THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG CHO CẦU TRỤC HAI DẦM CHẠY ĐIỆN TẢI TRỌNG 5 TẤN

Hình 1.1 Một loại cầu trục dầm đôi - Các bộ máy của cầu trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc bằng động cơđiện dùng mạng điện công nghiệp.. 1.2 Các dạng cầu trục đang được sử dụng ở Vi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ GIỚI HÓA XÍ NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT NÂNG CHUYỂN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG CHO CẦU TRỤC HAI

DẦM CHẠY ĐIỆN TẢI TRỌNG 5 TẤN

SVTH : Đỗ Trường ThanhMSSV : 20801925

GVHD : Lê Hồng Sơn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ GIỚI HÓA XÍ NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT NÂNG CHUYỂN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG CHO CẦU TRỤC HAI

DẦM CHẠY ĐIỆN TẢI TRỌNG 5 TẤN

SVTH : Đỗ Trường ThanhMSSV : 20801925

GVHD : Lê Hồng Sơn

MỤC LỤC

2

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC

1.1 Giới thiệu chung về cầu trục

- Cầu trục là loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đườngray chuyên dùng, nên còn gọi là cầu lăn Nó được sử dụng rất phổ biến tronghầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng - chuyển các vật nặng trongcác nhà xưởng và kho; cũng có thể dùng để xếp dỡ hàng Ngoài ra cầu trụccòn dùng để lắp ráp thiết bị công nghiệp, thiết bị thuỷ điện lớn Cầu trục có thểđược trang bị móc câu, cơ cấu nam châm điện, hoặc gầu ngoạm tuỳ theo dạng

và tính chất của vật nặng Theo dạng kết cấu thép của cầu trục, người ta phânloại thành Cầu trục một dầm và Cầu trục hai dầm

Hình 1.1 Một loại cầu trục dầm đôi

- Các bộ máy của cầu trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc bằng động cơđiện dùng mạng điện công nghiệp Cầu trục được điều khiển do người láichuyên nghiệp từ trong cabin treo ở một đầu cầu lăn Trường hợp dùng palăngđiện làm cơ cấu nâng thì có thể được điều khiển từ mặt nền nhà xưởng quahộp nút ấn điều khiển Ở trường hợp này có thể không cần người lái chuyênnghiệp

4

- Các thông số cơ bản của cầ trục là: sức nâng tải ( )Q T , khẩu độ ( ) L m , chiều

cao nâng ( )H m , vận tốc và chế độ làm việc của các bộ phận máy của cầu trục.

1.2 Các dạng cầu trục đang được sử dụng ở Việt Nam hiện nay

Hiện nay ở việt nam đang sử dụng và chế tạo rất nhiều loại cầu trục với cáckích thước, tải trọng và chế độ làm việc khác nhau để phục vụ cho nghành côngnghiệp của đất nước Ta có thể chia cầu trục ra làm các loại sau:

• Dựa vào tải trọng nâng:

- Loại nhẹ: có tải nâng từ 1÷5 tấn

- Loại trung bình: có tải nâng từ 5÷16 tấn

- Loại nặng: có tải nâng từ 16÷80 tấn

- Rất nặng: có tải nâng lớn hơn 80 tấn

• Dựa vào chế độ làm việc:

- Chế độ làm việc nhẹ: Đặc điểm của chế độ này là hệ số sử dụng tải trọngthấp ; cường độ làm việc nhỏ, trung bình CĐ%=15%, số lần mở máytrong một giờ ít (dưới 60 lần)

- Chế độ làm việc trung bình: Đặc điểm của chế độ này là hệ số sử dụngtải trọng đạt khoảng 0,75; vận tốc làm việc trung bình; cường độ làmviệc CĐ%=25%; số lần mở máy trong một giờ đến 120 lần

- Chế độ làm việc nặng: Đặc điểm của chế độ này là hệ số sử dụng tảitrọng cao , vận tốc làm việc lớn, cường độ làm việc CĐ%=40%, số lần

mở máy trong một giờ đến 240 lần

- Chế độ làm việc rất nặng: Đặc điểm của chế độ này là hệ số sử dụng tảitrọng (K luôn luôn bằng 1, vận tốc cao, cường độ CĐ%=(40÷60)% , Q)

số lần mở máy trong một giờ đến 360 lần

• Dựa vào dạng kết cấu thép:

- Cầu trục hai dầm hay còn gọi là cầu trục dầm đôi (cũng có hai kiểu làkiểu tựa và kiểu treo).

