thiết kế hệ thống nâng hạ tải của Palăng

Nuớc ta đang trong giai đoạn tiến hành công nghiệp hoá, hiện đại hóa nền kinh tế, đến năm 2020 về cơ bản nước ta là một nước công nghiệp để thực hiện quá trình đó ngành cơ khí đóng một vai trò rất quan trọng.

LỜI NÓI ĐẦU

Nuớc ta đang trong giai đoạn tiến hành công nghiệp hoá, hiện đại hóa nền kinh tế,

đến năm 2020 về cơ bản nước ta là một nước công nghiệp để thực hiện quá trình đóngành cơ khí đóng một vai trò rất quan trọng Có thể nói đây là ngành then chốt của nềnkinh tế quốc dân và là ngành mũi nhọn trong quá trình phát triển đất nước

Là sinh viên nghành cơ điện tử trong quá trình học tập và thực tế em nhận thấy hiện

nay việc chế tạo các loại máy phục vụ cho công nghiệp nói riêng và các ngành khác nóichung là rất cần thiết nhằm: tăng năng suất lao động, chất lượng sản phẩm, giảm giáthành sản phẩm Cơ giới hóa các công đoạn nặng nhọc giảm nhẹ sức lao động cho conngười

Với đề tài thiết kế hệ thống nâng hạ tải của Palăng để nâng chuyển hàng hóa trongcác kho và nhà xưởng… Em đã tìm hiểu thực tế và đọc các tài liệu có liên quan để có thểthiết kế cơ cấu có kết cấu đơn giản, máy hoạt động an toàn và tin cậy, việc chế tạo và lắpđặt phù hợp với điều kiện hiện có tại các nhà máy cơ khí hiện nay Đồng thời giá thànhmáy không cao

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Đắc Lực em đã hoàn thành nhiệm

vụ được giao Tuy nhiên thời gian thiết kế tương đối ngắn và kiến thức còn hạn chế nêntrong quá trình làm không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý củaquí thầy cô để đề tài của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng, Tháng 3 năm 2011Sinh viên thực hiện

Đỗ Hồng

Chương 1: TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH NÂNG CHUYỂN HÀNG HÓA

1 Khái niệm

Nâng chuyển hàng hóa là quá trình thay đổi vị trí các vật nặng dạng khối hoặc các vậtphẩm rời vụn với khối lượng lớn nhờ các thiết bị nâng chuyển như Palăng, cầu trục, băngtải, xích tải, con lăn, đường ống…

2 Phân loại máy nâng chuyển

Căn cứ vào chuyển động chính người ta phân ra phân máy nâng chuyển ra làm 2 nhóm

a Máy vận chuyển theo chu kỳ (máy nâng)

 Đặc điểm:

- Hoạt động có tính chất chu kỳ (luôn phiên giữa thời kỳ làm việc và thời kỳ nghĩ)của cơ cấu máy

- Phần chủ yếu của máy vận chuyển theo chu kỳ là máy trục

- Vận chuyển vật nặng theo hướng thẳng đứng và một số chuyển động khác trongmặt phẳng ngang, trong đó cơ cấu nâng là cơ cấu chủ yếu

- Chúng có thể làm việc trong nhà hoặc ngoài trời

 Phân loại:

- Theo công dụng phân làm 3 nhóm lớn:

 Máy trục đơn giản: là máy có một chuyển động chủ yếu là nâng hạ (kích, tời,Palăng…)

 Máy trục thông dụng: là các loại máy có từ 2 chuyển động trở lên (cần trục,cần cẩu, cầu trục…)

 Máy trục đặc chủng: Là các loại máy trục đặc biệt dùng riêng theo yêu cầu nào

đó (thang máy, máy trục bến cảng…)

- Theo đặc tính di chuyển phân thành các loại như: Kích, kích trục vít, kích thanhrăng, thang máy, cần trục cố định, cần trục di động, cần trục nổi…

b Máy vận chuyển liên tục

 Đặc điểm

- Vật phẩm được di chuyển thành dòng liên tục và ổn định.

