tính toán cơ cấu nâng

Chức năng của cơ cấu này là tải hàng và đảm bảo cho hàng được vận chuyển theo phương thẳng đứng.. Ơû cơ cấu nâng này cần trục có thể làm việc với thiết bị nâng hàng như gầu ngoạm, ngáng

PHẦN 2 TÍNH TOÁN KĨ

THUẬT

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG

1.1 Các thông số kĩ thuật.

• Chiều sâu hạ H’ =12000 mm

• Vận tốc nâng:

Đến 10 t vn = 20m/phút

Đến 20t vn = 12m/phút

Đến 30 t vn = 10 m/phút

• Tầm với:

Rmax= 30m

Rmin = 8m

1.2 Sơ đồ truyền động.

Hình 1.1: Sơ đồ truyền động cơ cấu nâng.

1 – động cơ; 2 – phanh; 3 – khớp nối; 4 – hộp giảm tốc; 5 – tang quấn cáp.

Chức năng của cơ cấu này là tải hàng và đảm bảo cho hàng được vận chuyển theo phương thẳng đứng Cấu tạo của cơ cấu này bao gồm bộ tời, hệ thống cáp và puly cáp Ơû cơ cấu nâng này cần trục có thể làm việc với thiết bị nâng hàng như gầu ngoạm, ngáng container

Cơ cấu nâng được đặt ở buồng máy trên khung quay Và đặc biệt hộp giảm tốc của cơ cấu này có thể đặt lồng trong tang nên kết cấu rất nhỏ gọn

1.3 Chọn móc và thiết bị treo.

Móc và thiết bị treo được chọn dựa vào sức nâng của móc và chế độ làm việc của cơ cấu ,đường kính cáp ta chọn móc cẩu xoay với móc cẩu kép C32 DIN

82091 sức nâng 30t

1.4 Sơ đồ mắc cáp

1.5 Tính chọn cáp nâng.

o p t

i a

Q S

η

= (KG) (2.1)[1]

Trong đó

- Q : Sức nâng định mức, Q = 30 T

- a : số palăng đơn trong hệ thống, a = 2

- ip : Bội suất của palăng, ip = 1

- ηo : Hiệu suất chung của palăng và của các puly chuyển hướng

ηo = ηp.ηh ( 2.2 ) [1] Với :

ηp : Hiệu suất của palăng.

ηp =

r

i r p

p

η

−

−

1

1

1

( 2.3 ) [1]

ηr : Hiệu suất của một puly; ηr = 0,96 (Tra bảng 2.2 ) [1]

Thay các thông sô trên vào công thức (2.3) ta có:

ηp =

r

i r p

p

η

−

−

1

1

1

= .11 00,,9696 1

−

−

= 1 ηh :Hiệu suất của puly chuyển hướng

ηh = ηpn = 1

n : số puly chuyển hướng; n = 6 Vậy hiệu suất của palăng

ηo = ηp.ηh = 1

Lực trong dây cáp đi vào tang khi nâng hàng

t

i a

Q S

η

1 1 2

Tính toán dây cáp theo độ bền tiến hành theo kỹ thuật nhà nước Lực đứt cáp tính toán là :

P ≥ S.k ( 2.6 ) [1] Trong đó :

S : Lực căng lớn nhất trong 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 và 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 các thông số cơ bản như sau:

+Đường kính cáp : d = 39.5mm

+Lực đứt cáp tính toán của cáp : P = 87350 (KG)

+Khối lượng tính toán 1000m cáp đã bôi trơn mc = 5740 (KG)

+Giới hạn bền của dây cáp :σb = 180 (KG/mm 2)

