Thiết kế cổng trục sức nâng q=20t phục vụ nhà máy thủy điện đrâyhơlinh (kèm bản vẽ)

Trong điều kiện nớc tahiện nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ xây dựng vàsản suất vật liệu xây dựng, máy xây dựng ngày càng đợc hoàn thiện đã có thể tiến tới tự thiết kế,

Bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Trờng

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Mạnh Cờng

- Tốc độ nâng 8 m/0,8m/ph

- Tốc độ di chuyển xe con : 10 (m/ph)

- Tốc độ di chuyển cổng trục 32 (m/ph)

Chế độ làm việc : Nhẹ Điều khiển từ Cabin

3 Nội dung các phần thuyết minh tính toán:

- Xác định kích thớc hình học của cổng trục

- Tính toán thiết kế:

+ Cơ cấu nâng vật + Cơ cấu di chuyển cổng trục+ Cơ cấu di chuyển xe con + Kết cấu thép cổng trục

4 Các bản vẽ và đồ thị:

- Bản vẽ hình chung máy thiết kế A0

- Bản vẽ xe con và các cơ cấu nâng di chuyển xe Ao

- Bản vẽ tang cuốn cáp Ao

- Bản vẽ lắp cơ cấu di chuyển xe con A

6 Ngµy giao nhiÖm vô thiÕt kÕ: Ngµy 25 th¸ng 2 n¨m 2004

7 Ngµy hoµn thµnh : Ngµy th¸ng n¨m 2004

Lời nói đầu

6

I Giới thiệu chung về cổng trục 8

1.4 Cơ cấu di chuyển cổng1.5 Một số dạng kết cấu đặc biệt

1414

1.3 Chọn và tính toán kiểm tra bền cụm móc treo 23

1.7 Kiểm tra trục về độ bền quá tải

1.8 Chọn ổ lăn cho trục tang

3940

II Tính công suất động cơ và chọn hộp giảm tốc cơ cấu nâng 42

2.1 Tải trọng tính toán tác dụng lên bánh xe 77 III Tính trục truyền cho cơ cấu di chuyển xe con 78

3.5 Kiểm tra trục về độ bền quá tải 83

I Lựa chọn phơng án dẫn động cơ cấu di chuyển cổng 86

1.2 Xác định lực nén bánh lên bánh xe di chuyển cổng 86 1.3 Xác định lực cản di chuyển và tính công suất động cơ 88 1.4 Tính công suất động cơ và chọn động cơ 88

1.1 Lựa chọn tiết diện kết cấu thép cổng trục 107 1.2 Tính toán các tải trọng tác dụng lên cổng 108

2.1 Tính toán các thông số hình học của tiết diện 114

3.1 Nội lực tác dụng lên kết cấu cổng 117

4.1 Kiểm tra bền cho các tải đặt tại giữa dầm trong trờng hợp 1 126 4.2 Kiểm tra bền cho các tải đặt tại mép dầm trong trờng hợp 1 130 4.3 Kiểm tra bền cổng trục ứng với trờng hợp 2 tại giữa dầm 132

4.4 Kiểm tra bền cổng trục ứng với trờng hợp 2 tại mép dầm 135

5.1 Kiểm tra ổn định cổng theo phơng vuông góc với đờng ray 138 5.2 Kiểm tra ổn định cổng theo phơng song song với đờng ray 139

Lời nói đầu

- Trong những năm trở lại đây nớc ta đã và đang bớc vào công cuộc côngnghiệp hoá, hiện đại hoá Do đó với sự đầu t mạnh của nhà nớc vàonghành xây dựng cơ bản, nghành xây dựng cơ bản đã và đang có nhữngbớc phát triển nhảy vọt tạo đà cho sự phát triển kinh tế và xã hội ở n ớc

ta Trong sự phát triển chung đó để có thể đáp ứng đợc những yêu cầu

về cơ giới hoá trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, xây dựng cầu

và các công trình thuỷ lợi cũng nh các nghành khai thác chế biến dầukhí … ngành máy xây dựng đã và đang có những tiến bộ v ngành máy xây dựng đã và đang có những tiến bộ vợt bậc vềcông nghệ tiên tiến, cũng nh chủng loại sử dụng Trong điều kiện nớc tahiện nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ xây dựng vàsản suất vật liệu xây dựng, máy xây dựng ngày càng đợc hoàn thiện đã

có thể tiến tới tự thiết kế, chế tạo các máy và các thiết bị xây dựng hiện

đại Với việc cơ giới hoá trong xây dựng sẽ làm tăng năng suất lao

động, tăng nhịp độ thi công cũng nh đảm bảo chất lợng công trình và hạgiá thành sản phẩm, thậm chí trở thành nhân tố quyết định đến sự hìnhthành một công trình hiện đại… ngành máy xây dựng đã và đang có những tiến bộ vChính vì những lý do trên, máy xâydựng ngày càng có ý nghĩa và vai trò lớn hơn trong công tác xây dựngcơ bản nói riêng và nền kinh tế nói chung