- Có thể bốc dỡ tải ngay trong quá trình vận chuyển

 Phân loại

- Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo: Băng tải, xích…

- Máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo: Vít tải, hệ thống đường lăn, ốngdẫn…

3 Các thông số cơ bản của máy nâng

- Sức nâng kí hiệu là [Q] có đơn vị đo là TẤN, KG, N là trọng lượng lớn nhất màmáy có thể nâng được ở trạng thái làm việc nhất định nào đó của máy

- Tầm với R, m là khoảng cách theo phương ngang từ tâm thiết bị mang vật đến trụcquay của máy Tầm với chỉ có ở các cần trục có tay cần

- Mômen tải MQ, tm, kNm là tích số giữa sức nâng và tầm với Mômen tải có thể làkhông đổi hay không đổi theo tầm với

- Chiều cao nâng H, m là khoảng cách từ mặt bằng máy đứng đến tâm thiết bị mangvật ở vị trí cao nhất Với các cần trục có tay cần thì chiều cao nâng thay đổi phụthuộc vào tầm với

- Khẩu lộ L, m là khoảng cách theo phương ngang giữa đường trục của hai đườngray mà trên đó máy di chuyển

- Đường đặc tính tải trọng là đồ thị mô tả mối quan hệ giữa sức nâng, tầm với vàchiều cao nâng

- Các thông số động học bao gồm tốc độ của các chuyển động riêng rẽ trên máy

- Tốc độ chuyển động tịnh tiến lên xuống của vật vn (nâng vật), vh (hạ vật), m/s

- Tốc độ di chuyển của máy trên mặt phẳng ngang vdc, m/s

- Tốc độ quay của phần quay quanh trục thẳng đứng của máy, nq, vg/ph

- Thời gian thay đổi tầm với T(s) là khoảng thời gian để thay đổi tầm với từ tầm vớinhỏ nhất Rmin đến tầm với lớn nhất Rmax Đôi khi người ta cho tốc độ thay đổi tầmvới trung bình m/s.

Chương 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CẦU TRỤC

1 Công dụng của cầu trục

Cầu trục được dùng trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và vận chuyển hànghóa với lượng lớn Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình cơ khí hóa tự động hóa quátrình sản xuất nhằm nâng cao năng suất lao động, chất lượng sản phẩm, cơ giới hóa một

số công đoạn nặng nhọc giảm nhẹ sức lao động của con người

Hình 1: Kết cấu một cầu trục điển hình.

2 Phân loại cầu trục

a Theo công dụng

- Cầu trục có công dụng chung: Chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, lắp ráp vàsữa chữa máy móc.

- Cầu trục chuyên dùng: Được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim vớicác thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độ làm việc rất nặng

b Theo kết cấu dầm cầu

- Cầu dầm đơn: Dầm cầu của cầu trục một dầm thường là dầm chữ I hoặc dầm tổhợp với các dầm thép tăng cứng cho dầm, cầu trục một dầm thường dùng palăngđiện chạy dọc theo dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển palăng

- Cầu dầm kép: Có các loại dầm hộp và dầm giàn không gian

- Ngoài ra theo nguồn dẫn động có các loại dẫn động tay và cầu trục dẫn động máy

e Theo cách mang tải

- Cầu trục móc

- Cầu trục gầu ngoạm

- Cầu trục nam châm điện(cầu trục điện từ)

f Theo phương thức dẫn động của cơ cấu năng

- Cầu trục dẫn động bằng tay

- Cầu trục dẫn động bằng động cơ điện

3 Tải trọng

a Tải trọng nâng danh nghĩa Q

Là trọng lượng lớn nhất của vật nâng mà máy có thể nâng được

Q = Qm +Qh

Qm: Trọng lượng thiết bị mang

Qh: Trọng lượng danh nghĩa của vật nâng, tức là trọng lượng lớn nhất của vật màmáy có thể nâng được

b Tải trọng do trọng lượng bản thân

Trọng lượng bản thân máy gồm trọng lượng của các chi tiết, cụm máy và kết cấukim loại Trong khi tính toán, thiết kế máy mới thường bỏ qua trọng lượng bản thân của

nó (trừ một số chi tiết có trọng lượng lớn)

c Tải trọng của gió

Đối với máy làm việc trong nhà thì áp lực gió không đáng kể có thể bỏ qua, còn cácmáy làm việc ngoài trời phải tính đến tải trọng do gió gây ra

d Tải trọng phát sinh khi vận chuyển

Bao gồm các tải trọng do trọng lượng bản thân và các tải trọng động phát sinh khivận chuyển

 Tải trọng theo phương đứng khi vận chuyển trên ray lấy bằng 60% ÷ 80% tảitrọng do trọng lượng bản thân