1.6 Tính toán kích thước cơ bản tang và puly.

1.6.1 Tính chọn tang

Đối với loại cần trục này ta chọn loại tang kép có xẻ rãnh ở hai đầu Rãnh cáp trên tang có tác dụng dẫn cáp cuốn lên tang, các vòng cáp không tiếp xúc nhau nên sợi cáp ít bị mài mòn trong quá trình hoạt động Mặc khác các vòng cáp không tiếp xúc nhau và diện tích tiếp xúc giữa cáp và tang lớn làm giảm ứng suất tiếp xúc

a Xác định đường kính tang:

Ta xác định đường kính cần thiết của tang dựa theo đường kính trung bình của dây cáp thép cuộn vào

D ≥ d.e ( 2.9 ) [1] Với D : đường kính tang (mm)

d : là đường kính của cáp thép; d = 39,5 (mm)

e : là hệ số phụ thuộc vào loại máy, truyền động của cơ cấu và chế độ làm việc của cơ cấu Dựa vào bảng 2.7 [1] ta chọn e = 18

D ≥ d.e = 39,5.18 =711 (mm)

Ta chọn D = 750 mm

b Xác định chiều dài của tang :

- Chiều dài của dây cáp, cuộn vào tang từ một palăng :

Lc = H.ip +π.D.(Z1 + Z2) (mm) ( 2.10 )

[1]

Trong đó :

+ H : Chiều cao nâng hàng (mm); H = 20000mm

+ ip : Bội suất palăng; ip = 1

+ Z1 : Số vòng dây cáp dự trữ trên tang đến chổ kẹp cáp Z1 = (1,5 ÷ 2), ta chọn Z1 = 2

+ Z2 : Số vòng dây cáp nằm dưới tấm kẹp trên tang Z2 = (3 ÷ 4), ta chọn Z2 = 4

Thay vào công thức trên ta được :

Lc = H.ip +π.D.(Z1 + Z2) = 20000.2 + π.750.(2 + 4) = 54130 (mm)

- Chiều dài làm việc của tang đối với dây cáp, được cuộn vào từ một palăng : = π.m.(m.d+D).ϕ

t

L

t (mm) ( 2.11 )

[1]

Trong đó :

+ Lc : Chiều dài cáp cuộn vào tang; Lc = 54130 (mm)

+ t : Bước của vòng cáp cuộn Tra bảng 2.8 [1] đối với cáp có đường kính 39,5mm ta được t = 44 (mm)

+ m : Số lớp cáp cuộn; m = 1

+ d : Đường kính dây cáp; d = 39,5 (mm)

+ D : Đường kính tang tính đến tâm của dây cáp cuộn vào; D = 750 (mm)

+ ϕ : Hệ số cuộn không chặt Đối với tang có rãnh ϕ = 1

Thay các thông số trên vào công thức 2.11

π

=

D d m

m

t

L

1 ).

750 5 , 39 1 (

1

44

+

Gọi l : phần giữa của tang không xẻ rãnh

B: khoảng cách giữa mặt trọng tâm của các puly trên khung treo móc

lmin = B− 2 h.tg6 ° = 0 , 8 − 2 3 ( 0 , 105 ) = 0 , 169 (m) ( 2.14 ) [1]

lmax = B+ 2 h.tg6 ° = 0 , 8 + 2 3 ( 0 , 105 ) = 1 , 4 (m) ( 2.15 ) [1]

Ta chọn l = 200 (mm)

- Chiều dài thực của tang :

L = 2.Lt + l (mm)

Trong đó :

+ Lt : chiều dài làm việc của tang đối với dây cáp được cuộn vào một palăng; Lt

= 960 (mm)

Vậy chiều dài thực của tang :

L = 2.Lt + l = 2.960 + 200 = 2120 (mm)

c Chiều dày thành tang :

Chiều dày thành tang được xác định theo công thức kinh nghiệm như 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 là gang số hiệu CY15-32 , có ứng suất nén cho phép là [σ]n = 65 và ứng suất cho phép khi nén [σ]n =15,3KG/mm2 (KG/mm2)

- Kiểm tra bền :

