Đồ án Tốt Nghiệp Cổng Trục 30/10 ,làm rất chi tiết

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trong đời sống sản xuất, đó là nhu cầu về vận chuyển đối tượng từ vị trí này đến vị trí khác nhằm một mục đích nhất định. Máy nâng chuyển đã ra đời. Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác. Máy có thể nâng chuyển nhờ thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo hoặc thiết bị mang vật gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu….

MỤC LỤC

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN 5

1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Phân loại 5

1.1.3 Đặc tính của một số máy điển hình: 8

1.1.4 Ứng dụng 10

1.2 TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC 11

1.2.1 Khái niệm 11

1.2.2 Phân loại 12

1.2.3 Các bộ phận chính và nguyên lí làm việc cổng trục 30/10 tấn 13

1.2.4 Ứng dụng 14

PHẦN 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY 16

2.1 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 16

2.1.1 Các thông số cơ bản của cổng trục thiết kế 16

2.1.2 Các phương án (PA) lựa chọn thiết kế dầm chính và dầm cuối 17

2.1.3 Các phương án chọn liên kết giữa chân cổng trục và dầm chính 20

2.1.4 Chọn sơ đồ động học cho cơ cấu di chuyển cổng lăn 21

2.1.5 Phương án truyền động và di chuyển xe lăn 23

2.1.6 Phương án lựa chọn sơ đồ động học cơ cấu nâng 25

2.2 CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC CHO CỔNG TRỤC 28

PHẦN 3: TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC 29

MÁY VÀ THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU MÁY 29

3.1 CƠ CẤU NÂNG 30 TẤN 29

3.1.1 Sơ đồ động học cơ cấu nâng 29

3.1.2 Palăng giảm lực 29

3.1.3 Chọn loại dây cáp 30

3.1.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc 31

3.1.5 Chọn động cơ điện 33

3.1.6 Tỷ số truyền chung 34

3.1.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt 35

3.1.8 Tính chọn phanh 38

3.1.9 Thiết kế bộ truyền 41

3.1.10 các bộ phận khác của cơ cấu nâng 62

3.2 CƠ CẤU NÂNG 10 TẤN 72

3.2.1 Sơ đồ động học cơ cấu nâng 73

3.2.2 palăng giảm lực 73

3.2.3 Tính kích thước dây cáp 74

3.2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc 74

3.2.5 chọn động cơ điện 76

3.2.6 kiểm tra động cơ điện về nhiệt 76

3.2.7 tính và chọn phanh 80

3.2.8 bộ truyền 82

3.3 TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE LĂN 92

3.3.1 Sơ đồ dẫn động cơ cấu 92

3.3.2 Tính toán bánh xe 93

3.3.3 Động cơ điện 95

3.3.4 tỷ số truyền chung 96

3.3.5 kiểm tra động cơ điện về momen mở máy 96

3.3.6 phanh 97

3.3.7 Bộ truyền 98

3.3.8 Các bộ phận của cơ cấu di chuyển xe lăn 98

3.3.9 Ổ đỡ trục bánh xe 102

3.4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN CỔNG TRỤC 104

3.4.1 Các số liệu ban đầu 104

3.4.2 Bánh xe ray 104

3.4.3 chọn động cơ 106

3.4.4 Tỷ số truyền chung 107

PHẦN 4:THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN KHÁC 109

4.1 TÍNH DẦM CHÍNH 109

4.1.1 Xác định kích thước tiết diện của dầm 109

4.1.3 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm 114

4.2 TÍNH ĐỘ BỀN CỦA RAY DƯỚI XE LĂN 116

4.3 TÍNH MỐI GHÉP HÀN 117

4.4 TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN CHÂN CỔNG 117

4.5 KIỂM TRA THỜI GIAN TẮT DẦN DAO ĐỘNG 118

PHẦN 5: ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU KIM LOẠI.

119

PHẦN 6: LẮP ĐẶT, BẢO DƯỠNG, VẬN HÀNH 127

6.1 LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ LẮP DỰNG CỔNG TRỤC 127

6.1.1 Tính toán các thông số cần thiết cho quy trình lắp dựng 127

6.1.2 Chuẩn bị cho quá trình lắp dựng 128

6.1.3 Các nguyên công .131

6.2 AN TOÀN TRONG SỬ DỤNG MÁY 132

6.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY 134

TÀI LIỆU THAM KHẢO 137

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay, đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế Vai trò của ngành cơ khí ngày càng trở nên quan trọng hơn đối với sự phát triển của nền kính tế đất nước, có thể nói đây là ngành then chốt của một nền công nghiệp hiện đại

Trong suốt những năm học tập tại trường, em đã được truyền đạt những kiến thức cơ bản, làm cơ sở, hành trang cho công việc sau này Để tổng kết những gì đã được học trong suốt những năm vừa qua, được sự phân công của nhà trường, em đã

nhận đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế cổng trục tải trọng 30/10 tấn” dưới sự hướng dẫn của thầy TS Lưu Đức Bình

