Thiết kế cơ cấu của cần trục tháp

Đồ án thiết kế môn học máy nâng vận chuyển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Đề tài 2: Thiết kế các cơ cấu của cần trục tháp

Giáo viên HD: Lê Quý Thủy

SV thực hiện: Đào Duy Hướng Phạm Quốc Khánh Nguyễn Văn Linh Lớp: Cơ giới hóa XDGT – K47

Hµ Néi - 2010

Môc lôc

MỤC LỤC C 2

LỜI NÓI ĐẦU 4

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 5

NỘI DUNG THỰC HIỆN 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ 6

MÁY TRỤC 6

1.1 Giới thiệu chung về Máy trục: 6

1.1.1 Định nghĩa: 6

1.1.2 Phân loại: 6

1.2 Giới thiệu về cần trục tháp: 10

1.2.1 Cấu tạo cần trục tháp: 10

1.2.2 Phân loại: Hình thức kết cấu của cần trục tháp rất đa dạng: 11

1.2.3 Phạm vi sử dụng: 13

1.2.4 Nguyên lý làm việc: 13

1.2.5 Thông số kĩ thuật phù hợp của cần trục tháp: 13

1.2.6 Phạm vi sử dụng: 14

1.2.7 Đặc điểm các cơ cấu của cần trục tháp: 14

1.2.8 Lựa chọn các thông số: 18

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG 28

2.1 Mô tả cơ cấu nâng: 28

2.2 Nguyên lý hoạt động: 29

2.3 Các thông số cơ bản của cơ cấu nâng: 30

2.4 Tính toán cơ cấu nâng 30

2.4.1 Tính chọn cáp và pa lăng: 30

2.4.2 Tính tang: 33

2.4.3 Tính chọn động cơ: 35

2.4.4 Chọn khớp nối và phanh: 36

2.4.5 Kiểm tra thời gian phanh 38

2.4.6 Kiểm tra thời gian khởi động 38

2.4.7 Các bộ phận của tang 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

Lêi nãi ®Çu

Hiện nay, hầu hết các ngành kinh tế quốc dân đều sử dụng ngày càng

nhiều máy xây dựng, đặc biệt là các ngành giao thông vận tải, xây dựng, thuỷ

lợi Máy xây dựng hiện có ở nước ta rất đa dạng về chủng loại, phong phú về

mẫu mã của nhiều nước trên thế giới Trong các loại máy xây dựng hiện nay,

máy nâng - vận chuyển chiếm một tỷ lệ lớn và được ứng dụng trong nhiều lĩnh

vực Một trong những yêu cầu cần thiết của một người sinh viên MXD nói

chung và sinh viên ngành Cơ giới hóa nói riêng khi ra trường là phải hiểu rõ

được nguyên lý, cấu tạo của các thiết bị máy cũng như các chi tiết cấu tạo nên

bộ máy đó Để nắm vững được lý thuyết và thực hành thì người sinh viên phải

hoàn thành tốt các bài thiết kế môn học Bài thiết kế môn học máy nâng - vận

chuyển cũng giúp cho các sinh viên trong nghành MXD hiểu rõ hơn về nguyên

tắc hoạt động của các cụm chi tiết cấu tạo nên bộ máy và nguyên lý hoạt động

của cụm chi tiết đó

Sinh viên thực hiện

2 Phạm Quốc Khánh Cơ cấu quay

3 Nguyễn Văn Linh Cơ cấu di chuyển xe con

NỘI DUNG THỰC HIỆN

- Thuyết minh thiết kế tổng thể cơ cấu

- Thuyết minh thiết kế một số chi tiết đặc trưng ( sau khi đã có thuyết minh thiết kế tổng thể cơ cấu)

 Bản vẽ:

- 01 bản vẽ lắp cơ cấu (A0,1)

- Một số bản vẽ chi tiết (sau khi đã có bản vẽ lắp cơ cấu)

