tính toán cơ cấu nâng

PHẦN TÍNH TOÁN KĨ THUẬT Trang 13 CHƯƠNG : TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG 1.1 Các thông số kĩ thuật Chiều cao nâng: Chiều sâu hạ Sức nâng: Vận tốc nâng: Đến 10 t Đến 20t Đến 30 t • Tầm với: Rmax= 30m Rmin = 8m • • • • H H’ Q = 20000 mm =12000 mm = 30000 KG vn = 20m/phút = 12m/phút = 10 m/phút 1.2 Sơ đồ truyền động Hình 1.1: Sơ đồ truyền động cấu nâng – động cơ; – phanh; – khớp nối; – hộp giảm tốc; – tang quấn cáp Chức cấu tải hàng đảm bảo cho hàng vận chuyển theo phương thẳng đứng Cấu tạo cấu bao gồm tời, hệ thống cáp puly cáp cấu nâng cần trục làm việc với thiết bò nâng hàng gầu ngoạm, ngáng container Cơ cấu nâng đặt buồng máy khung quay Và đặc biệt hộp giảm tốc cấu đặt lồng tang nên kết cấu nhỏ gọn 1.3 Chọn móc thiết bò treo Móc thiết bò treo chọn dựa vào sức nâng móc chế độ làm việc cấu ,đường kính cáp ta chọn móc cẩu xoay với móc cẩu kép C32 DIN 82091 sức nâng 30t Trang 14 1.4 Sơ đồ mắc cáp 1.5 Tính chọn cáp nâng St = Q a.i p η o (KG) Trong - Q : Sức nâng đònh mức, Q = 30 T - a : số palăng đơn hệ thống, a = - ip : Bội suất palăng, ip = - ηo : Hiệu suất chung palăng puly chuyển hướng ηo = ηp.ηh Với : ηp : Hiệu suất palăng i 1 − ηr ηp = i p − ηr (2.1)[1] ( 2.2 ) [1] p ηr : Hiệu suất puly; ηr = 0,96 (Tra bảng 2.2 ) [1] Thay thông sô vào công thức (2.3) ta có: i 1 − ηr 1 − 0,961 ηp = = − 0,96 = i p − ηr p ηh :Hiệu suất puly chuyển hướng ηh = ηpn = n : số puly chuyển hướng; n = Vậy hiệu suất palăng ηo = ηp.ηh = Lực dây cáp vào tang nâng hàng Q 30000 St = = 15000 (KG) = a.i p η o 2.1.1 Trang 15 ( 2.3 ) [1] Tính toán dây cáp theo độ bền tiến hành theo kỹ thuật nhà nước Lực đứt cáp tính toán : P ≥ S.k ( 2.6 ) [1] Trong : S : Lực căng lớn dây cáp (không tính đến tải trọng động) S = 15000 (KG) k : Hệ số an toàn Tra bảng 2.3 [1] với công dụng nâng hàng chế độ làm việc trung bình ta có k = 5,5 Thay vào công thức 2.6 ta có : P ≥ S.k = 15000 5,5 = 82500 (KG) Dựa vào lực đứt cáp tính toán ta chọn cáp bện kép loại πK-O (bảng III.3) [1] có cấu tạo 6x19(1+6+6).6+1 lỏi theo ΓOCK 2688-69 có thông số sau: +Đường kính cáp : d = 39.5mm +Lực đứt cáp tính toán cáp : P = 87350 (KG) +Khối lượng tính toán 1000m cáp bôi trơn mc = 5740 (KG) +Giới hạn bền dây cáp :σb = 180 (KG/mm2) 1.6 Tính toán kích thước tang puly 1.6.1 Tính chọn tang Đối với loại cần trục ta chọn loại tang kép có xẻ rãnh hai đầu Rãnh cáp tang có tác dụng dẫn cáp lên tang, vòng cáp không tiếp xúc nên sợi cáp bò mài mòn trình hoạt động Mặc