Đây là đề tài thường thấy trong thực tế, xuất hiện rất nhiều ở các nhà máy, kho bãi, các cơ sở sản xuất và lắp ráp cơ khí Cổng trục 30/10 tấn là thiết bị nâng hạ rất quan trọng, giảm được sức nặng của người công nhân khi làm việc, qua đó, nâng cao năng suất lao động của công nhân Thiết bị nâng hạ thường nâng các vật nặng,

di chuyển trên cao nên yêu cầu về tính an toàn cho người và vật là rất cao

Khi nghiên cứu đề tài này, em đã tham khảo nhiều tài liệu, sách vở cũng như trên các trang mạng thông tin, em nhận thấy rằng đề tài này tương đối rộng, rất nhiều kiểu mẫu tùy thuộc vào điều kiện từng cơ sở sản xuất hay từng công ty riêng Tuy nhiên, dù thiết kế có đi theo hướng nào thì khi thiết kế đề tài này cần phải đảm bảo ba chỉ tiêu cơ bản là: phải có tính kinh tế, đạt năng suất cao và đảm bảo an toàn

Và em cũng đã cố gắng để đề tài của mình thiết kế theo ba chỉ tiêu trên Tuy nhiên, đây là đề tài có khối lượng tương đối lớn, lại chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên

em gặp nhiều khó khăn, nhất là trong việc tìm kiếm tài liệu hướng dẫn Vì vậy việc sai sót trong thiết kế tính toán là không thể tránh khỏi Em mong thầy và các bạn chỉ dẫn them để em có thể hoàn thành tốt hơn trong công việc sau này Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 3 năm 2014

Sinh viên thực hiệnHoàng Minh Đức

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN.

1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN.

1.1.1 Khái niệm.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trong đời sống sản xuất, đó là nhu cầu về vận chuyển đối tượng từ vị trí này đến vị trí khác nhằm một mục đích nhất định Máy nâng chuyển đã ra đời Máy nâng chuyển là các loại máy công tác dùng để thay đổi

vị trí của đối tượng công tác Máy có thể nâng chuyển nhờ thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo hoặc thiết bị mang vật gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu…

1.1.2 Phân loại.

a/ Phân loại chung:

Máy nâng chuyển được phân thành 2 loại chính:

* Máy vận chuyển liên tục: Vật nặng được vận chuyển thành một dòng liên tục gồm các loại băng gầu, băng tải, máy xúc liên tục, xích tải, vít chuyển…vv

* Máy vận chuyển theo chu kỳ: Bao gồm máy hoạt động có tính chất chu

kỳ, có tác dụng di chuyển nâng hạ, hoặc kéo tải, trong đó cơ cấu nâng tải là cơ cấu chính được gọi là máy trục loại này gồm các loại như kích tời, palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục …vv

Trong đó cần trục, cầu trục, cổng trục có thể vận chuyển vật nặng theo cả ba hướng trong không gian

b/ Phân loại chi tiết:

Các máy nâng vận chuyển có kết cấu hình dáng, kích thước rất đa dạng tuỳ thuộc vào tính chất đặc điểm của hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng và phương vận chuyển của hàng hoá Vì vậy việc phân loại các máy nâng - vận chuyển

có thể dựa trên các đặc điểm chính để phân thành các nhóm máy sau: (hình 7-1)

* Theo phương vận chuyển hàng hoá

- Theo phương thẳng đứng (thang máy, máy nâng)

- Theo phương nằm ngang (băng tải, băng chuyền)

- Theo mặt phẳng nghiêng (xe kíp, thang chuyền, băng tải)

- Theo các phương kết hợp (cầu trục, cầu trục cảng, cầu trục chân dê).

* Theo phương pháp di chuyển của các cơ cấu

- Lắp đặt cố định (thang máy, thang chuyền, băng tải)

- Di chuyển theo đường thẳng (cầu trục cảng, cầu trục chân dê, cổng trục, cần cẩu tháp v.v )

- Quay tròn với một góc tới hạn (cần cẩu tháp, máy xúc v.v…)

* Theo cơ cấu bốc hàng hoá

- Cơ cấu bốc hàng là thùng, cabin, gầu treo…

- Dùng móc, xích treo, băng

- Cơ cấu bốc hàng bằng nam châm điện (cần cẩu từ)

* Theo chế độ làm việc

- Chế độ làm việc dài hạn (băng tải, băng chuyền, thang chuyền)

- Chế đô ngắn hạn lặp lại (máy xúc, thang máy, cầu trục, cần trục)

* Theo phương pháp điều khiển

- Điều khiển bằng tay

- Điều khiển tự động

- Hệ thống điều khiển hở

- Hệ thống điều khiển kín

- Điều khiển tại chỗ

- Điều khiển có khoảng cách

- Điều khiển từ xa

Trong các máy nâng chuyển, đơn giản nhất là những máy vận chuyển hàng theo một phương (thang máy là máy nâng theo phương thẳng đứng, băng truyền và băng tải thì theo phương nằm ngang, thang chuyền và đường goòng treo theo mặt phẳng nghiêng) chỉ có một cơ cấu truyền động di chuyển là cơ cấu nâng hoặc cơ cấu di chuyển Còn những máy nâng vận chuyển phức tạp hơn đó là máy xúc, cần cẩu, cầu trục, máy xúc có hai hoặc ba cơ cấu di chuyển, di chuyển theo từng phương riêng biệt hoặc cùng một lúc thực hiện các phương kết hợp

Chế độ làm việc của các máy nâng chuyển ảnh hưởng rất lớn trong việc tính chọn công suất động cơ truyền động, thiết kế, tính chọn hệ truyền động cũng như sơ