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ

MÁY TRỤC

1.1 Giới thiệu chung về Máy trục:

1.1.1 Định nghĩa:

- Máy trục là loại máy hoạt động theo chu kì dùng để nâng , chuyển vật

(tải) trong không gian; giữ tải bằng móc hoặc các bộ phận mang tải khác

- Máy trục có thể là loại đớn giản được kết cấu từ một bộ phận cơ bản để

nâng vật theo phương nhất định hoặc có thể là loại có kết cấu phức tạp và

chuyển động của vật nâng sẽ là tổng hợp các chuyển động của các bộ phận

thành phần

1.1.2 Phân loại:

Máy trục có thể phân loại theo công dụng , theo kết cấu hoặc theo chế độ

làm việc Người ta thường phân loại máy trục theo kết cấu thành các loại : tời ,

kích , cần trục , máy trục kiểu cần , thang máy …

- Kích : là loại máy trục đơn giản ,dùng để nâng, hạ tải( vật ) tại chỗ theo

phương thẳng đứng Có các loại kích : kích cơ khí , kích thủy lực , kích

khí nén

Hình 1.1: Kích thủy lực Hình 1.2: kích chân

- Tời : là một loại máy trục đơn giản để kéo hoặc nâng tải

Tời phân loại theo công dụng : dùng để nâng , để kéo

Tời phân loại theo cách truyền động : truyền động tay , truyền động

điện truyền động cơ khí , tời truyền động thủy lực…

Hình 1.3: Tời kéo cáp Hình 1.4: Tời cầm tay

- Pa lăng : là loại máy trục đơn giản dùng để nâng tải theo phương thẳng

đứng Pa lăng phân loại theo cách truyền động : pa lăng kéo tay và pa lăng

điện

Hình 1.5: Pa lăng điện Hình 1.6: Pa lăng tay

- Cần trục: cần trục là loại máy trục có cần để đỡ bộ phận mang tải hoặc để

cho xe con di chuyển theo Theo kết cấu cần trục được phân ra thành cần

trục ô tô, cần trục bánh lốp, cần trục bánh xích, cần trục tháp, cần trục cột

buồm, cầu trục, cổng trục…

Hinh 1.7: Cầu trục hai dầm

Hình 1.8: Cần trục tháp Hình 1.9: Cần trục bánh xích

Hình 1.10: Cần trục bánh lốp

Hình 1.11: Cần trục chân đế

1.2 Giới thiệu về cần trục thỏp:

1.2.1 Cấu tạo cần trục tháp:

Cần trục tháp là loại cần trục tiêu biểu đ-ợc sử dụng rộng rãi trong xây

dựng nhà cao tầng, xây dựng công nghiệp và lắp ráp các máy móc thiết bị trên

cao Chúng có đặc điểm là cột tháp cao, đỉnh tháp lắp cần dài quay đ-ợc toàn

vòng, các bộ máy th-ờng đ-ợc dẫn động điện độc lập dùng mạng điện công

nghiệp

Cần trục tháp th-ờng có đủ các bộ máy nh- nâng hạ hàng, thay đổi tầm

với, bộ máy quay, bộ máy di chuyển vì vậy chúng có thể vận chuyển hàng hoá

trong một không gian rộng lớn Mặt khắc kết cấu của chúng hợp lý nên dễ dàng

tháo lắp vận chuyển từ nơi này đến nơi khác, tính cơ động cao

Sơ đồ cấu tạo của cần trục tháp:

Hỡnh 2.1: Cấu tạo chung của cần trục thỏp

1.2.2 Phân loại: Hình thức kết cấu của cần trục tháp rất đa dạng:

 Theo phương pháp lắp đặt tại hiện trường có thể chia ra:

- Cần trục tháp di chuyển trên ray: phục vụ trong các kho bãi,trong

các nhà máy, ở những vị trị có không gian rộng

- Cần trục tháp cố định : chân tháp gắn liền với nền hoặc tựa trên nền

thông qua bệ đỡ hoặc các gối tựa cố định,thường dùng trên các công trường xây dựng nhà dân dụng và nhà công nghiệp