- Sau một thời gian dài học tập và rèn luyện trong khoa máy xây dựng tạiTrờng Đại Học Xây Dựng, đợc sự chỉ dạy tận tình nhiệt huyết của cácthầy các cô và với sự cố gắng của bản thân, đã trang bị tốt cho sinh viênchúng em trong công việc sau này Đề tài tôt nghiệp chính là sự hệthống lại toàn bộ kiến thức đã học và là cơ sở để đánh giá tốt qúa trìnhhọc tập của mỗi sinh viên.Với đề tài tốt nghiệp là “Thiết kế cổng trụcsức nâng 20 (tấn) phục phụ cho nhà máy thuỷ điện Đrâyhơlinh” Đợc sựchỉ bảo tận tình của các thầy trong khoa, đặc biệt là sự hớng dẫn chỉ bảotận tình của thày giáo Tiến sỹ Trơng Quốc Thành đã giúp em hoànthành đồ án tốt nghiệp đợc giao đúng thời gian và khối lợng công việc

mà Bộ môn và các thày đã giao

- Với sự nỗ lực của bản thân để hoàn thiện cho đồ án tốt nhất Tuy nhiênvới khả năng và điều kiện tài liệu cha cho phép dù có cố gắng nhng đồ

án chắc chắn còn nhiều sai sót kính mong các thầy xem xét bỏ qua

- Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thày giáo Ts TrơngQuốc Thành và tất cả các thày cô trong khoa máy xây dựng thuộc Tr-ờng ĐHXD đã dạy bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập vàlàm đồ án tốt nghiệp

Hµ Néi, th¸ng 5 n¨m 2004

Sinh viªn thùc hiÖn NguyÔn M¹nh Cêng

Chơng I: giới thiệu chung

I Giới thiệu chung về cổng trục.

1.1 Giới thiệu chung

- Cổng trục là một loại cần trục kiểu cầu có dầm cầu đặt trên các chân cổngvới các bánh xe di chuyển trên ray đặt dới đất

- Theo công dụng có thể phân thành cổng trục có công dụng chung còn gọi làcổng trục dùng để xếp dỡ, cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng và cổngtrục chuyên dùng

Cổng trục có công dụng chung có tải trọng nâng từ 3,2 - 10T, khẩu độ dầmcầu 10- 40m, chiều cao nâng 7-16m Cổng trục dùng để lắp ráp trong Xâydựng có tải trọng nâng 50 – 400 (tấn), khẩu độ đến 80m và chiều cao nâng

đến 30m Cổng trục dùng để lắp ráp có tốc độ nâng, di chuyển xe con và dichuyển cổng nhỏ hơn so với cổng trục có công dụng chung Đặc biệt nó có tốc

độ chậm khi dùng lắp ghép, nâng hạ vật 0,05- 0,1 m/ph và di chuyển xe con dichuyển cổng 0,1 m/ph

Hình 1.1: cổng trục một dầmCổng trục có công dụng chung dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng thể khối,vật liệu rời trong các kho bãi bến cảng nhà ga, đờng sắt Cổng trục dùng để lắpráp dùng trong lắp ráp thiết bị trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong các côngtrình năng lợng và lắp ghép các công trình giao thông Thiết bị mang vật củacổng trục thờng là móc treo, gàu ngoạm hoặc là nam châm điện Cổng trụcchuyên dùng thờng đợc sử dụng trong các nhà máy thuỷ điện

Theo kết cấu thép có cổng trục không có côngxôn (hình 1.1), cổng trục cómột đầu côngxôn và hai đầu côngxôn (hình 1.2) Kết cấu dầm cầu và kết cấuchân cổng cũng rất da dạng Dầm cầu có thể đợc chế tạo dới dạng dầm hộphàn, dạng ống, dầm dàn không gian và có thể một hoặc hai dầm Kết cấu châncổng có thể là dàn hoặc hộp