đồ điều khiển toàn máy

Hình 1.1 Một số máy nâng chuyển điển hình.

a) Cầu trục b) Cổng trục chuyển tải c) Cầu trục chân dê d) Cần cẩu cảnge) Cần cẩu tháp f) Thang máy g) Máy xúc gầu thuận h) Cầu trục luyện thép i) máy xúc gầu treo k) Băng tải

1.1.3 Đặc tính của một số máy điển hình:

a/ Băng tải: dùng để vận chuyển các loại vật liệu dạng viên, bột, bao,thùng…

(thường ở dạng vụn rời) Theo cơ chế vận chuyển theo dòng, nguyên tắc truyền động thực hiện nhờ ma sát Bộ phận kéo là bộ truyền ma sát giữa các tang và băng đai Tấm băng đồng thời cũng đóng vai trò của bộ phận mang vật liệu Các bộ phận chính gồm: tấm băng,trạm dẫn động, trạm kéo căng, hệ thống con lăn đỡ

Hình 1.2 Băng tải.

b/ Thang máy: dùng để vận chuyển người và hàng hóa trong các nhà cao tầng Dẫn

động thang máy bằng tời với tang cuốn cáp hoặc tời với puly ma sát Các bộ phận chính của thang máy gồm: bộ phận dẫn động, truyền động và cáp nâng, cabin dùng

hệ thống treo, cơ cấu đóng mở cabin, đối trọng, hệ thống dẫn hướng cabin, các bộ phận an toàn như phanh, cơ cấu hãm tốc độ, hệ thống giảm chấn, hệ thống điều khiển dùng các trang bị điện

Hình 1.3 Thang máy.

c/ Cầu trục: được sử dụng trong nhà xưởng phục vụ cho việc chế tạo, sửa chữa, lắp

ráp Được bố trí trên cao nên không chiếm diện tích bề mặt phân xưởng Cầu trục

được trang bị các cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe và cơ cấu di chuyển cầu nên có thể nâng đến bất cứ một tọa độ nào trong không gian phân xưởng.

Hình 1.4 Cầu trục dầm đôi.

d/ Cổng trục: cổng trục di chuyển được trên ray bố trí ở mặt đất nhờ cơ cấu di

chuyển cổng Theo kết cấu, cổng trục có loại công xôn hoặc không Tùy thuộc khẩu

độ và tải trọng có thể có cổng trục một dầm hoặc hai dầm Kết cấu kim loại của chân cổng cũng như các dầm rất đa dạng Xe con của cổng trục có thể là palăng điện treo hoặc chạy trên ray bố trí trên hai dầm chính Cơ cấu nâng của cổng trục có thể bố trí ngoài xe con để giảm tải Việc dẫn động xe con có thể được thực hiện bằng cơ cấu dẫn động bánh xe hoặc tời kéo Cơ cấu di chuyển cổng thường dùng phương án dẫn động riêng Nếu dẫn động chung thì phải bố trí ở trên cao để khỏi vướng thiết bị ở mặt đất

Hình 1.5 Cổng trục dầm đôi.

1.1.4 Ứng dụng.

Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá

và tự động hoá các quá trình sản xuất Trong quá trình sản xuất, các máy nâng chuyển đóng một vai trò quan trọng, đảm nhiệm vận chuyển một khối lượng lớn hàng hoá, vật liệu, nguyên liệu, thành phẩm và bán thành phẩm trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân Các máy nâng chuyển là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất v.v…

a/ Trong các nhà máy chế tạo cơ khí: máy nâng chuyển chủ yếu dùng để vận

chuyển phôi, thành phẩm và bán thành phẩm từ máy này đến máy khác, từ phân xưởng này đến phân xưởng khác hoặc vận chuyển vào kho lưu giữ Ví dụ điển hình

là trong các nhà máy đóng tàu thì 2 loại máy nâng chuyển được sử dụng khá nhiều

đó là cầu trục và cổng trục

b/ Thang máy được lắp đặt trong các xí nghiệp công nghiệp, trong các nhà ở cao

tầng, trong các toà thị chính, siêu thị, trong các nhà ga của tàu điện ngầm để vận chuyển hàng hoá và hành khách

c/ Trong ngành khai thác mỏ: trên các công trình thuỷ lợi, trên các công trình xây

dựng nhà máy thuỷ điện, xây dựng công nghiệp, xây dựng dândụng v.v phần lớn các công việc nặng nề như bốc, xúc, đào, khai thác quặng và đất đá đều do các máy nâng chuyển thực hiện

Việc sử dụng các máy nâng chuyển trong các hạng mục công trình lớn đã làm giảm đáng kể thời gian thi công, giảm bớt đáng kể số lượng công nhân khoảng 10 lần Ví dụ nếu dùng một cần cẩu tháp trên các công trường xây dựng công nghiệp hoặc xây dựng dân dụng có thể thay thế cho 500 công nhân, còn nếu dùng một máy xúc cỡ lớn để đào hào hoặc kênh mương khi xây dựng các công trình thuỷ lợi hoặc trong công việc cải tạo điền địa có thể thay thế cho 10.000 công nhân

d/ Trong nông nghiệp: các máy nâng chuyển trong công nghiệp cũng như trong

nông nghiệp như một phương tiện để cơ giới hóa và tự động hoá các quá trình sản xuất là một yếu tố quan trọng nhằm làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm cũng như giảm nhẹ sức lao động của con người

1.2.2 Phân loại.

Cầu trục phân loại theo kết cấu có thể phân loại như sau:

Theo kết cấu:

+) Cổng trục một dầm+) Cổng trục hai dầm +) cổng trục một dầm có công xôn+) cổng trục hai dầm có công xônTheo công dụng có thể phân loại như sau:

+) Cổng trục cảng – bốc xếp congtainer+) Cổng trục chân dê – nhà máy thủy điện+) cổng trục công dụng chung – nhà xưởng sản xuất+) cổng trục bốc xếp kho bãi…

Hình 1.7 Cổng trục dầm đơn.