- Cần trục tháp tự nâng: có thể nằm ngoài hoặc trong công trình,tháp

được tự nối dài để tăng độ cao nâng theo sự phát triển chiều cao của công trình Khi tháp có độ cao lớn,nó được neo với công trình để tăng độ ổn định của cần trục và tăng khả năng chịu lực ngang Trên công trình xây dựng, khi làm việc nó tự nâng toàn bộ cần trục theo chiều cao công trình và toàn bộ tải trọng được truyền xuống công trình (cần trục neo tường)

 Theo đặc điểm làm việc của cần trục:

- Cần trục loại tháp quay : Toàn bộ tháp và cơ cấu được đặt trên bàn

quay Bàn quay tựa trên các thiết bị tựa quay đặt trên khung di chuyển

- Cần trục tháp không quay: Phần quay đặt trên đầu tháp khi quay thì

chỉ có cần, đỉnh tháp, đối trọng và các cơ cấu đặt trên đó quay

 Theo phương pháp thay đổi tầm với

- Cần trục tháp thay đổi tầm với bằng cách thay đổi góc nghiêng của

cần

- Cần trục tháp thay đổi tầm với bằng cách di chuyển xe con trên ray

của cần Loại này có kết cấu nặng hơn loại cần trục thay đổi tầm với bằng thay đổi góc nghiêng của cần nhưng có độ cao nâng và tốc độ dịch ngang của vật nâng là ổn định

1.2.3 Phạm vi sử dụng:

Thường được sử dụng trong xõy lắp cỏc cụng trỡnh xõy dựng dõn

dụng,xõy dựng cụng nghiệp hoặc dựng để bốc dỡ,vận chuyển hàng hoỏ ,cấu kiện

, vật liệu trờn cỏc kho bói do cú chiều cao nõng và tầm với lớn ,khoảng khụng

gian phục vụ rộng nhờ cỏc chuyển động nõng hạ vật,thay đổi tầm với ,quay toàn

vũng và dịch chuyển toàn bộ mỏy

Tuy nhiờn do kết cấu phức tạp,thỏp cao và nặng tốn kộm trong việc thỏo

dỡ và lắp dựng ,di chuyển,chuẩn bị mặt bằng nờn chỉ dựng cần trục thỏp ở

những nơi cú khối lượng xõy lắp tương đối lớn ,thời gian phục vụ cho cụng việc

trong một khoảng thời gian dài ,hoặc khi sử dụng những loại cần trục tự hành

khụng kinh tế hoặc khụng cú khả năng đỏp ứng yờu cầu của cụng việc

Do tớnh chất luụn đổi địa điểm nờn chỳng được thiết kế sao cho dễ thỏo

dỡ, lắp dựng và vận chuyển hoặc cú khả năng tự dựng bằng cỏc thiết bị cơ khớ

hay thuỷ lực và được di chuyển trờn đường dưới dạng tổ hợp toàn mỏy Điều

này cho phộp giảm chi phớ và thời gian lắp dựng cần trục

1.2.4 Nguyờn lý làm việc:

Ng-ời lái trong cabin sẽ điều khiển các bộ máy nâng hạ hàng, quay cần và di chuyển xe con hoạt động một cách độc lập hoặc đồng thời theo một quy trình hết sức nghiêm ngặt

1.2.5 Thụng số kĩ thuật phự hợp của cần

trục thỏp:

- Sức nõng (Qdn): là trọng lượng lớn nhất mà thiết bị nõng cú thể an toàn tại 1 vị trớ nhất định

- Tầm với: là khoảng cỏc 2 đường thẳng đứng đi qua tõm mooc (hay

tõm xe con) và tõm cơ cấu quay Hỡnh 2.3: Tầm với L và

chiều cao nõng H

- Chiều cao nâng: là khoảng cách từ tâm mooc đến mặt nền

- Trọng lượng cần trục: là trọng lượng toàn máy khi không mang tải

- Tốc độ làm việc của cần trục tháp:

Vận tốc nâng (m/phút) Vận tốc di chuyển xe con (m/phút) Vận tốc quay cần (vòng/phút)

- Cần trục tháp giữ vị trí số một trong các thiết bị dùng trong xây dựng

Cần trục tháp là thiết bị nâng chủ yếu dùng để vận chuyển vật liệu và lắp

ráp trong công trình xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp, các công

trình thủy điện … Trong xây dựng nhà cao tầng không thể sử dụng các

cần trục tháp di chuyển trên ray vì không bảo đảm ổn định cho cần trục

tháp Trong trường hợp này người ta sử dụng loại cần trục tháp cố định

có đầu quay, tháp được neo vào công trình và theo chiều cao của công

trình, tháp được nối thêm các đoạn chế tạo sẵn để tăng chiều cao theo

chiều cao của nhà Trong giai đoạn khi chiều cao nâng chưa lớn, có thể

dùng cầu trục di chuyển trên ray, loại có đầu quay và tháp không quay

1.2.7 Đặc điểm các cơ cấu của cần trục tháp:

a Cơ cấu nâng: Cơ cấu nâng dung để nâng hạ vật (tải) theo

phương thẳng đứng, nó có thể là một bộ phận của máy hoặc

là một máy làm việc độc lập

 Các loại cơ cấu nâng thường dùng:

- Cơ cấu nâng dùng vít đai ốc

- Cơ cấu nâng dùng tang quấn dây

cáp hoặc xích (hình d) Hình 2.4: Các loại cơ cấu nâng

Các loại cơ cấu nâng hình a, b, c có nhược điểm lớn là tốc độ nâng thường

khá nhỏ, tải trọng nâng không lớn, chiều cao nâng bị hạn chế, hiệu suất không

cao…Chúng thường được sử dụng trong các máy nâng đơn giản như: kích thanh

răng, kích trục vít, kích thủy lực, kích khí nén…

Cơ cấu nâng dùng tang quấn dây cáp (hoặc xích) khắc phục được hầu hết

các nhược điểm trên nên nó được sử dụng phổ biến trong máy trục

Hình 2.5: Cấu tạo cơ cấu nâng tang quấn dây cáp

 Các bộ phận chủ yếu của cơ cấu nâng:

Cơ cấu nâng thông thường bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:

- Bộ phận dẫn động

- Bộ phận truyền động

- Tang quấn (cáp hoặc xích)

- Bộ phận mang giữ tải:

Thiết bị nhận vật nâng ( móc, gầu ngoạm…) Dây (cáp hoặc xích)

Puly

- Thiết bị giữ vật treo và điều chỉnh vận tốc

- Ngoài ra còn có thiết bị an toàn, thiết bị điều khiển

b Cơ cấu quay: Cơ cấu quay dùng để thực hiện chuyển động quay cho phần quay của cần trục

 Đặc điểm:

- Cơ cấu quay có thể đặt trên phần không quay hoặc phần quay, dẫn

động bằng tay hoặc bằng điện

Hình 2.7: Cơ cấu quay dẫn động bằng điện đặt trên phần quay

- Vận tốc quay của cần trục thường rất bé

- Quán tính khi khởi động thường rất lớn, thời gian chuyển động ổn

định ngắn

c Cơ cấu di chuyển xe con: Là một bộ phận của máy nâng làm

nhiệm vụ dịch chuyển trên mặt phẳng ngang, mặt dốc của cả máy hoặc bộ phận máy

Dựa theo kết cấu của đường và bộ phận di chuyển mà người ta phân ra:

- Di chuyển bánh kim loại (chủ yếu chạy trên ray đặt trước)