Hình 1.2 Cầu trục dầm đôi kiểu 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 cấuđơn giản nhưng vẫn đảm bảo được độ tin cậy cao nên được sử dụng rất phổ biến.Hình 1.2.2 cho thấy hình dạng chung của cầu trục tựa loại một dầm, phần kết cấuthép của cầu trục 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 dẫndẫn động chung Phía trên dầm chữ I là khung giàn thép (4) để đảm bảo độ cứngvững theo phương ngang của dầm cầu Palăng điện (3) có thể chạy dọc theo cánhthép phía dưới của dầm I nhờ cơ cấu di chuyển palăng Cabin điều khiển (2) đượctreo vào phần kết cấu chịu lực của cầu trục

6

Hình 1.3 Cầu trục tựa

Cầu trục treo là loại cầu trục mà toàn bộ phần kết cấu thép có thể chạy dọc

theo nhà xưởng nhờ hai ray treo hoặc nhờ nhiều ray treo Do liên kết treo của cácray phức tạp nên loại cầu trục này thường chỉ được dùng trong các trường hợp đặcbiệt cần thiết So với cầu trục tựa, cầu trục treo có ưu điểm là có thể làm dầm cầudài hơn, do đó nó có thể phục vụ cả phần rìa mép của nhà xưởng, thậm chí có thểchuyển hàng giữa hai nhà xưởng song song đồng thời kết cấu thép của cầu trục treonhẹ hơn so với cầu trục tựa Tuy nhiên, cầu trục treo có chiều cao nâng thấp hơncầu trục tựa

Hình 1.4 Cầu trục treo a) Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo

• Dựa vào công dụng:

- Cầu trục công dụng chung

- Cầu trục chuyên môn hoá phục vụ xếp dỡ

1.3 Cấu tạo chung của cầu trục

Cầu trục có nhiều dạng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận sau:

- Động cơ: Trong máy trục sử dụng 3 loại động cơ là động cơ đốt trong, động

cơ khí nén, động cơ điện Động cơ đốt trong thích hợp với những máy di độngnhiều, hoạt động độc lập, không theo quỹ đạo nhất định và xa nguồn điện.Động cơ khí nén thường được sử dụng trong những máy cố định hay máycông cụ như máy đóng cọc, máy khoan, máy phun vôi Động cơ điện là loạiđộng cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong cầu trục vì phù hợp với tính chấtlàm việc của cầu trục (cố định, di chuyển ngắn theo quỹ đạo nhất định) và cócông suất cao, gọn nhẹ, chịu tải tốt, thay đổi tốc độ và chiều quay nhanh, dễ tựđộng hoá

8

- Hệ thống truyền động: Có rất nhiều kiểu truyền động như truyền động dầu épkhí nén, truyền động điện, truyền động hỗn hợp, truyền động cơ khí Tuynhiên trong cầu trục dùng phổ biến là truyền động cơ khí vì dễ chế tạo, antoàn.

- Cơ cấu công tác

- Cơ cấu quay

- Cơ cấu di chuyển: Thường sử dụng di chuyển bằng bánh xe và ray

- Hệ thống điều khiển: Sử dụng để tắt mở hoạt động của các cơ cấu

- Khung bệ

- Các thiết bị phụ

- Để dễ dàng trong thiết kế người ta chia cầu trục ra làm ba cơ cấu chính: cơ cấunâng vật, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu

1.4 Giới thiệu về cầu trục hai dầm

Cầu trục hai dầm là loại máy trục kiểu cầu, có hai dầm chủ hoặc hai dàn chủliên kết với hai dầm đầu bằng phương pháp hàn hoặc bằng bu lông, trên dầm đầulắp các cụm bánh xe di chuyển cầu để cho cầu di chuyển dọc theo đường raychuyên dùng đặt trên cao dọc nhà xưởng hoặc ở ngoài trời

Xe con mang hàng của cầu trục được di chuyển dọc theo đường ray ghép trênhai dầm chủ hoặc dàn chủ, trên xe con có đặt bộ máy nâng - hạ hàng và bộ máy dichuyển xe con

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG

Các số liệu ban đầu

Tải trọng : Q=5 t 5000 N=

Chiều cao nâng : H =6 m

Vận tốc nâng : v n =9,3 m/ph

Chế độ làm việc : Trung bình

Sơ đồ của cơ cấu nâng được cho trong Hình 2.0 Theo sơ đồ này cơ cấu gồm

có động cơ điện (1), hộp giảm tốc (2), khớp nối vòng đàn hồi (3), trong đó nửa khớpphía bên hộp giảm tốc được sử dụng làm bánh phanh, tang (4), khớp răng đặc biệt(5) nối tang với trục ra của hộp giảm tốc, phanh (6) Dùng sơ đồ này với kiểu nốitang với trục ra của hộp giảm tốc bằng khớp răng đặc biệt, ta sẽ được kích thướcchiều dài của cơ cấu nhỏ gọn, đồng thời đảm bảo việc chế tạo từng cụm riêng, tháolắp dễ dàng

1

23

2.1 Chọn loại dây

Vì cơ cấu làm việc với động cơ vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dây cho cơcấu, là loại dây có nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác như xích hàn, xíchtấm, và là loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay

Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛК-P theo ГOCT 2688-69 cótiếp xúc đường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sửdụng rộng rãi Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền 1400 2000 N/mm÷ 2.