khác vòng cáp không tiếp xúc diện tích tiếp xúc cáp tang lớn làm giảm ứng suất tiếp xúc a Xác đònh đường kính tang: Ta xác đònh đường kính cần thiết tang dựa theo đường kính trung bình dây cáp thép cuộn vào D ≥ d.e ( 2.9 ) [1] Với D : đường kính tang (mm) d : đường kính cáp thép; d = 39,5 (mm) e : hệ số phụ thuộc vào loại máy, truyền động cấu chế độ làm việc cấu Dựa vào bảng 2.7 [1] ta chọn e = 18 D ≥ d.e = 39,5.18 =711 (mm) Ta chọn D = 750 mm Trang 16 b Xác đònh chiều dài tang : - Chiều dài dây cáp, cuộn vào tang từ palăng : Lc = H.ip +π.D.(Z1 + Z2) (mm) ( 2.10 ) [1] Trong : + H : Chiều cao nâng hàng (mm); H = 20000mm + ip : Bội suất palăng; ip = + Z1 : Số vòng dây cáp dự trữ tang đến chổ kẹp cáp Z = (1,5 ÷ 2), ta chọn Z1 = + Z2 : Số vòng dây cáp nằm kẹp tang Z = (3 ÷ 4), ta chọn Z2 = Thay vào công thức ta : Lc = H.ip +π.D.(Z1 + Z2) = 20000.2 + π.750.(2 + 4) = 54130 (mm) - Chiều dài làm việc tang dây cáp, cuộn vào từ palăng : L c t Lt = (mm) ( 2.11 ) π.m.( m.d + D ) ϕ [1] Trong : + Lc : Chiều dài cáp cuộn vào tang; Lc = 54130 (mm) + t : Bước vòng cáp cuộn Tra bảng 2.8 [1] cáp có đường kính 39,5mm ta t = 44 (mm) + m : Số lớp cáp cuộn; m = + d : Đường kính dây cáp; d = 39,5 (mm) + D : Đường kính tang tính đến tâm dây cáp cuộn vào; D = 750 (mm) + ϕ : Hệ số cuộn không chặt Đối với tang có rãnh ϕ = Thay thông số vào công thức 2.11 L c t 54130.44 Lt = = π 1.(1.39,5 + 750).1 = 960 (mm) π.m.( m.d + D ) ϕ Gọi l : phần tang không xẻ rãnh B: khoảng cách mặt trọng tâm puly khung treo móc l = B − 2.h.tg 6° = 0,8 − 2.3.(0,105) = 0,169 (m) ( 2.14 ) [1] l max = B + 2.h.tg 6° = 0,8 + 2.3.(0,105) = 1,4 (m) ( 2.15 ) [1] Ta chọn l = 200 (mm) - Chiều dài thực tang : L = 2.Lt + l (mm) Trong : Trang 17 + Lt : chiều dài làm việc tang dây cáp cuộn vào palăng; L t = 960 (mm) Vậy chiều dài thực tang : L = 2.Lt + l = 2.960 + 200 = 2120 (mm) c Chiều dày thành tang : Chiều dày thành tang xác đònh theo công thức kinh nghiệm sau : δmin = 0,02.Dt + (0,6 ÷ 1,0) (mm) ( 2.18 ) [1] δmin = 0,02.750 + (0,6 ÷ 1,0) = 2,1 ÷ 2,5 (cm) Chọn δ = 2,3 cm = 23 mm d Kiểm tra bền tang : Ta chọn vật liệu làm tang gang số hiệu CY15-32 , có ứng suất nén cho phép [σ]n = 65 ứng suất cho phép nén [σ]n = 15,3KG / mm (KG/mm2) - Kiểm tra bền : Khi tang làm việc bề mặt tang chòu uốn, nén, xoắn chiều dài thành tang lớn nhiều so với đường kính tang nên ta tính bền tang theo ứng suất nén Công thức tính sức bền tang theo nén (sách Máy Và Thiết Bò Nâng trang 45) σn = S max < [σ n ] (KG/mm2) δ t