Hình 1.8 Cổng trục dầm đôi.

Hình 1.9 Bán cổng trục.

1.2.3 Các bộ phận chính và nguyên lí làm việc cổng trục 30/10 tấn.

*Các bộ phận chính.

- Kết cấu thép: dầm chính, chân cổng trục, dầm biên

- Cơ cấu nâng hạ: gồm 2 bộ, mỗi bộ bao gồm: động cơ, tời, tang cuộn, hộp giảm tốc, phanh, móc Một bộ dành cho trọng tải dưới 10 tấn Bộ còn lại dành cho dưới 30 tấn

- Cơ cấu di chuyển cổng : thường dùng cụm bánh xe di chuyển được dẫn động bằng động cơ điện

- Tủ điện được điều khiển cổng trục: được sử dụng và lắp các thiết bị như (biến tần, Contactor, aptomat…) để điều khiển toàn bộ hệ thống cổng trục

có thể bố trí công tắc hành trình để giới hạn vùng làm việc an toàn.

Phương dọc theo ray dẫn hướng cổng trục: Được bố trí 2 động cơ mỗi bên để truyền động Ray được bố trí trên mặt đất

Đối với cổng trục 30/10 tấn có ưu điểm là phân loại tải trọng, để tiết kiệm năng lượng và thời gian Nếu vật cần nâng có khối lượng nhỏ hơn 10 tấn thì ta dùng

cơ cấu nâng nhỏ Nếu lớn hơn 10 đến 30 tấn ta dùng cơ cấu lớn

1.2.4 Ứng dụng.

Với những ưu điểm về tính chắc chắn, linh động Cổng trục được dung rộng rãi trong việc nâng chuyển, từ các hạng mục nhỏ lẻ đến các công trình lớn

Dầm chính

Xe con(cơ cấu nâng)

Ray dẫn hướng

xe con

Ray dẫn hướng cổng trục

Chân cổng trục

Được dùng trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn Cổng trục được dùng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng.

Hình 1.11 Ứng dụng trong kho hàng.

Hình 1.12 Ứng dụng trong xây dựng.

PHẦN 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC

TOÀN MÁY.

2.1 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.

2.1.1 Các thông số cơ bản của cổng trục thiết kế.

- Tải trọng nâng: Q=30/10 tấn, cổng trục dùng 2 cơ cấu nâng vật, một cơ cấu nâng tối đa 30 tấn và một cơ cấu nâng tối đa 10 tấn

- Chiều cao nâng hạ: H = 10 m

Tm: thời gian một lần mở máy

tlv: thời gian chuyển động với tốc độ ổn định

tph: thời gian phanh

td: thời gian dừng máy

+ Số lần mở máy trong một giờ: 120 lần

+ Máy làm việc theo chế độ tải trọng lặp đi lặp lại (đóng mở thường xuyên) Máy thông thường nâng tải vừa, nhiều khi nâng tải tối đa

Dựa vào các phân tích trên, cùng với các thông số về tải trọng, chiều cao nâng hạ và khẩu độ, ta chọn các thông số vận tốc như sau:

Vận tốc nâng hạ: *Cơ cấu 30T Vn= 8 m/ph

*Cơ cấu 10T Vn= 10 m/phVận tốc di chuyển xe: Vxe=20 m/ph

Vận tốc di chuyển cổng: Vcổng= 18m/ph

2.1.2 Các phương án (PA) lựa chọn thiết kế dầm chính và dầm cuối.

* Cổng trục: khác với cầu trục, cổng trục di chuyển được trên ray bố trí ở mặt đất nhờ cơ cấu di chuyển cổng Theo kết cấu thép, cổng trục có loại công xôn hoặc không Tuỳ thuộc khẩu độ và tải trọng có thể có cổng trục một dầm hoặc hai dầm Trong nhiều trường hợp, để tạo sự tuỳ động của các chân cổng, tránh xô lệch

và kẹt bánh xe trên ray, một trong hai chân cổng được lắp khớp với dầm

Xe con của cổng trục có thể là palăng điện treo hoặc chạy trên ray bố trí trên hai dầm chính Cơ cấu nâng của cổng trục có thể bố trí ngoài xe con để giảm tải Việc dẫn động xe con có thể được thực hiện bằng cơ cấu dẫn động bánh xe dẫn hoặc tời kéo Cơ cấu di chuyển cổng thường dùng phương án dẫn động riêng Nếu dùng dẫn động chung thì phải bố trí trên cao để khỏi vướng thiết bị ở mặt đất

* Với cổng trục lăn có các thông số ban đầu như trên ta có nhiều phương án thiết kế khác nhau

Phương án 1: Cổng trục hai dầm có kết cấu dạng hộp (hình 2.1).