 Tải trọng động theo phương ngang lấy bằng 80% ÷ 90% tải trọng do trọng lượngcủa bản thân

e Tải trọng khi dựng lắp

Khi này tải trọng do trọng lượng bản thân lấy tăng 15% ÷ 20% Và phải kể đến tảitrọng gió cũng như các lực phát sinh trong quá trình lắp Áp lực gió lấy bằng 500N/m2

f Tải trọng động

Để khảo sát động lực học máy cần xây dựng mô hình bài toán về động lực học củamáy Các cơ cấu máy nên tìm cách qui về sơ đồ đơn giản nhất

4 Nguyên lý làm việc của cầu trục

Giới thiệu nguyên lý làm việc của một loại cầu trục điển hình (cầu trục 2 dầm kiểuhộp)

Hình 2: Kết cấu cầu trục hai dầm kiểu hộp.

Hình trên thể hiện kết cấu tổng thể của cầu trục 2 dầm, hai đầu của dầm chính 4được liên kết cứng với dầm cuối 10.Trên dầm cuối có lắp các bánh xe di chuyển 11chạy trên hai thanh ray đặt dọc theo nhà xưởng trên các vai cột Chạy dọc theo dầmchính có các xe con 8 di chuyển được nhờ cơ cấu12 Trên các xe con có cơ cấu nâng 1

Cơ cấu di chuyển cầu trục 13 được đặt trên kết cấu dầm cầu, cáp điện 5 được treo trêndây 9 để cấp điện cho các động cơ đặt trên xe con Dầm cầu có thểchạy trên các đườngray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu Vì vậy

cầu trục có thể nâng hạ và di chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong khônggian nhà xưởng.

Chương 3: PHƯƠNG ÁN ĐỘNG HỌC CHO PALĂNG

 Palăng đơn (hình 3 và hình 4) chỉ có một đầu dây quấn lên tang

 Palăng kép (hình 5 ) có hai đầu dây quấn lên tang

 Puli dùng ổ trượt và puli dùng ổ lăn.

c Bội suất palăng

 Palăng được đặc trưng bằng bội suất a

Đó là tỉ số giữa vận tốc đầu dây quấn lên tang và vận tốc nâng vật

+ Vtg : Vận tốc đầu dây quấn lên tang

+ Vng : Vận tốc nâng vật

+ n : Số đầu dây treo vật

+ m : Số đầu dây quấn lên tang

 Là thông số biểu thị khả năng giảm tải tác dụng lên tang

d Lực cản và hiệu suất của palăng

Hình 6: Lưc tác dụng lên Puly

Qua nghiên cứu lực cản này sinh ra từ hai thành phần:

W= W1+W2.NTrong đó:

W1 : Lực cản do độ cứng của dây (lực cản tĩnh), N

W2 : Lực cản do ma sát giữa dây và puli gây ra (lực cản động), N

Là tỉ số giữa lực căng ở nhánh vào (cũng là lực căng ở trạng thái tĩnh) và lực căng ởnhánh ra (là lực căng có cản của puli)

e Hiệu suất của palăng.

Smax – lực căng dây lớn nhất tác dụng lên tang.

a - Bội suất của palăng

n - Số đầu dây chịu tải

m - Số đầu dây cuốn lên tang

t - Số puli đổi hướng

- Hiệu suất của palăng

- Hiệu suất của puli

2 Chọn phương án động học của palăng

Thông qua việc phân tích quá trình làm việc của cơ cấu và đặc tính của palăng ta chọnpalăng kép 2 đầu dây quấn lên tang

Hình 7: Phương án động học cho palăng

a Sơ đồ 1:

4 3

2 5 1

1 Động cơ 3 Khớp nối vòng đàn hồi 5 Phanh

2 Hộp giảm tốc 4 Tang

b Sơ đồ 2:

1 6 2 5 4

3

1 Động cơ 4 Tang

2 Hộp giảm tốc 5 Khớp răng đặt biệt

3 Khớp nối vòng đàn hồi 6 Phanh

Dùng sơ đồ này ta có kích thước chiều dài lớn

c Sơ đồ 3:

1

5 4

2

6

3

d Sơ đồ 4:

 Ưu điểm của sơ đồ này là: Tỷ sồ truyền lớn, làm việc êm, có khả năng tự hãm, dễ bôi trơn, tháo lắp dễ dàng, chi phí chế tạo thấp…

 Bộ truyền này có các ưu điểm trên nên ta chọn sơ đồ 4 trên để thiết kế

- Trên các cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang

- Tương ứng với tải trọng cầu lăn:

Ta chọn a = 2 bảng 2-6 [I]

t

o

m

Q S

λ ).