Khi tang làm việc bề mặt tang chịu uốn, nén, xoắn nhưng do chiều dài thành tang lớn hơn nhiều so với đường kính của tang nên ta chỉ tính bền tang theo ứng suất nén

Công thức tính sức bền tang theo nén (sách Máy Và Thiết Bị Nâng trang 45)

[ ]n n

t

S

σ δ

σ = <

.

max (KG/mm2) Trong đó :

+ t : Bước của vòng cáp trên tang (mm); t = 44

+ δ : Bề dày thành tang (mm); δ = 23 (mm)

+ Smax : Lực căng lớn nhất của dây cáp (KG) ; Smax = 15000 (KG)

Thay vào công thức trên ta có :

8 , 14 44 23

15000 =

=

n

σ (KG/mm2) < [σn] =15,3 (KG/mm 2) Vậy tang thiết kế thỏa điều kiện bền

1.6.2 Cặp đầu cáp trên tang.

Phương pháp cặp đầu cáp trên tang đơn giản và phổ biến nhất hiện nay là dùng tấm cặp và vít chặt lên trên số tấm cặp Do trên tang luôn có số vòng dự trữ không sử dụng đến, lực tác dụng trực tiếp lên cặp sẽ không phải là lực lớn nhất Smax mà là lực S0 nhỏ hơn Do có ma sát trên mặt tang với các vòng cáp an toàn đó nên:

Lực tính toán đối với cặp cáp được xác định:

µ α

max 0

e

S

S = ( 2.19 ) [1]

µ = 0,1 ÷ 0,16 : hệ số ma sát giữa mặt tang và cáp

α = 3Π ÷ 4Π : góc ôm các vòng cáp dự trự trên tang

e e

S

S max. 150000,14.4.3,14 2585

0 = µα = =

Lực kéo của bulông cặp

40 sin

14 , 0 14 , 0 (

4

2585 )

1 ).(

Z.(

S

2 14 , 0

1

0

+

° +

= +

Lực uốn buông:

T = µ1.N =0,22.530=116,6 KG ( 2.21) [1]

Ứng suất tổng ở mổi bulông :

1

2

1 0 , 1

4

.

3 , 1

d z

l T k d

z

N

∏

=

∑

σ

≤ [σ]d ( 2.22)

[1]

Trong đó :

Z=4:số bullông kẹp cáp

d =10(mm):đường kính chân ren của bullông.1

l =32:khoảng cách từ đầu bulông đến tang

µ1 = sinµβ : Hệ số ma sát qui đổi

β = 40o : Góc nghiêng mặt bên của rãnh

σ1 = 2π : Góc ôm tang bằng vòng cáp kẹp

K ≥1,5 : Hệ số an toàn kẹp cáp

[σ]d : Ứng suất cho phép theo đứt của vật liệu làm bulông

2 4 0 , 1 10

32 6 , 116 5 , 1 4

10 14 , 3 4

530 5 , 1 3 ,

=

∑

σ

= 17,13 KG /mm2≤ [σ]d

2

/ ) 42

38

(

]

[ σ d = ÷ KG mm :ứng suất cho phép vật liệu làm bullông (thép CT3) Như vậy bullông đủ bền

1.6.3 Tính toán puly.

Puly dùng để làm giảm áp lực kéo chuyển hướng dây cáp ,làm giảm hoặc tăng tốc độ nâng hạ.Trong cơ cấu ta bố trí một số puly dẫn hướng đặt cố định và số puly di động đặt ở móc treo

Kết cấu puly phải đảm bảo cho cáp khi làm việc không bị trượt ra khỏi rãnh của nó ,không bị uốn nhiều và không bị mài mòn nhanh

Puly được chọn theo điều kiện đảm bảo độ bền lâu của cáp

Dp ≥dc.(e−1) (1.2) [3]