Trong : + t : Bước vòng cáp tang (mm); t = 44 + δ : Bề dày thành tang (mm); δ = 23 (mm) + Smax : Lực căng lớn dây cáp (KG) ; Smax = 15000 (KG) Thay vào công thức ta có : σn = 15000 = 14,8 (KG/mm2) < [σn] =15,3 (KG/mm2) 23.44 Vậy tang thiết kế thỏa điều kiện bền 1.6.2 Cặp đầu cáp tang Trang 18 Phương pháp cặp đầu cáp tang đơn giản phổ biến dùng cặp vít chặt lên số cặp Do tang có số vòng dự trữ không sử dụng đến, lực tác dụng trực tiếp lên cặp lực lớn Smax mà lực S0 nhỏ Do có ma sát mặt tang với vòng cáp an toàn nên: Lực tính toán cặp cáp xác đònh: S0 = S max e µ α ( 2.19 ) [1] µ = 0,1 ÷ 0,16 : hệ số ma sát mặt tang cáp α = 3Π ÷ 4Π : góc ôm vòng cáp dự trự tang S0 = S max 15000 = 0,14.4.3,14 = 2585 KG µ α e e Lực kéo bulông cặp S0 N = Z.(µ + µ1 ).(e µ α1 + 1) = 2585 = 530 0,14 KG ,14.2π 4.(0,14 + ).(e + 1) sin 40° Lực uốn buông: T = µ1.N =0,22.530=116,6 KG [1] Ứng suất tổng mổi bulông : σ∑ = 1,3.k N z ∏ d + ( 2.20 ) [1] ( 2.21) k T l z.0,1.d ≤ [σ]d [1] Trong : Z=4:số bullông kẹp cáp d1 =10(mm):đường kính chân ren bullông l =32:khoảng cách từ đầu bulông đến tang µ µ1 = sin β : Hệ số ma sát qui đổi β = 40o : Góc nghiêng mặt bên rãnh σ1 = 2π : Góc ôm tang vòng cáp kẹp K ≥1,5 : Hệ số an toàn kẹp cáp [σ]d : Ứng suất cho phép theo đứt vật liệu làm bulông Trang 19 ( 2.22) 1,3.1,5.530 1,5.116,6.32 + 4.3,14.10 4.0,1.10 = 17,13 KG / mm ≤ [σ]d [σ ] d = (38 ÷ 42) KG / mm :ứng suất cho phép vật liệu làm bullông (thép CT3) σ∑ = Như bullông đủ bền 1.6.3 Tính toán puly Puly dùng để làm giảm áp lực kéo chuyển hướng dây cáp ,làm giảm tăng tốc độ nâng hạ.Trong cấu ta bố trí số puly dẫn hướng đặt cố đònh số puly di động đặt móc treo Kết cấu puly phải đảm bảo cho cáp làm việc không bò trượt khỏi rãnh ,không bò uốn nhiều không bò mài mòn nhanh Puly chọn theo điều kiện đảm bảo độ bền lâu cáp D p ≥ d c (e − 1) (1.2) [3] D p :đường kính puly d c =39,5(mm) :đường kính cáp e =18 :hệ số đường kính puly D p =39,5.(18-1) = 671,5 (mm) Vậy đường kính rãnh là: r = (0,53 ÷ 0,6)dc = 20 ÷ 23.7 (mm) Chọn r = 20 (mm) 1.7 Chọn động điện Công suất động nâng : Q × Vn 30000 × 10 N= 102η = 102 × 60 × 0,85 = 57,6 KW ( 2.31) [1] Với ; Q = 30000 KG : Trọng lïng vật nâng η = 0,85 : Hiệu suất cấu (Bảng 1.9 ) [1] Vn = 10m/phút: Vận tốc nâng Công suất đònh mức động lấy nhỏ công suất tính toán dựa vào kataloge động điện nhà sản xuất Siemens, ta chọn loại động có số hiệu 1LG4 253 4AA có thông số sau : +Công suất đònh mức Nđm = 55 kw +Số vòng quay n = 1480 v/p η +Hiệu suất = 93,5% +Momen