Hình1.2: cổng trục một dầm có côngxônRay di chuyển xe con trên dầm cầu có thể đặt phía trên hoặc treo ở phía d-

ới dầm cầu Chân cổng thờng có một chân cứng (có kết cấu hộp hoặc dànkhông gian liên kết cứng với dầm cầu) và một chân mềm (có kết cấu ống hoặcgiàn phẳng và liên kết khớp với dầm cầu) Chân mềm có liên kết khớp vớidầm cầu để đảm bảo cho kết cấu là hệ tĩnh định, nó có thể lắc quanh trụcthẳng đứng đến 50 để bù trừ sai lệch của kết cấu và đờng ray do chế tạo, lắp

đặt và ảnh hởng của biến dạng do nhiệu độ Nh vậy chân mềm của cổng trục

có tác dụng giảm ma sát thành bánh xe với ray, giảm tải trọng xô lệch và tránhkẹt ray khi di chuyển Cổng trục có khẩu độ dới 25m có thể chế tạo haichâncứng Đối với cổng trục hạng nặng có sức nâng trên 100T thờng là hai ray dichuyển cho mỗi bên và cụm bánh xe di chuyển gồm nhiều bánh xe đặt trêncầu cân bằng để đảm bảo cho chúng có lực nén bánh đều nhau Các cổng trục

có sức nâng lớn thờng đợc bố trí thêm một đến hai tời nâng phụ

Xe con của cổng trục có thể là palăng điện hoặc tời treo chạy trên ray treo

và có thể là xe con giống nh cầu trục Cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển xe con

có thể bố trí trên kết cấu thép của cổng truc, dẫn động xe con bằng cáp kéo.2.2 Kết cấu thép cổng trục

Kết cấu thép của cổng trục bao gồm dầm cầu và các chân cổng

a Kết cấu thép của dầm cầu

Cổng trục một dầm có kết cấu dầm là tổ hợp đợc sử dụng rất phổ biến vớisức nâng từ 5 - 10 t Các cổng trục một dầm thờng sử dụng palăng điện chạytrên ray treo dới dầm (hình 1.1,1.2) Một số trờng hợp dùng xe con chạy trênhai ray đặt dới dầm (hình 1.3g,h,i) Dầm cầu dạng dàn không gian thờng cóthêm các thanh xiên ở bên trong để tăng cứng

ra với tải trọng nâng lớn dầm cầu có thể là giàn không gian.

b Kết cấu thép của chân cổng

Chân cổng có kết cấu hộp hoặc dàn, với kết cấu dàn thì chân có khả năngchịu tải trọng lớn tuy nhiên chúng có nhợc điểm là thờng chiếm nhiều diệntích, chân cổng kiểu hộp khắc phục đợc nhợc điểm này của chân dàn Trênhình 1.5a,b là chân cứng của cổng trục có dạng hộp và mặt cắt dầm cầu nhtrên hình 1.4, với kết cấu này cổng trục có thể có một hoặc hai đầu côngxôn

a b c

Hình 1.5: chân cổngChân cổng có kết cấu giàn cùng dầm cầu loại giàn không gian (một dầm),trong trờng hợp này thờng xe con di chuyển trên ray bên dới dầm cầu, vậtnâng đợc treo trên các palăng cáp (hình 1.5c)

Cabin của cổng trục có thể đợc đặt cố định tại chân cứng hoặc treo trên xecon và di chuyển cùng xe con

Cổng trục hai dầm có xe con chạy trên ray đặt trên hai dầm thờng có thêmsàn thao tác để bảo dỡng và sửa chữa

Cổng trục có khẩu độ dới 25m có thể chế tạo với hai chân cứng (hình1.6a), cổng trục có khẩu độ lớn thờng một chân liên kết cứng với dầm cònchân kia liên kết khớp với dầm Trên sơ đồ 1.6b,c có chân cổng liên kết khớpvới dầm Sơ đồ 1.6b có chân cổng bên trái liên kết cứng với dầm còn châncổng bên phải liên kết khớp với dầm nhờ khớp quay hình trụ với trục xoaynằm trong mặt phẳng ngang Với sơ đồ này chân cổng có thể lắc quanh trụcthẳng đứng tới 50 về cả hai phía và góc lắc đợc khống chế bởi khe hở giữa vỏkhớp phía dới và phía trên Trong trờng hợp này cổng trục bị xô lệch do tốc độhai bên không đồng đều nhau thì dầm cầu bị uốn trong mặt phẳng ngang