Vậy ta chọn cáp ЛК-P 6 x 19 (ГOCT 2688-69) với giới hạn bền các sợi thép trongkhoảng 1500 1600 N/mm÷ 2 để dễ dàng trong việc thay cáp sau này khi bị mòn, đứt.

Hình 2.6 Mặt cắt dây cáp thép ЛК-Р 6x19

2.2 Pa-lăng giảm lực

Trên các cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang; cầu lăn phục vụtrong các phân xưởng sửa chữa cơ khí cần nâng hạ vật theo chiều thẳng đứng, đểtiện lợi trong khi làm việc; do đó ta chọn pa-lăng kép có hai nhánh dây chạy lêntang

Tương ứng với tải trọng nâng, theo ( [1], trang 25, bảng 2-6) chọn bội suất lăng a=2 Pa-lăng gồm hai ròng rọc di động và một ròng rọc cân bằng.

pa-Hình 2.7 Sơ đồ pa-lăng kép có bội suất a = 2

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cuốn lên tang khi nâng vật, xác địnhtheo ( [1], trang 24, công thức 2-19):

(1 ) 51000 (1 0,98)(1 ) 2 (1 0,98 ) 0,98 12878,79 N

o

a t

Q S

Q = + = - tải trọng nâng cùng với trọng lượng bộ phận

mang, ở đây chọn sơ bộ trọng lượng của bộphận mang (cụm móc) bằng 1000 N

0,98

rọc đặt trên ổ lăn, bôi trơn tốt2

0

t = - cáp cuốn trực tiếp lên tang, không qua ròng

rọc chuyển hướngHiệu suất của pa-lăng xác định theo ( [1], trang 24, công thức 2-21):

của sợi cáp σb =1600 N/mm2, có lực kéo đứt S d =73250 N, xấp xỉ với lực kéo đứtyêu cầu.

2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc

Với e=18 - hệ số thực nghiệm tra theo ( [1], trang 20, bảng 2-4)

Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau:

Hình 2.8 Sơ đồ tính chiều dài tang

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng

Chiều dài L là phần tang để cặp đầu cáp, nếu dùng phương pháp cặp thông1

thường thì phải cắt thêm khoảng 3 vòng rãnh trên tang nữa, do đó:

Khoảng cách L , ngăn cách giữa hai nửa cắt rãnh, được tính theo công thức:3

α - góc nghiêng cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với phương

thẳng đứng, đối với tang cắt rãnh

1tan

2.4.2 Kiểm tra các điều kiện bền của tang

Kiểm tra sức bền nén của tang theo ( [1], trang 22, công thức 2-15):

2 max 1 0,8 12878,79

63,60 N/mm

12 13,5

n

k S t

ϕσ

Theo [3], tang đúc bằng gang có [ ] 70 90 N/mmσn = ÷ 2, vậy điều kiện σn < σ

Công suất danh nghĩa : N dc =10HP=7, 46kW

Số vòng quay danh nghĩa : n dc =965 vg/ph

2.6 Tỷ số truyền chung

Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang xác định theo ( [1], trang 55,công thức 3-15):

dc o t

n i n

o

v a n

o

kQ D M

ai

× ×

Với k - hệ số an toàn, tra theo ( [1], trang 54, bảng 3-2)

Tra [2] chọn loại phanh má điện xoay chiều, ký hiệu TKT-200 có mô-menphanh danh nghĩa M dn ph =156,9 Nm, lớn hơn mô-men phanh yêu cầu.

Đường kính bánh phanh D=200 mm

2.8 Bộ truyền

Căn cứ vào yêu cầu về công suất phải truyền với CĐ25%, số vòng quay trụcvào, tỷ số truyền và yêu cầu về lắp ráp, tra [2] chọn hộp giảm tốc ký hiệu РЦД-400

Tỷ số truyền : 40 (phương án II)

Kiểu lắp : sơ đồ 2, trục ra trục vào quay về một phía

Vận tốc đầu vào nhanh nhất : 1000 vg/ph

Công suất truyền được : 8,9 kW

Với hộp giảm tốc đã chọn, sai số tỷ số truyền:

dc t

n n i

Tính lại đường kính tang (tính đến tâm cáp):

9,3 2

0, 246 m24,02

n o t

v a D

Vậy đường kính tang chọn lại: D t =230 mm

Tính toán lại các số liệu khác liên quan:

2.9 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng

2.9.1 Khớp nối trục động cơ với hộp giảm tốc

Sử dụng loại khớp vòng đàn hồi, phía nửa khớp bên hộp giảm tốc kết hợp làmbánh phanh

Căn cứ vào đường kính bánh phanh D=200 mm, tra [2] chọn được khớp nối

tương ứng với mô-men lớn nhất truyền được là Mmax =230 Nm, mô-men vô lăngcủa khớp là (G D i i2)kn =1,12 Nm2.