đà GD = 0.688 KGm Trang 20 +Khối lượng động m = 390 kg 1.8 Chọn hộp giảm tốc Số vòng quay tang : V i p 10.1 nt = ΠD = 3,14.0,75 =4,3 v/p : ip =1 : bội suất palăng Dt = 0,75 m : đường kính tang Tỉ số truyền chung từ trục động đến trục tang : n đc 1480 ih= n = 4,3 = 344 ,2 t Dựa vào tỉ số truyền tính toán trên, ta tiến hành chọn hộp giảm tốc Do tỉ số truyền tính toán lớn, để kết cấu cấu nâng nhỏ gọn, ta chọn loại hộp giảm tốc bánh hành tinh loại ZHP 4.31 hãng Zollern có đặc điểm sau: Kết cấu nhỏ gọn nên bố trí đặt lòng tang cáp Tỉ số truyền lớn i= 344 1.9 Kiểm tra động điện 1.9.1 kiểm tra theo thời gian khởi động : Trang 21 Momen cản tónh trục động khởi động tính cho tang cuộn nhánh cáp S a.D 15000.2.0,75 t Mt = 2i η = 2.344.0,85 = 42 KGm c (1.18) [1] Trong St : lực dây cáp vào tang a : số nhánh cáp vào tang D : đường kính tang i : tỉ số truyền chung ηc : hiệu suất truyền Momen đònh mức : Mđm = 975 N dm 55 = 975 = 36,23 KGm n 1480 Momen khởi động trung bình : Mkđtb = ψ max + ψ 2.25 + 1.1 M dm = 36,23 = 60,7 2 ψmax = 1,8 ÷ 2,25 : hệ số momen mở máy lớn động ψmin = 1,1 : hệ số momen mở máy nhỏ động Thời gian khởi động: 0,975.QV δGD n + tkđ = 375( M − M ) n.((M − M )η kdtb t kdtb t (1.41) [1] 34,8.1480 0,975.30000.10 + = 375(60,7 − 42) 1480.60 (60,7 − 42).0,85 = 1,05 (s) Gia tốc khởi động : V 10 a = t = 60.1,05 = 0,16 (m/s2) kđ gia tốc khởi động tính toán không khác so với gia tốc cho bảng 1.15 [1] 1.9.2 kiểm tra theo điều kiện đốt nóng : Vì không cho trước đồ thò tải trọng thực cấu nâng, sử dụng đồ thò gia tải trung bình cấu theo sức nâng (hình 1.1a [1]) xây dựng sở thực tế cần trục Tương tự tính toán xác đònh momen phát triển động cơ, thời gian khởi động nâng hạ hàng thời kì công việc khác cấu Theo đồ thò đó, thời gian chu kì (nâng hạ hàng) cấu làm việc với tải trọng đònh mức Q = 30000 KG – lần, với hàng 0,5Q = 15000 KG – lần, với hàng 0,1Q = 3000 KG – lần Trang 22 Momen dư hạ hàng tổng momen khởi động trung bình động momen cản tónh cấu hạ hàng Kết tính toán ghi bảng 1.1 Bảng 1.1 Bảng kết tính toán Tên số Kí hiệu Đơn vò đo Lực căng cáp vào tang nâng hàng Momen nâng hàng Thời gian khởi động nâng hàng Lực căng cáp hạ hàng Momen hạ hàng St KG 15000 7500 1500 Mt KGm 45 24 6,98 tkđ S 0,9 0,88 Sth KG 15000 7500 1500 Mh KGm 32,6 15,36 2,11 th S 0,14 0,15 0,17 0,85 0,8 0,55 Thời gian khởi động hạ hàng Hiệu suất η Kết tính toán trọng lượng hàng đònh mức KG 30000 15000 3000 Coi chiều cao trung bình nâng hạ hàng 0,5-0,8 chiều cao đònh mức H = 20 m, lấy : Htb = 0,5H = 0,5.20 = 10 m Khi thời gian chuyển động ổn đònh: H tb 10 V 10 = (phút) = 60 (s) = t0 = Tổng thời gian nâng hạ hàng chu kì làm việc cấu: Σtm =1+5.0,9+4.,088+0,14+5.0,15+4.0,17=10,59 Tổng thời gian mở động chu kì : Trang 23 (s) Σt = 2.