D :đường kính puly p

d =39,5(mm) :đường kính cáp c

e =18 :hệ số đường kính puly

D =39,5.(18-1) = 671,5 (mm) p

Vậy đường kính rãnh là:

r = (0,53 ÷ 0,6)dc = 20 ÷ 23.7 (mm)

Chọn r = 20 (mm)

1.7 Chọn động cơ điện

Công suất của động cơ khi nâng :

N=Q102×Vηn

85 , 0 60 102

10

×

×

×

( 2.31) [1] Với ;

Q = 30000 KG : Trọng luợng vật nâng

η = 0,85 : Hiệu suất của cơ cấu (Bảng 1.9 ) [1]

Vn = 10m/phút: Vận tốc nâng

Công suất định mức của động cơ lấy bằng hoặc nhỏ hơn công suất tính toán một ít do đó dựa vào kataloge động cơ điện của nhà sản xuất Siemens, ta chọn loại động cơ có số hiệu 1LG4 253 4AA có các thông số sau đây :

+Công suất định mức Nđm = 55 kw

+Số vòng quay n = 1480 v/p

+Hiệu suất η = 93,5%

+Momen đà GD2 = 0.688 KGm2

+Khối lượng động cơ m = 390 kg

1.8 Chọn hộp giảm tốc

Số vòng quay của tang :

nt = . =3,1410.0.1,75

ΠD

i

V p

=4,3 v/p trong đó : ip =1 : bội suất palăng

Dt = 0,75 m : đường kính tang

Tỉ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang :

3

,

4

1480 =

=

t

đc

n

n

,2 Dựa vào tỉ số truyền tính toán trên, ta tiến hành chọn hộp giảm tốc Do tỉ số truyền tính toán khá lớn, để kết cấu của cơ cấu nâng được nhỏ gọn, ta chọn loại hộp giảm tốc bánh răng hành tinh loại ZHP 4.31 của hãng Zollern có các đặc điểm sau:

Kết cấu nhỏ gọn nên có thể bố trí đặt ngay trong lòng tang cuốn cáp

Tỉ số truyền lớn i= 344

1.9 Kiểm tra động cơ điện

1.9.1 kiểm tra theo thời gian khởi động :

Momen cản tĩnh trên trục động cơ khi khởi động tính cho tang cuộn 2 nhánh cáp

Mt = 42

85 , 0 344 2

75 , 0 2 15000 2

.

=

=

c

t

i

D a S

η KGm (1.18)

[1]

Trong đó St : lực trong dây cáp đi vào tang

a : số nhánh cáp đi vào tang

D : đường kính tang

i : tỉ số truyền chung

ηc : hiệu suất bộ truyền

Momen định mức :

1480

55

=

n

N dm

KGm Momen khởi động trung bình :

2

1 1 25 2 2

min max +ψ M dm = + = ψ

ψmax = 1,8 ÷ 2,25 : hệ số momen mở máy lớn nhất của động cơ.

ψmin = 1,1 : hệ số momen mở máy nhỏ nhất của động cơ.

Thời gian khởi động:

tkđ =375(δ 2. ) .((0,975. 2 )η

t kdtb t

QV M

M

n GD

−

+

− (1.41) [1] =37534(60,8.,14807 42) 14800.60,9752.(.6030000,7 .4210).0,85

2

−

+

−

= 1,05 (s)

Gia tốc khi khởi động :

05 , 1 60

10 =

=

kđ

t

V

(m/s2) như vậy gia tốc khởi động tính toán không khác mấy so với gia tốc cho trong bảng 1.15 [1]

1.9.2 kiểm tra theo điều kiện đốt nóng :

Vì không cho trước đồ thị tải trọng thực của cơ cấu nâng, có thể sử dụng đồ thị gia tải trung bình của cơ cấu theo sức nâng (hình 1.1a [1]) được xây dựng trên

cơ sở thực tế của cần trục

Tương tự như những tính toán trên xác định những momen phát triển của động

cơ, thời gian khởi động khi nâng và hạ hàng trong những thời kì công việc khác nhau của cơ cấu Theo đồ thị đó, trong thời gian chu kì (nâng và hạ hàng) cơ cấu sẽ làm việc với tải trọng định mức Q = 30000 KG – 1 lần, với hàng 0,5Q =