Mô-men lớn nhất mà khớp phải truyền có thể xuất hiện trong 2 trường hợp:khi mở máy nâng vật và khi phanh hãm vật đang nâng

Khi mở máy nâng vật

Với hệ số quá tải lớn nhất đã quy định, mô-men mở máy lớn nhất bằng:

' ' 84,94 43,33 128, 27 Nm

kn n d

Khi phanh hãm vật đang nâng

Mô-men đặt trên phanh là M ph =131, 41 Nm.

Tổng mô-men để thắng quán tính của cả hệ thống:

M = Kiểm tra điều kiện làm việc an toàn của khớp nối:

1 2 132,3 1,3 1, 2 206,39 Nm

Với k , 1 k - hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu và điều kiện làm2

việc của khớp nối, tra theo ( [1], trang 180, bảng 9-2)

Vậy khớp nối đã chọn có thể làm việc an toàn

2.9.2 Móc và ổ treo móc

Với số liệu đã cho Q=5 tấn, chế độ làm việc trung bình, ta chọn móc tiêu

chuẩn số hiệu 13Б Vật liệu chế tạo móc là thép 20

2.9.3 Bộ phận tang

2.9.3.1 Cặp đầu cáp trên tang

Ta sẽ dùng kiểu cặp đầu cáp trên tang thông thường: ở mỗi đầu cáp dùng 2tấm cặp một bu-lông, tương ứng với đường kính dây cáp d c =12 mm, bước cắt

P l P

/4

mm

P l P

Xét điều kiện bề mặt ghép không bị xoay:

f - hệ số ma sát, tương ứng bề mặt tiếp xúc gang-thép tra theo [6] chọn

∑ - tổng khoảng cách từ mỗi lông đến tâm mối ghép, ở đây các

bu-lông được phân bố đều theo hình tròn nên ∑r i = ×z r , với z - số

bu-lông và r - bánh kính vòng tròn qua tâm các bu-lông, chọn sơ bộ

×

× ×

Với k =1, 2- hệ số an toàn mối lắp

Đường kính thân bu-lông được xác định theo ( [5], trang 582, công thức17.20):

ch k

Sử dụng vật liệu thép 45 để chế tạo trục tang Ứng suất uốn cho phép với chu

kỳ đối xứng được tính theo ( [1], trang 12, công thức 1-12):

C C

M d

Tại D lắp ổ lòng cầu 2 dãy thanh lăn cho phép độ không đồng tâm giữa 2 ổ và

có hệ số khả năng làm việc cao Đường kính trục tại đây là d D =45 mm Tải trọng

lớn nhất tác động lên ổ là tải trọng hướng tâm, bằng phản lực R D =12707 N.

Tải trọng tính lớn nhất lên ổ, trong trường hợp không có lực dọc trục, tính theo( [5], trang 391, công thức 11.22):

Ngoài ra, khi tính toán ổ lăn trong các cơ cấu máy trục, phải nhân thêm mộtlượng k t =1,2 - hệ số tải trọng tra theo ( [1], trang 189, bảng 9-3).

Tỷ lệ thời gian tác dụng của 3 tải trọng này theo đồ thị gia tải là 1:5:4

Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ:

3,33 3,33 3,33 3,33

và xem như số vòng quay của tang không thay đổi khi làm việc với

các tải trọng khác nhau nên 1

1

i i

n n

.Theo ( [1], trang 6, bảng 1-1), thời hạn phục vụ của ổ N =5 năm, tương ứng

Tra [7] chọn ổ lòng cầu 2 dãy ký hiệu 21309 E * có C =125000 N.

Tương tự tại A ta chọn ổ lòng cầu 2 dãy ký hiệu 22208 E * có C=96500 N.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường, Tính toán Máy trục NXB Khoa học &

Kỹ thuật, 1975

[2] "Atlas Máy nâng chuyển," in , 1974

[3] Huỳnh Văn Hoàng et al., Kỹ thuật Nâng chuyển NXB Đại học quốc gia

Tp.HCM, 2010

[4] WEG Electric Corporation, "Technical proposal - Three-phase induction motor

- Squirrel cage rotor," in , 2013

[5] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở Thiết kế máy NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 2009.

[6] Roy Beardmore (2013, Mar.) RoyMech [Online]

PHỤ LỤC – CÁC BẢNG TRA CỨU