+ Dầm chính: gồm hai dầm có kết cấu dạng hộp và được liên kết với chân cổng trục bằng đinh tán Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn chuyển trên đó và thực hiện việc nâng hạ, di chuyển vật nâng

+ Bản má gá dầm và giá đỡ dầm: loại cổng trục này có kết cấu toàn bộ là dạng hộp nên việc tính toán thiết kế cho toàn bộ cổng trục cũng đơn giản, giảm thời gian

chế tạo và lắp ghép do có thể sử dụng phương pháp hàn tự động Việc bảo dưỡng cổng trục cũng đơn giản Vì vậy giá thành của loại cổng trục này không cao.

Phương án 2: Cổng trục hai dầm kiểu dàn (hình 2.2)

+) Dầm chính: gồm một hệ khung dàn từ các hệ thanh liên kết cùng với nhau bằng các mối hàn Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn chuyển trên đó và thực hiện việc nâng hạ, di chuyển vật nâng

+) Bản má gá dầm và giá đỡ dầm: kết cấu kim loại cổng trục hai dầm kiểu dàn là một hệ không gian phức tạp Nhưng trọng lượng của cổng trục loại này nhỏ Tuy nhiên, vì có nhiều thanh xiên và thanh đứng phức tạp trong chế tạo và giá thành cao hơn các loại khác Chất lượng các mối ghép hàn không cao phụ thuộc vào tay nghề của công nhân, không áp dụng được phương pháp hàn tự động, việc bảo trì, kiểm tra không thuận lợi

Phương án 3: Cổng trục loại một dầm (hình 2.3).

+ Dầm chính: chỉ có một dầm với hai bản má gá dầm và giá đỡ dầm, dầm chính có dạng chữ I phía trên dầm chữ I là giàn thép đặt trong mặt phẳng ngang, palăng điện chạy dọc theo các cánh thép phía dưới của dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển của palăng để thực hiện việc nâng hạ, hạ di chuyển vật nâng

+ Bản má gá dầm và giá đỡ dầm: với phương án này, cổng trục thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, không gian hoạt động lớn Tuy nhiên loại cổng trục này chỉ thích hợp với chế độ làm việc nhẹ

Ngoài ba phương án trên trong thực tế còn nhiều phương án nữa nhưng không phổ biến ít sử dụng

Qua việc phân tích kết cấu cũng như ưu nhược điểm của từng phương án nhận thấy phương án 1 (cổng trục hai dầm kiểu hộp) là phù hợp với yêu cầu thiết kế hơn cả, bởi vì ngoài những ưu nhược điểm nổi bật đã nêu cổng trục hai dầm dạng hộp còn có thể làm việc ở chế độ trung bình và nặng Nhược điểm chủ yếu của cổng trục dạng này là khối lượng toàn cổng trục nhiều hơn một ít so với các loại cổng trục khác, nhưng bù lại giá thành của nó không cao, kiểm tra bảo dưỡng dể dàng

Sau đây là kết cấu một số loại cổng trục thông dụng :

Hình 2.1: Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm dạng hộp.

Hình 2.2: Kết cấu kim loại cổng trục hai dầm dạng giàn.

Hình 2.3: Kết cấu kim loại cổng trục một dầm.

2.1.3 Các phương án chọn liên kết giữa chân cổng trục và dầm chính.

a/ Phương án 1:

Cổng trục có khẩu độ nhỏ thua hoặc bằng 30m có thể chế tạo cả hai chân cổng

có liên kết cứng với dầm và như vậy để giảm thời gian chế tạo và lắp dựng cổng trục Với phương án này, cổng trục thiết kế có kết cấu đơn giản, không gian hoạt động lớn, giá thành chế tạo cũng rẻ

Hình 2.4: Chân cổng liên kết cứng với dầm.

b/ Phương án 2:

Cổng trục có chân cổng bên trái liên kết cứng với dầm còn chân cổng bên phải liên kêt với dầm nhờ khớp xoay hình trụ (nút A ) với trục xoay nằm trong mặt phẳng nằm ngang Với sơ đồ này chân mềm có thể lắc quanh trục thẳng đứng tới 50

về cả hai phía trên Phương án này kết cấu cũng hơi phức tạp hơn so với phương án

1 nhưng cũng chưa khắc phục được hết, trong trường hợp này, khi cổng trục bị xô lệch do hai bên có tốc độ không đều nhau thì dầm cầu bị uốn trong mặt phẳng ngang

A

Hình 2.5: Chân cổng một bên liên kết dầm cứng.

c/ Phương án 3:

Ở phương án này thì chân cứng bên trái liên kết với dầm bằng gối trượt (nút B) cho phép dầm có thể xoay tương đối quanh vấu định thẳng đứng (nút C) chân mềm bên phải liên kết với dầm bằng khớp cầu (nút D) cho phép xoay theo hướng bất kỳ Do đó khi cổng trục bị xô lệch thì dầm cầu không bị uốn và hoàn toàn tránh được khả năng kẹt

D C

B

Hình 2.6: Chân cổng một bên liên kết dầm cứng.