3 Xe con của cổng trục

Kết cấu xe con của cổng trục rất đa dạng tuỳ thuộc vào kết cấu của dầmcầu và tải trọng nâng của cổng trục

Cổng trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ thờng dùng palăng điện chạydọc ray treo ở dới dầm Loại cổng trục này thờng đợc điều khiển từ cabin hoặchộp nút bấm từ dới nền

Cổng trục hai dầm có tải trọng nâng lớn thờng dùng xe con chạy trên cácray đặt trên hai dầm Một số cổng trục có xe con tựa hoặc treo trên hai ray đặtdới dầm (thờng là dầm dàn không gian) Theo cách dẫn động có loại xe con tựhành và xe con di chuyển nhờ cáp kéo

5 6 6

Hình 1.7: sơ đồ mắc cáp trên xe con di chuyển bằng cáp kéo

a cơ câu nâng vật, b cơ cấu di chuyển xe con

1,2 các thiết bị điều chỉnh lực căng cáp kéo

3 xe con, 4 cabin, 5 tang của cơ cấu di chuyển

6 các puly đổi hớng cápCơ cấu di chuyển xe con bằng cáp kéo thờng đặt ngoài xe con (trên kếtcấu thép của cổng trục) Sơ đồ mắc cáp của cơ cấu di chuyển xe con nh hình1.7b, hai đầu của cáp đợc quấn vào tang theo chiều ngợc nhau do đó khi tangquay thì một đầu cuốn còn một đầu nhả đảm bảo cho xe con di chuyển đợc.Tang của cơ cấu này có thể là tang thờng hoặc tang ma sát Cabin điều khiển

có thể đợc gắn trên xe con và di chuyển cùng nó

Cơ cấu nâng của cổng trục cũng có thể đợc đặt trên xe con hoặc ngoài

xe con (trên kết cấu thép của cổng trục) Khi đặt ngoài xe con (hình 1.7a), để

đảm bảo chiều cao nâng không đổi khi xe con di chuyển thì cáp nâng vắt quacác puly trên xe con và trên cụm móc treo sau đó đi ra khỏi xe con về phíacuối dầm cầu và cáp đợc cố định vào dầm cuối Phơng án này cho phép giảm

đáng kể kích thớc và trọng lợng của xe con do đó trọng lợng của dầm cầucũng giảm đáng kể khoảng 20% Nhợc điểm của phơng án này là cáp nâng cóthể có độ võng rất lớn khi xe con di chuyển không tải trọng nâng Để khắcphục nhợng điểm này, ngời ta làm các con lăn đỡ cáp nâng và tăng trọng lợngcủa cụm móc treo

4 Cơ cấu di chuyển cổng trục

trọng xô lệch cổng song cồng kềnh, khó lắp đặt và đắt nên hiện nay khôngdùng Hiện nay cơ cấu di chuyển cổng thờng dùng phơng án dẫn động riêng.Trên mỗi chân cổng có một cơ cấu di chuyển riêng, số bánh xe chủ động th-ờng không vợt quá 50% tổng số bánh xe

Hình 1.8: các sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cổng trụcCổng trục hiện đại thờng dùng cơ cấu di chuyển có hộp giảm tốc đặt đứnghoặc hộp giảm tốc trục vít - bánh vít và động cơ lắp mặt bích với hộp giảmtốc Kết cấu này vừa gọn nhẹ vừa dễ tháo lắp Cổng trục cỡ lớn thờng có châncổng tựa trên các bánh xe, số bánh xe trên mỗi cụm là hai đến bốn bánh đểgiảm tải cho bánh Các cụm bánh xe thờng lắp trên các cầu cân bằng để đảmbảo lực nén đều trên các bánh xe Ray di chuyển cổng có thể là một hoặc hairay Trên hình 1.8 là các sơ đồ dẫn động của cơ cấu di chuyển cổng

Cổng trục chủ yếu làm việc ngoài trời do đó cần phải có cơ cấu kẹp ray để

đảm bảo an toàn trong trờng hợp gió lớn khi không làm việc Thiết bị kẹp raydẫn động bằng tay làm việc tơng đối tin cậy song mất nhiều thời gian và nặngnhọc, hiện nay phổ biến loại kẹp ray dẫn động bằng máy Loại này hoạt động

tự động nhờ tác động của thiết bị đo gió khi áp lực gió vợt quá giá trị chophép Tuy nhiên cổng trục vẫn phải có thiết bị kẹp ray dẫn động bằng tay đềphòng thiết bị kẹp ray bằng máy hỏng