λ - 1 (

) λ - 1 (

a max  CT 2-19 [I]

Hiệu suất palăng:

max max

η

S a m

Q S

- Kích thước dây cáp S đ Smax.n CT 2-10[I]

n: Hệ số an toàn, được chọn theo chế độ làm việc chọn n = 5.5 bảng 2-2 [I]

-Cáp thép được chọn theo điều kiện:

Sđ ≥ Smax.n=218752N

(1.1) [máy và thiết bị nâng, Trương Quốc Thành , NXB Khoa học kĩ thuật]

- Chọn cáp thép loại TK 6x37+1 ПOCT 3071-55, vOCT 3071-55, với σ b 1700 N 2

mm

Sđ=243500N

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

- Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc:

D t ≥ d c.e

d c 22mm e = 20 Bảng 4.2 [II]

- Ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau:

-Ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc có thể chọn đường kính nhỏhơn 20% so với ròng rọc làm việc

Chọn Dc=360(mm)

-Chiều dài toàn bộ của tang : L t 2(L1L2)L3 CT 2-14 [I]

Trong đó: - L1=4.t =4.(dc+2) =4.24=96(mm) dùng để kẹp đầu cáp trên tang

-

Với 1,5 vòng cáp để giảm tải trọng trên đầu kẹp cáp

-L3: Phần tang không tiện rãnh đảm bảo cho phép góc lệch cáp với pulytrong palăng dưới giá trị cho phép khi móc treo ở vị trí cao nhất.

k : hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên tang , k=1 vì lớp cáp cuốn 1 lớp

φ: hệ số giảm ứng suất, tang bằng gang φ= 0.8

S max=39773N t=24mm

Tang được đúc bằng gang C H 15-32 là loại vật liệu thông thường, có giới hạn bền

/

] [ = σ = =

σ ; Vậy σn < σ [ ].

d Chọn động cơ điện

- Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo công thức:

η 1000 60 V n Q

N  CT 2-78 [I]

Q = 2.Smax

η hiệu suất của cơ cấu bao gồm :

η  ηp ηt η 0

ηp:hiệu suất palăng ηp =0 99

ηt : hiệu suất tang ηt =0 96 bảng 1-9 [I]

η o hiệu suất bộ truyền có kể cả khớp nối với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ : η0 =0 92

- Số vòng quay danh nghĩa : n  đc 730vòng /phút

- Hệ số quá tải : max = 1,7

dn

M M

- Mômen danh nghĩa của động cơ: dn 9550 đc 9550.73017 222, 4

f Kiểm tra động cơ điện về nhiệt

- Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải như trên hình:

Đ



Trong đó: NCĐ - Công suất quy đổi về cường độ CĐ của động cơ

Nx - Công suất thực tế ứng với cường độ thực tế CĐx

x CD

- Vậy qua kiểm tra về nhiệt cho thấy động cơ được chọn là AO2-72-8 với CĐ 25%

có công suất danh nghĩa là là hoàn toàn thõa mãn yâu cầu trongkhi làm việc

Chương 4: THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC, KẾT CẤU CHO

HỘP GIẢM TỐC

1 Tỷ Số Truyền

Tỷ số truyền chung : i= 22,12

Tỷ số truyền là đặc trưng, là chỉ tiêu kĩ thuật có ảnh hưởng đến kích thước, chất lượngcủa bộ truyền cơ khí Việc phân phối tỷ số truyền cho các bộ truyền trong hộp tốc độ theonguyên tắc:

 Trọng lượng và kích thước của hộp tốc độ là nhỏ nhất

 Điều kiện bôi trơn tốt nhất

 Định ứng suất uốn và ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh vít

Ứng suất tiếp xúc cho phép tra bảng 7.2 sách tính toán thiết kế hệ thống dẫn động

8 , 0 10 55 , 5

10 10

8

7

7 8

N

k

6 , 0 10 55 , 5

10 10

8

7

6 8

6 ''

 Tính chọn số mối ren trục vít và số răng bánh vít

Chọn số mối ren của trục vít : Z1 = 2

Số răng của bánh vít: Z2 = i×Z1 = 22,12×2 = 44,24

Lấy Z2 = 44

 Ta tính lại tỷ số truyền thực tế là :