Qua việc phân tích kết cấu cũng như ưu nhược điểm của từng phương án nhận thấy phương án 1 (chân cổng trục liên kết cứng với dầm) là phù hợp với yêu cầu thiết kế hơn cả Bởi vì ngoài những ưu điểm nổi bật đã được nêu ở trên, làm việc được chế độ trung bình và nặng, việc bảo dưỡng cũng đơn giản, dễ chế tạo, giá thành sẻ hơn so với hai phương án trên nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu làm việc

2.1.4 Chọn sơ đồ động học cho cơ cấu di chuyển cổng lăn.

a/ Phương án 1:

Hình 2.7: Phương án 1.

1 Động cơ điện 5 Nối trục

2,3 Nối trục kết hợp phanh 6 Bánh xe

4 Hộp giảm tốc

Phương án này kết cấu gọn nhẹ, có thể truyền động ở khoảng cách xa Số khớp nối cũng như trục truyền ít nên cơ cấu ít cồng kềnh, làm việc an toàn Tuy nhiên hai bánh xe thường quay không đồng bộ, vì vậy cần phải thực hiện đồng bộ chuyển động quay bằng điện, cơ khí hay điện tử

c/ Phương án 3:

Hình 2.9 Phương án 3.

1 Động cơ điện 5 Nối trục

2,3 Nối trục kết hợp phanh 6 Bánh xe

4 Hộp giảm tốc

Phương án này đơn giản, làm việc chắc chắn Tuy nhiên hai bánh xe lắp cùng trên một trục, khoảng cách không lớn lắm Hai bánh xe quay với vận tốc bé, mô men xoắn trên trục khá cao nên kích thước của trục lớn

Qua việc phân tích những ưu nhược điểm của các phương án, cùng với yêu cầu của cầu trục cần thiết kế, ta chọn phương án 1 làm phương án thiết kế cơ cấu di chuyển cổng lăn

2.1.5 Phương án truyền động và di chuyển xe lăn.

b/ Phương án 2:

Kết luận: như phân tích trên ta chọn phương án 3, do nhỏ gọn dễ chế tạo, ít

tốn kém, chiếm ít không gian

2.1.6 Phương án lựa chọn sơ đồ động học cơ cấu nâng.

Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng Ngoại lực là trọng lực và lực quán tính tác dụng lên vật nâng Có hai loại cơ cấu nâng: cơ cấu nâng dẫn động bằng tay và cơ cấu nâng dẫn động bằng điện Trong trường hợp này sử dụng

cơ cấu nâng dẫn động bằng điện

Cơ cấu nâng phải đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy và độ ổn định cao khi làm việc Do vậy, cơ cấu nâng phải được chế tạo nghiêm chỉnh với chất lượng tốt của tất

cả các khâu Bộ phận tang ở đây dùng tang kép, quấn một lớp cáp, có rãnh cắt, đảm bảo độ bền lâu cho cáp Bộ truyền được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín, ngâm dầu, bôi trơn tốt Các ổ trục thường dùng ổ lăn, thiết bị phanh hãm thường dùng là phanh má thường đóng

Hình2.13 Phương án 1.

1 Động cơ điện 5 Nối trục

2,3 Nối trục kết hợp phanh 6 Bánh răng

4 Hộp giảm tốc 7 Tang cuộnVới phương án này, chuyển động được truyền từ động cơ đến hộp giảm tốc qua khớp nối Trục ra của khớp nối không trùng với trục tang mà thông qua một bộ truyền bánh răng ngoài Cơ cấu này dễ tháo lắp thành các bộ phận riêng biệt, thích hợp khi dùng palăng đơn, tỷ số truyền trong hộp giảm tốc nhỏ nên hộp giảm tốc nhỏ Tuy nhiên kết cấu và kích thước cồng kềnh, phức tạp, nhiều chi tiết, tốn nhiều

ổ, tồn tại một bộ truyền ngoài nên không an toàn

b/ Phương án 2:

4 7

3

H G T2

an toàn của cơ cấu

c/ Phương án 3:

4 5

3

H G T

Hình2.15 Phương án 3.

1 Động cơ điện 4 Hộp giảm tốc 2,3 Nối trục kết hợp phanh 5 Tang cuộn

Phương án này làm việc an toàn Tháo lắp, sửa chữa, bảo dưỡng dễ dàng Qua việc phân tích sơ đồ động học của cơ cấu nâng, ta thấy phương án 3 là tối ưu hơn cả, nên sử dụng phương án 3 làm phương án để tính toán, thiết kế cơ cấu nâng.

Kết luận : Mỗi phương pháp thiết kế đều có ưu nhược điểm khác nhau vì

thế trong quá trình thiết kế ta cần chọn một phương án nào cho thích hợp nhất theo yêu cầu và mục đích của vấn đề cần giải quyết để đạt được hiệu quả cao nhất

8 7

11 12

9

12

13

10

Hình 2.16 :Sơ đồ động học của máy.

1 Bánh xe 2.Nối trục 3 Động cơ 4.Gối đỡ trục

5 Tang 6 Nối trục và phanh 7 Ray di chuyển xe con

8 Xe con 9 Dầm chính 10.Hạn chế hành trình xe con11.Ray di chuyển cổng trục 12 Cóc ray

13 Hộp điều khiển 14 Móc treo

PHẦN 3: TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC MÁY VÀ THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU MÁY

3.1 CƠ CẤU NÂNG 30 TẤN.

Các số liệu ban đầu:

Chế độ làm việc của các cơ cấu là chế độ trung bình

3.1.1 Sơ đồ động học cơ cấu nâng.

4 6

3

H G T

5

Hình 3.1: Cơ cấu nâng.