5 Một số dạng kết cấu đặc biệt của cổng trục

a Cổng trục tự lắp dựng

Hình 1.9: sơ đồ lắp dựng cổng trục tự lắp dựngLắp dựng cổng trục là một công việc nặng nhọc và tốn thời gian Kết cấucổng trục tự lắp dựng cho phép giảm nhẹ mức độ nặng nhọc và rút ngắn thờigian lắp dựng Loại cổng trục này ngày càng đợc sử dụng rộng rãi Sơ đồ lắpdựng nh hình 1.9, tải trọng nâng của cổng trục tự lắp dựng thờng không vợtquá 20t.

b Cổng trục xếp dỡ côngtennơ

- Loại cổng trục này chuyên dùng để xếp dỡ côngtennơ trong các nhà gabến cảng, kho bãi Đặc điểm chính là dùng các thiết bị mang chuyêndùng rút ngắn thời gian xếp dỡ và giảm nhẹ sức lao động Cổng trục xếp

dỡ côngtennơ thờng có hai đầu côngxôn Một đầu công xôn thờng đặttrong nhà kho chứa côngtennơ một đầu là ở bãi để côngtennơ Phầnphía trong chân cổng thờng có ray di chuyển để tàu hoả hoặc các phơngtiện khác vào để vận chuyển hàng hoá đến hoặc đi

- Tải trọng nâng của cổng trục xếp dỡ côngtennơ thờng đợc chọn theo tảitrọng của côngtennơ và thiết bị mang chuyên dùng vì chúng khá nặng

c Cổng trục phục vụ nhà máy thuỷ điện

Cổng trục này thờng đợc dùng trong lắp ráp và vận hành khai thác nhàmáy thuỷ điện Chúng thờng có tải trọng nâng lớn (từ 100 - 500t) và có khẩu

độ dầm cầu không lớn

Có thể chia cổng trục trong nhà máy thuỷ điện làm 3 loại:

- Cổng trục dùng để lắp ráp và phục vụ các thiết bị trong nhà máy thuỷ

điện

- Cổng trục phục vụ các thiết bị và nâng hạ của đập

- Cổng trục để phục vụ lắp ráp cửa đập

rộng của cửa đập và để tránh khả năng bị kẹt cửa đập trong khung dẫn hớngcủa nó, hai tời nâng phải đồng đều Cửa đập trong các nhà máy thuỷ điện phải

đợc nâng với tốc độ chậm Còn khi không nâng thì phải có tốc độ nhanh để rútngắn thời gian do vậy tời nâng phải có hai tốc độ

II Giới thiệu cổng trục thiết kế

1.1 Đặc điểm làm việc của cổng trục thiết kế:

a Mục đích sử dụng của cổng trục thiết kế:

- Cổng trục thiết kế để phục phụ các thiết bị và nâng hạ cửa đập của nhàmáy thuỷ điện Đrâyhơlinh

b Yêu cầu về tốc độ , cấu tạo và điều khiển:

- Sức nâng của cổng trục Q = 20 (tấn); khẩu độ 3 (m); hành trình dichuyển của xe con L = 2,5 (m);

- Chiều cao nâng : Từ mặt ray : 8 (m)

+ Từ cốt âm so với mặt ray (cao 13,5 m) là H = 21,5 (m)+ Tốc độ nâng 8 m/0,8 m/phút

- Tốc độ di chuyển xe con vxecon=10 (m/phút)

- Tốc độ di chuyển của cổng trục vcổng= 32,5 (m/ph)

- Chế độ làm việc nhẹ 15% Điều khiển từ Cabin

1.2 Cấu tạo chung:

- Với nhiệm vụ thiết kế là cổng trục có sức nâng Q = 20 (tấn) và khẩu độ

L =3,5 m ta lựa chọn phơng án thiết kế là cổng trục hai dầm xe con dichuyển trên ray đặt trên hai dầm Sơ đồ hình chung cổng trục thiết kế

nh hình 1.10

- Cổng trục này đợc thiết kế với khẩu độ nhỏ, với hai chân đợc liên kếtcứng với dầm Nh vậy sẽ giúp cho công việc lắp dựng đơn giản hơn,giảm thời gian do đó tăng năng suất lao động

a) Hình chung cổng trục thiết kế : ( Hình 1.10 )

1 : Cụm cơ cấu di chuyển 5 : Sàn công tác

2 : Giàn leo cổng trục 6 : Xe con di chuyển