22 2

 Số vòng quay thực của bánh vít :

)/(3318,3322

Sai số về số vòng quay của bánh vít so với yêu cầu nằm trong phạm vi cho phép

 Chọn sơ bộ trị số hiệu suất, hệ số tải trọng và tính công suất bánh vít

Với Z1 = 2 chọn sơ bộ η = 0,82

 Công suất ra trên trục động cơ là Nđc=17kW

 Công suất trên trục vít là N1=Nđc ηkn ηol =17.0,99.0,99=16,66 kW

 Công suất trên bánh vít

N2 = N1 η bv.ηol = 16,66.0,82.0,99 = 13,52 kW

 Định sơ bộ hệ số tải trọng K = 1,1

 Định môđun m và hệ số đường kính q tính theo điều kiện sức bền tiếp xúc

m 3

2

2 2

10 45 , 1 (

n

N K Z

33

52 , 13 1 , 1 44

200

10 45 , 1

 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng

Vận tốc trượt vt có phương theo đường tiếp tuyến của ren trục vít

78,38219100

7301219100

2 2 2

2 1



m n z q

Phù hợp với dự đoán khi chọn vật liệu bánh vít

Hiệu suất bộ truyền trục vít

η = (0,96÷0,98)× ( )





tg tg

72 , 1 04 , 14 (

04 , 14 0,96

33 44 12 14 , 3

) / ( 1000 60

1000 60

.

2

2 2 2

2 2

s m v

s m n Z m n

d v

Vì v2< 2 m/s nên có thể chế tạo bộ truyền với cấp chính xác 9

Từ các kết quả tính toán về K, η, vt so với dự đoán ban đầu chênh lệch không lớnlắm cho nên ta giữ nguyên kết quả để tiếp tục tính toán

 Kiểm tra sức bền uốn của răng bánh vít

Tiến hành kiểm nghiệm ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh vít theo công thức:

u

n q y Z m

N K



2 2 3

2 6

10.15

(CT4.16 - TKCTM)Trong đó y - hệ số dạng răng tra trong bảng 3.18 theo số răng tương đương củabánh vít

 Số răng tương đương của bánh vít:

19 , 48 04 , 14 cos

44 cos 3 3 0

51 , 4 1 , 1 10

 Điều kiện bền uốn của bánh răng vít được thoã mãn

 Kiểm nghiệm sức bền răng bánh vít khi chịu quá tải đột ngột

Nếu bộ truyền trục vít phải làm việc quá tải với hệ số quá tải là Kqt cần kiểm nghiệmứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn quá tải

Ta có:

2 2

3 2

2

1 /

512000

n N K A q Z

q Z

52 , 13 1 , 1 312

1 8 44

8 44

3

mm N

 Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải đột ngột σtx ≤ [σtx] = 200(N/mm2)

Vì vật liệu làm bánh vít là đồng thanh nhôm sắt nên:

Kqt: Tra bảng 7.7 sách Tính Toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí

Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền

b Các Thông Số Của Bộ Truyền Trục Vít

 Góc vít λ trên hình trụ chia của trục vít tg λ = 1 14 , 040

 Hệ số chiều cao răng f0 = 1

 Hệ số khe hở hướng tâm C0 = 0,3

68 , 203

L x

Lấy x = 6 Do đó ta có

L = 12×6×3,14 =226,08 (mm)

 Chiều rộng bánh vít : B ≤ 0,75 ×De1 = 0.75×120= 90 mm

 Góc ôm trục vít 2  0

1

64 , 61 88

, 0 12 5 , 0 96

90

5 , 0

B

c

 Chiều cao đầu răng: h’ = (f0+ ).m = (1+0).12 =12 mm

 Chiều cao chân răng: h’’ = (f0+C0).m = (1+0,2).12 = 14,4 mm

 Bước xoắn ốc của ren vít : s = t.Z1 =  m.Z1 = 3,14×12×2 =75,36

 Tính lực tác dụng lên bộ truyền trục vít

 Momen xoắn trên các trục:

Nmm n

N

1 1 6

730

66 , 16 10 55 , 9 10

55 , 9

N

1 1 6

33

52 , 13 10 55 , 9 10

55 , 9

N M

đc

đc đc

3 6

6

10 223 730

17 10 55 , 9 10

55 , 9