Theo sơ đồ này cơ cấu gồm có:

1-Động cơ điện 2-Phanh 3-Khớp nối

4-Hộp giảm tốc 5-Khớp nối 6-Tang

3.1.2 Palăng giảm lực.

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

Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang Do cầu lăn thực hiện việc nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang Tương ứng với trọng tải cầu lăn theo bảng 2-6 [1] chọn bội suất palăng a=4 Palăng gồm bốn ròng rọc di động và ba ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng và dẫn hướng

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý Palăng.

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật

m a t

Q S

λλ

λ

)

1(

)1(0 max −

a=4 bội suất của palăng

m=2 số nhánh cáp cuốn lên tang

t=0 vì số dây cáp trực tiếp cuốn lên tang không qua ròng rọc chuyển

(1 ) 303200(1 0,98)

39056( )(1 a) t 2(1 0,98 ).0,98

3.1.3 Chọn loại dây cáp.

Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, ta chọn cáp để làm dây cho cơ cấu là loại dây có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và loại dây thông dụng nhất trong nghành máy trục hiện nay

Ta không chọn dây xích vì xích nặng hơn khoảng 10 lần so với cáp, xích có thể đứt đột ngột do chất lượng mối hàn kém (nếu là xích hàn)

Q

Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu cáp lõi đay, tự bôi trơn bằng lượng mỡ tích trữ trong lõi, với các sợi thép các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép có dưới hạn bền 1200÷2100 (N/mm2) Chọn loại cáp FC, IWR/IWS, với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1470÷1870N/mm2, để dễ dàng trong việc thay cáp khi bị mòn đứt

Kích thước dây cáp được chọn dựa vào công thức (2-10 [1])

Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc phải thích hợp với cáp

để tránh cáp bị uốn nhiều gây ra mỏi và đảm bảo độ bên lâu cho cáp

Đường kính nhỏ nhất cho phép của tang được xác định theo công thức 2-12[1]

Dt ≥ dc.(e-1)

e = 25 hệ số đường kính tang, theo Bảng 2.4 [1]

Dt ≥ 20.(25-1)=480 mm

Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau: Dt=Dr=490(mm)

Ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc nên có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20% so ròng rọc làm việc

Dc=0,8.Dr=0,8.490=392(mm) Chọn Dc =390(mm)

b/ Chiều dài tang.

Chiều dài tang phải được tính toán sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất trên vẫn còn ít nhất 1,5 vòng cáp dữ trữ, không kể những vòng cáp nằm trong kẹp (quy định về an toàn)

Chiều dài toàn bộ của tang xác định theo công thức 2-14 [1] đối với trường hợp Palăng kép

L’= L’0+2L1+2L2+L3

Hình 3.3: Sơ đồ xác định chiều dài tang.

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H= 10m và bội suất Palăng a=4

Khoảng cách L3: ngăn cách giữa hai nữa cắt rãnh: L3=b-2.hmin.tgα

Trong đó:

b: khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng giữa hai ổ móc treo

hmin: khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang với trục các ròng rọc treo mócDựa vào kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:

Bề dày thành tang xác định theo kinh nghiệm:

σ= 1,2.dc theo công thức trang 22-[1]

n

max

σ

ϕ

σ = theo công thức 2-15[1]

Smax: lực căng cáp lớn nhất ở nhánh cáp cuốn lên tang

σ: chiều dày thành tang; t bước rãnh

k: hệ số phụ thuộc số lớp cáp cuốn lên tang

φ=0,8: hệ số giảm ứng suất tang bằng gang

t

S k

n

max

σ

ϕ

Tang được đúc bằng gang xám (GX15-32) có giới hạn bền nén là:

σbn=565N/mm2 Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k=5

5

565

mm N k

bn = =

=σσ

Vậy: σn<[σ] tang đạt yêu cầu về nén

3.1.5 Chọn động cơ điện.

Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải đựơc xác định:

Q0: trọng lượng vật nâng, N.

n

V : vận tốc nâng vật m/ph

η: hiệu suất của cơ cấu bao gồm

η=ηp.ηt.η0=0,87 (trang 52 [1])

ηp=0,97: Hiệu suất pa lăng

ηt=0,96: Hiệu suất tang (bảng1-9[1])

η0=0,94: Hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối, xuất phát từ bảng số liệu bảng 1-9[1], với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ

46, 4760.1000 60.1000.0,87

n

Q v N

η

Tương ứng với chế độ trung bình, sơ bộ chọn động cơ điện theo bảng 4P[2] có

ký hiệu AOC2-82-8* có các đặc tính sau đây

Công suất danh nghĩa: Ndc=35( kw)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc =525 (vòng/phút)

Hệ số quá tải: max =3,0

dn

M M

Mô men vô lăng: (Gi.Di2)rôto = 47 Nm2

n t

v a n

n i n

3.1.7 Kiểm tra động cơ điện về nhiệt.

Hình 3.4: Sơ đồ gia tải của cơ cấu nâng.

* Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải cho trên hình Q1=Q; Q2=0,5Q;

Q3=0,2Q Và tỷ lệ thời gian làm việc với các trọng lượng này là 3:1:1 Động cơ điện

đã chọn các công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu khi làm việc, do

đó phải được kiểm tra về nhiệt

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

Các thông số cần xác định:

• Trọng lượng vật nâng cùng bộ phận mang vật: Q0=303200N

• Lực căng dây trên tang khi nâng vật, theo công thức 2-19 [1]

.(1 ) 303200.(1 0,98).(1 ) 2.(1 0,98 )

Q S

S D m M

m

λ λλ

(375

)

(375

)

(

2 0 2 1

2 0 0 1

2

i a M M

n D Q M

M

n D G t

n m n

m

i i n

n m

i i h

h m

Trên đây trình bày cách tính toán các thông số cho trường hợp Q1=Q Các trường hợp Q2, Q3 cũng tương tự, kết quả phép tính các thông số cho các trường hợp tải trọng khác nhau được ghi theo bảng dưới đây:

Bảng: 3.1 Tải trọng các thông số chính.

Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định:

Các thông số cần tính Đơn vị Q1=Q Q2=0,5Q Q3=0,2Q Ghi chú

60. 60.10 150

4

v n

H t

M

2 2

tb

M

+ + + + + + + + + + +

=

+ + + + + +

= 608,5 (Nm) Công suất trung bình của động cơ phát ra là: theo công thức 2-76 [1]

. 608,5.525 33,51

tb dc tb

M n

Kết quả phép tính kiểm tra về nhiệt cho thấy động cơ điện được chọn AOC2-82-8*

Có công suất danh nghĩa là Ndn=35Kw, hoàn toàn thoả mãn yêu cầu khi làm việc

3.1.8 Tính chọn phanh.

Sơ đồ phanh má thủy lực hành trình nhỏ như sau:

1 2 3 4

5 6 7

8 9

Hình 3.5: Sơ đồ phanh má thủy lực.

(1): Thanh truyền (2): Thanh đẩy (3): Bánh phanh

(4): Tay đòn phanh (5): Má phanh (6): Bộ phận hạn chế hành trình(7): Con đẩy thủy lực (8): Lò xo (9): Đai ốc

Nguyên lí làm việc: Phanh đóng do lực lò xo phanh 8 Phanh mở con đẩy 7

Đai ốc phanh 9 có thể điều chỉnh được lực phanh Cử hành trình 6 hạn chế độ mở của các má phanh

* Phanh dùng để hãm hoặc điều chỉnh tốc độ của cơ cấu Nó có khả năng triệt tiêu được động năng của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay Tất cả các máy trục đều phải có thiết bị phanh hãm, nhất là cơ cấu có động cơ làm việc ở tốc độ cao, và trong đó, sự an toàn trong quá trình nâng hạ đều phụ thuộc vào khả năng của thiết bị phanh hãm Do đó, cơ cấu nâng của cổng trục cần phải trang bị thiết bị phanh hãm để đảm bảo an toàn

* Phanh được lựa chọn cho cơ cấu nâng là phanh má thủy lực hành trình nhỏ,

ta lựa chọn trục ra của động cơ làm trục đặt phanh

* Phanh này có những đặc điểm sau:

-Loại phanh này có kích thước nhỏ gọn hơn các loại phanh khác

-Lực phanh tác dụng đối xứng nên trục đặt phanh sẽ không bị uốn do áp lực từ một phía như phanh một má nên độ bền phanh sẽ cao

-Đảm bảo sự đóng mở nhịp nhàng giữa má phanh với bánh phanh nên độ

an toàn sẽ cao hơn cho cơ cấu nâng khi làm việc với tải trọng lớn

-Phanh thường đóng làm việc an toàn hơn phanh thường mở, khi có sự

cố thì phanh vẫn đóng, vật nâng ở tư thế treo, không bị rơi đột ngột

-Đặt phanh trên trục động cơ thì mô men phanh nhỏ hơn ở các vị trí khác Do đó kích thước, trọng lượng của phanh sẽ nhỏ và tính an toàn cũng cao hơn

* Để chọn phanh làm việc có hiệu quả và an toàn ta dựa vào giá trị momen phanh yêu cầu Mph Momen phanh của cơ cấu nâng được xác định từ điều kiện giữ vật nâng treo ở trạng thái tĩnh với hệ số an toàn n

Mph = β.Mx ≤ [Mph] (CT 4.1 [4])

[4] Ts Ng Đăng Cường ,Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van

Mx mô men xoắn trên trục đặt phanh(trục động cơ)

Trong đó: β hệ số an toàn của phanh, phụ thuộc vào chế độ làm việc đối với chế độ làm việc nhẹ: β=1,5; trung bình β=1,75; nặng β=2; rất nặng β=2,5.(Bảng 4.1 trang 86[4])

Phanh được đặt trên trục động cơ nên:

Momen phanh được tính:

0 0 0

1,75.303200.0,5.0,87

ph

Q D M

Qua việc phân tích tính toán ở trên, ta chọn loại phanh má với con đẩy thủy lực kí hiệu SHB-280DU có mômen phanh danh nghĩa Mph=1320Nm, đường kính bánh phanh D=400mm, bề rộng má phanh B=200mm