(1+5+4)t0 + Σtm = 1010,59 (s) Momen bình phương trung bình: Mtb = Mtb = M kdtb ∑ tm + ∑ M 2t t0 ∑t (1.63) [1] 60,7 2.10,59 + 60(452 + 5.242 + 4.6,982 + 32,62 + 5.15,362 + 4.2,112 1010,59 Mtb = 22 KGm Công suất bình phương trung bình động : Ntb = M tb n 22.1480 = = 33,4 KW 975 975 (1.62) [1] Ntb =33,4 KW < Nđm = 55 KW Vậy điều kiện nóng động thoả mãn : 1.10 chọn phanh Để phanh nhỏ gọn ,ta đặt trục phanh trục thứ tức trục động Mômen cản tónh phanh xác đònh theo công thức : Mc = S a.D.η 2i ( 2.37) [1] Trong đó: i : tỉ số truyền chung từ trục động đến trục tang, i= 344 S : lực căng cáp vào tang, S = 15000 KG a : số nhánh cáp vào tang, a = Mc = 15000.2.0.75.0,85 = 30,17( KGm) 2.344 Mômen cần thiết phanh : Mh = Mc.kh = 30,17.1,75 = 53 (KGm) = 530 Nm ( 2.38 ) [1] k: hệ số an toàn chế độ trung bình, k=1,75 (bảng 2.9 ) [1] Với mômen phanh tính ta chọn loại phanh đóa kiểu RST – 450 x 30 – 80/6 hãng SHB, mômen phanh danh nghóa 800 (Nm), giá trò masát 0,4 1.11 Tính chọn khớp nối Khớp nối trục chọn dựa vào momen tính toán truyền qua khớp : Trang 24 M k = M dm k1k = 36,23.1,3.1,2=56,52 KG.m ( 1.65) [1] Trong k1 : hệ số tính đến mức độ quan trọng cấu k2 : hệ số tính đến chế độ làm việc cấu Hệ số k , k : tra bảng (1.21) [1] Theo bảng (9.11) [2] chọn khớp nối có trục vòng đàn hồi có: Mx = 1100 KGm Các thông số khớp nối : d1(mm) D(mm) c Số chốt Z 65 220 14 10 lv lc dc d c l 1.12 Tính chọn ổ đỡ cho tang Sơ chọn ổ đỡ cho tang ổ đũa trụ đỡ lòng cầu dãy * Hệ số khả làm việc ổ: Trang 25 Nmax (v/p) 2650 C=Qtđ(n.h)0,3 (8-1) [2] Trong : - h : thời gian phục vụ ổ (giờ); với thời gian phục vụ ổ năm làm việc chế độ trung bình ta có tổng số làm việc T = 14460(giờ) ⇒ số làm việc thực tế ổ : h = T.25% = 3620 (giờ) - n : số vòng quay ổ (v/ph); n = ntang = 4,3 (v/ph) - Qtd : tải trọng tương đương tác dụng lên ổ (daN) + Qtđ=Kv.Kn.Kt.RA Với : Kt : Hệ số tải trọng động, Kt=1,2 bảng (8-3) [2] Kv : Hệ số xét đến vòng ổ vòng quay, Kv=1 bảng (8-5) [2]ù Kn : Hệ số nhiệt độ, Kn=1 bảng (8-4) [2] RA : Phản lực gối đỡ (A) R= S 1900 + S 300 =15566 KG 2120 ⇒ Qtd =1.1.1,2.15566 =2053,92 (N) C=2053,92.(114,65.3620)0,3 = 99542 (daN) Vậy ta chọn ổ đũa đỡ dãy có thông số sau: C = 170000 (daN) d = 150 mm D= 320 mm l=205 mm Khối lượng m= 2,8 Kg Trang 26 [...]