15000 KG – 5 lần, với hàng 0,1Q = 3000 KG – 4 lần

Momen dư khi hạ hàng là tổng momen khởi động trung bình của động cơ và momen cản tĩnh của cơ cấu khi hạ hàng

Kết quả tính toán được ghi trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Bảng kết quả tính toán

hiệu vị đoĐơn Kết quả tính toán khi trọnglượng hàng định mức KG

Lực căng cáp vào

tang khi nâng hàng

Momen khi nâng

hàng

Thời gian khởi

Lực căng cáp khi

hạ hàng

Thời gian khởi

Coi chiều cao trung bình nâng và hạ hàng bằng 0,5-0,8 chiều cao định mức H =

20 m, lấy : Htb = 0,5H = 0,5.20 = 10 m

Khi đó thời gian chuyển động ổn định:

t0 = V

H tb

=

1 10

10

=

(phút) = 60 (s) Tổng thời gian nâng và hạ hàng trong chu kì làm việc của cơ cấu:

m

t

Σ =1+5.0,9+4.,088+0,14+5.0,15+4.0,17=10,59 (s)

Σ = 2.(1+5+4)t0 + Σ tm

= 1010,59 (s)

Momen bình phương trung bình:

Mtb = ∑ ∑ ∑+t

t M t

M2kdtb. m 2t .0

(1.63) [1]

Mtb = 60,72.10,59+60(452+5.2421010+4.6,,59982+32,62+5.15,362+4.2,112

Mtb = 22 KGm

Công suất bình phương trung bình của động cơ :

Ntb = 33 , 4

975

1480 22 975

.

=

=

n

M tb

KW (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 tĩnh của phanh xác định theo công thức :

M c S a i D

2

.

= ( 2.37) [1] Trong đó:

i : tỉ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang, i= 344

S : lực căng cáp cuốn vào tang, S = 15000 KG

a : số nhánh cáp đi vào tang, a = 2

30 , 17 ( )

344 2

85 , 0 75 0 2 15000

KGm

Mômen cần thiết của phanh :

Mh = Mc.kh = 30,17.1,75 = 53 (KGm) = 530 Nm ( 2.38 ) [1] k: hệ số an toàn đối với chế độ trung bình, k=1,75 (bảng 2.9 ) [1]

Với mômen phanh tính được ta chọn loại phanh đĩa kiểu RST 1 – 450 x

30 – 80/6 của hãng SHB, mômen phanh danh nghĩa 800 (Nm), giá trị masát

0,4

1.11 Tính chọn khớp nối

Khớp nối trục được chọn dựa vào momen tính toán truyền qua khớp :

M k =M dm k k1 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 k1,k2 : 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 :

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:

lv

lc

d

dc do

C=Qtđ(n.h)0,3 (8-1) [2]

Trong đó :

- h : thời gian phục vụ của ổ (giờ); với thời gian phục vụ của ổ là 5 năm

làm việc ở chế độ trung bình ta có tổng số giờ làm việc T = 14460(giờ)

⇒ số giờ làm việc thực tế của ổ :

h = T.25% = 3620 (giờ)

- n : số vòng quay của 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 nào của ổ là vòng quay, Kv=1 bảng (8-5) [2]ù

Kn : Hệ số nhiệt độ, Kn=1 bảng (8-4) [2]

RA : Phản lực tại gối đỡ (A)

R = S.19002120+S.300 =15566 KG

⇒ 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 2 dãy có các thông số sau:

C = 170000 (daN)

d = 150 mm

D= 320 mm

l=205 mm

Khối lượng m= 2,8 Kg