải sử dụng thiết bị nắn dòng, biến dòng xoay chiều thành dòngmột chiều

- Cấu tạo của loại động cơ này đơn giản , giá thành rẻ

- Khả năng quá tải cao, mô men mở máy lớn

-làm việc đảm bảo trong điều kiện mở máy liên tục

Do vậy trong các nhà máy, phân xưởng người ta hay dùng loại động cơ xoaychiều ba pha không đồng bộ roto ngắn mạch

Đối với cơ cấu nâng nói riêng, và các cơ cấu khác của máy trục, việc tínhchọn động cơ điện được tiến hành qua hai bước sau đây:

* Bước 1: chọn sơ bộ động cơ

Căn cứ vào công suất cản tĩnh và chế độ làm việc của cơ cấu nâng, cụ thể làcường độ thực tế CĐ% , ta chọn động cơ điện có công suất xấp xỉ hoặc lớn hơn sovới công suất của tải cản tĩnh

* Bước 2: Nghiệm lại động cơ

Ta nghiệm lại động cơ theo hai nội dung sau đây:

Nghiệm phát nhiệt động cơ:

Khi làm việc trong thời gian dài với chế độ ngắn hạn lặp lại, với cường độcho trước,động cơ không được nóng quá giới hạn cho phép, để không làm hỏng vậtliệu cách điện trong động cơ

Nghiệm quá tải về mô men

Ở đây công suất của động cơ điện phải đủ để đảm bảo mở máy với gia tốccho trước

 là hiệu suất của bộ truyền động cơ cấu nâng

Căn cứ vào công suất cần thiết dẫn động cơ cấu nâng, tương ứng với chế độlàm việc nhẹtachọn động cơ kiểu DK Ta chọn động cơ có N=14 KW

(Bảng P 1.2[5] )

+Số hiệu động cơ: DK 73-8

+Công suất định mức trên trục động cơ khi cường độ làm việc CD%= 15% :

Pđm= 14 KW

+Tốc độ quay trên trục động cơ: 730 v/ph

+Hiệu suất truyền động : 81%

+ Mô men đà của rô to: (G.D2)r = 3,0 KG.m2

+ khối lượng của động cơ điện: 310 Kg

+ Tốc độ quay của trục tang:

+ Tỉ số truyền của bộ truyền động:

Căn cứ vào:

+ Tỉ số truyền i=37,82

+ Công suất trên trục động cơ: 14 (KW)

+ Tốc độ quay trên trục động cơ: 730 (v/ph)

Tra tờ 24[3] ta chọn hộp giảm tốc kiểu PM-350

Ta chọn hộp giảm tốc kiểu II

Có các thông số sau:

Tốc độ quay trục quay nhanh n=750 vg/ph

4 Sơ bộ chọn khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc

Khớp nối ta chọn ở đây là khớp nối trục đàn hồi, nghĩa là hai nữa trục nốivới nhau bằng bộ phận đàn hồi, ở đây bộ phận đàn hồi là vòng đàn hồi, ta cũng bốtrí ngay bánh phanh lên nửa trục phía hộp giảm tốc

Nhờ có bộ phận đàn hồi cho nên nối trục đàn hồi có khả năng:

+ Giảm va đập và chấn động

+ Đề phòng cộng hưởng do dao động xoắn gây nên

+ Bù lại độ lệch trục ( làm việc như nối trục bù )

Khớp nối giữa động cơ với hộp giảm tốc được chọn sao cho phù hợp với

kính của trục động cơ và trục quay nhanh của hộp giảm tốc bằng nhau và bằng 55

5 Chọn khớp răng hộp giảm tốc - tang

Dựa vào bảng tiêu chuẩn khớp răng ta có thể dùng vành răng N08 có mô đun

m =4 , số răng Z =62 , chiều rộng vành răng b= 35 mm có thể chịu được mô menxoắn lớn nhất Mmax = 2360 KG.m

6 Kiểm nghiệm động cơ

Ta nghiệm lại động cơ theo hai nội dung cơ bản sau đây:

a Kiểm nghiệm phát nhiệt động cơ.

Khi làm việc trong thời gian dài với chế độ ngắn hạn lặp lại, với cường độcho trước, động cơ không được nóng quá giới hạn cho phép, để không làm hỏng vậtliệu cách điện trong động cơ

Q

0,5Q

0,3Q Q

Hình vẽ trên là đồ thị tải trọng thực của cơ cấu nâng ( số liệu lấy từ sổ tayMáy Xếp Dỡ ) Theo đồ thị này, các tải trọng Q ; 0,5.Q ; 0,3.Q làm việc theo tỉ lệ2,5:1:1 Có nghĩa là, trong một chu kỳ làm việc của máy, cơ cấu nâng sẽ làm việcvới:

Nđm = 14 KW là công suất định mức trên trục động cơ

nđc= 730 (v/ph) là tốc độ quay trên trục động cơ

Mô men khởi động trung bình của động cơ:

trong đó:

ma x là hệ số mô men mở máy lớn nhất của động cơ, lấy ma x = 2,25

min là hệ số mô men mở máy nhỏ nhất của động cơ, lấy mi n = 1,1

Mô men đà của các khối lượng quay quy đổi về trục động cơ:

Trong đó:

là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng khác không nằm trên trụcquay của động cơ,  = 1,1

là mô men đà của rô to

là mô men đà của khớp nối

Bây giờ ta đi xác định các đại lượng cần thiết ứng với các giá trị tải trọng Q1,

Q2, Q3

* Với tải trọng Q 1 = 5000 KG :

+ Lực căng dây cáp nâng khi nâng hàng:

+ Mô men cản tĩnh trên trục động cơ khi nâng hàng:

+ Thời gian khởi động nâng hàng:

+ Lực căng dây cáp nâng khi hạ hàng:

+ Mô men cản tĩnh trên trục động cơ khi hạ hàng:

+ Thời gian khởi động hạ hàng:

* Với tải trọng Q 2 = 2500 KG :

+ Lực căng dây cáp nâng khi nâng hàng:

+ Mô men cản tĩnh trên trục động cơ khi nâng hàng:

+ Thời gian khởi động nâng hàng:

+ Lực căng dây cáp nâng khi hạ hàng:

+ Mô men cản tĩnh trên trục động cơ khi hạ hàng:

+ Thời gian khởi động hạ hàng:

* Với tải trọng Q 3 = 1500 KG :

+ Lực căng dây cáp nâng khi nâng hàng:

+ Mô men cản tĩnh trên trục động cơ khi nâng hàng:

+ Thời gian khởi động nâng hàng:

+ Lực căng dây cáp nâng khi hạ hàng:

+ Mô men cản tĩnh trên trục động cơ khi hạ hàng:

+ Thời gian khởi động hạ hàng:

Tổng thời gian khởi động của cơ cấu trong một chu kỳ:

Chiều cao nâng (hạ )hàng trung bình lấy bằng 0,6 lần chiều cao nâng:

HTB = 0,6.H = 0,6.8 =4,8 m

Thời gian làm việc ổn định của cơ cấu:

Thời gian làm việc của cơ cấu trong một chu kỳ:

Mô men bình phương trung bình:

Công suất bình phương trung bình của động cơ:

Như vậy:

Kết luận :Động cơ làm việc đảm bảo điều kiện không bị nóng vượt qua giớihạn cho phép

b Nghiệm quá tải về mô men:

Ở đây, công suất của động cơ điện phải đủ để đảm bảo mở máy với gia tốccho trước

+ Mô men khởi động của động cơ đã tính ở trên : MKĐ= 31,32KG

MKD=313,2 N.m

+ Mô men lớn nhất cũng đã biết với P=14 KW thì Mmax=390 N.m

Mmax> MKĐ Vậy động cơ không bị quá tải khi làm việc

7 Kiểm tra khớp nối

a.Nghiệm khả năng truyền tải của khớp nối:

Mômen lớn nhất mà khớp phải truyền có thể xuắt hiện trong hai trường hợp:+Mở máy nâng vật

+Khi phanh hãm vật đang nâng

* Khi mở máy nâng vật:

+Mômen mở máy lớn nhất khi nâng vật:

Theo phần trên chọn động cơ ta có:

M =31,32 KG.m

Phằn mômen dư để thắng quán tính của cả hệ thống:

ở đây: là mô men tĩnh khi nâng hàng với tải trọng địnhmức Q=5T

Một phần mô men dư này tiêu hao trong việc thắng lại quán tính các tiếtmáy bên phía trục động cơ, phần còn lại mới truyền qua bên kia phía hộp giảm tốc

Mô men đà của nửa khớp phía trục động cơ được lấy bằng 40 % mô men đà toànkhớp:

ở đây :

Mô men đà của hàng ( chuyển động tịnh tiến ) quy đổi về trục động cơ:

Mô men đà của cả hệ thống quy đổi về trục động cơ:

ở đây: =1,1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay không nằmđồng trục với trục động cơ

Mômen đà của phằn chi tiết phía nửa bên kia khớp nối (phía hộp giảmtốc)quy đổi về trục động cơ:

+Phần mômen dư truyền qua phía hộp giảm tốc:

+Tổng mômen truyền qua khớp nối khi khởi đông năng hàng định mức:

b.Khi phanh hãm vật đang nâng:

8 Kiểm tra hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc đã được chọn sơ bộ Đây là hộp giảm tốc hai cấp bánh răngtrụ

Các thông số cơ bản của hộp giảm tốc này như sau:

+ Tên hộp giảm tốc giảm tốc : PM-350