...Momen dư khi hạ hàng là tổng momen khởi động trung bình của động cơ và momen cản tónh của cơ cấu khi hạ hàng Kết quả tính toán được ghi trong bảng 1.1 Bảng 1.1 Bảng kết quả tính toán Tên chỉ số Kí hiệu Đơn vò đo Lực căng cáp vào tang khi nâng hàng Momen khi nâng hàng Thời gian khởi động khi nâng hàng Lực căng cáp khi hạ hàng Momen khi hạ hàng St KG 15000 7500 1500 Mt KGm 45 24... mômen phanh tính được ta chọn loại phanh đóa kiểu RST 1 – 450 x 30 – 80/6 của hãng SHB, mômen phanh danh nghóa 800 (Nm), giá trò masát 0,4 1.11 Tính chọn khớp nối Khớp nối trục được chọn dựa vào momen tính toán truyền qua khớp : Trang 24 M k = M dm k1k 2 = 36,23.1,3.1,2=56,52 KG.m ( 1.65) [1] Trong đó k1 : hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu k2 : hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu Hệ số... Kết quả tính toán khi trọng lượng hàng đònh mức KG 30000 15000 3000 Coi chiều cao trung bình nâng và hạ hàng bằng 0,5-0,8 chiều cao đònh mức H = 20 m, lấy : Htb = 0,5H = 0,5.20 = 10 m Khi đó thời gian chuyển động ổn đònh: H tb 10 V 10 = 1 (phút) = 60 (s) = t0 = Tổng thời gian nâng và hạ hàng trong chu kì làm việc của cơ cấu: Σtm =1+5.0,9+4.,088+0,14+5.0,15+4.0,17=10,59 Tổng thời gian mở động cơ trong... trung bình của động cơ : Ntb = M tb n 22.1480 = = 33,4 KW 975 975 (1.62) [1] Ntb =33,4 KW < Nđm = 55 KW Vậy điều kiện về quá nóng của động cơ được thoả mãn : 1.10 chọn phanh Để phanh được nhỏ gọn ,ta sẽ đặt trục phanh ở trục thứ nhất tức là trục động cơ Mômen cản tónh của phanh xác đònh theo công thức : Mc = S a.D.η 2i ( 2.37) [1] Trong đó: i : tỉ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang, i=... tính đến chế độ làm việc của cơ cấu Hệ số k 1 , k 2 : tra bảng (1.21) [1] Theo bảng (9.11) [2] chọn khớp nối có trục vòng đàn hồi có: Mx = 1100 KGm Các thông số cơ bản của khớp nối : d1(mm) D(mm) c Số chốt Z 65 220 14 10 lv lc dc do d c l 1.12 Tính chọn ổ đỡ cho tang Sơ bộ chọn ổ đỡ cho tang là ổ đũa trụ đỡ lòng cầu 2 dãy * Hệ số khả năng làm việc của ổ: Trang 25 Nmax (v/p) 2650 C=Qtđ(n.h)0,3 (8-1) [2] ... tời, hệ thống cáp puly cáp cấu nâng cần trục làm việc với thiết bò nâng hàng gầu ngoạm, ngáng container Cơ cấu nâng đặt buồng máy khung quay Và đặc biệt hộp giảm tốc cấu đặt lồng tang nên kết... gian khởi động hạ hàng Hiệu suất η Kết tính toán trọng lượng hàng đònh mức KG 30000 15000 3000 Coi chiều cao trung bình nâng hạ hàng 0,5-0,8 chiều cao đònh mức H = 20 m, lấy : Htb = 0,5H = 0,5.20