- Di chuyển bánh lốp

- Di chuyển bánh xích

- Di chuyển bằng phao nổi

1.2.8 Lựa chọn các thông số:

Việc lựa chọn những thông số của cần trục tháp còn phụ thuộc vào điều

kiện làm việc cụ thể Nhưng để thuận lợi cho quá trình tính toán và vẫn đảm

bảo điều kiện làm việc tốt ta có thể chọn thêm các thông số sau ngoài các thông

số mà đề bài đã cho:

- Sức nâng (Qdn): là trọng lượng lớn nhất mà thiết bị nâng có thể an

toàn tại 1 vị trí nhất định

Qdn = 5 (Tấn)

- Tầm với: là khoảng các 2 đường thẳng đứng đi qua tâm móc (hay

tâm xe con) và tâm cơ cấu quay

Rmax = 20 (m)

- Chiều cao nâng: là khoảng cách từ tâm mooc đến mặt nền

H = 21 (m)

Do đó khi thiết kế ta chọn kiểu cần trục tháp thay đổi tầm với cách di

chuyển xe con Việc tính toán kết cấu đối với cần trục thay đổi tầm với bằng

cách di chuyển xe con là dễ dàng hơn so với loại cần trục tháp thay đổi tầm với

bằng cách thay đổi góc nghiêng cần Đồng thời loại cần trục này có độ ổn định

cao hơn so với loại thay đổi góc nghiêng cần

Về yêu cầu sử dụng hay bộ di chuyển: Dựa trên những điều kiện mức độ

ổn định của cần trục đồng thời có tính đến không gian phục vụ công việc với

yêu cầu tầm với và chiều cao nâng, tải trọng nâng không quá lớn nên ta chọn

loại di chuyển trên ray Với loại cần trục này thì các tải trọng do gió gây ra và

các tải trọng quán tính khi phanh hãm cần trục, phanh hãm xe con là không lớn

Hình thức kết cấu của cần trục tháp phải chọn sao cho đơn giản nhẹ nhàng

dễ chế tạo, đảm bảo độ ổn định và các yêu cầu về năng suất Chọn cần trục tháp

kiểu quay trên, nâng bằng thiết bị thủy lực do những ưu đểm của thiết bị thuỷ

lực là làm việc an toàn, ổn định, tạo ra lực nâng lớn, kết cấu gọn nhẹ và thao tác

trong quá trình lắp dựng đơn giản hơn

Nhược điểm của loại cần này là phải có thiết bị an toàn do quá trình lắp

dựng ở trên cao và chỉ di chuyển trên ray cố định trong một khoảng không gian

nhất định

Từ đây ta có thể chọn các thông số của cần trục cần thiết kế theo một loại

cần trục tháp đã có sẵn của Trung Quốc như sau:

STT Nội dung Thông số chi tiết Ghi chú

chuẩn xuất khẩu

xoắn

SX tại Nhật Bản, Pháp

13 Tải trọng tối đa đầu cần với 50M 2,3 tấn

14 Tải trọng tại tầm với 44M (04

15 Tải trọng tối đa ở tầm với từ

16 Tiết diện thân cẩu(DxRxC) 2.0x2.0x2.8m

17 Vận tốc nâng tải ở tải trọng 8

20 Vận tốc nâng tải ở tải trọng 2

21 Vận tốc di chuyển xe con 0~55 m/phút

25 Công suất động cơ mâm quay 2x4.0

28 Động cơ thuỷ lực nâng thân 7.5Kw

1.2.9 Tính chọn các thông số cơ bản của cần trục tháp

Thông số cơ bản của cần trục tháp bao gồm:

- Kích thước mặt cắt ngang của các kết cấu

- Chiều dài cần

- Chiều cao của giá chữ A

- Chiều cao của cột

- Chiều dài của cần công son đối trọng

- Chiều dài của một khoang của cần và của cột

- Góc nghiêng của các thanh xiên trong dàn

- Cần, cột chia làm mấy đoạn và chiều dài của mỗi đoạn

a Cần:

 Chọn kết cấu của cần:

- Đặc điểm:

+ Cần chịu tải trọng di động do xe con mang hàng gây ra

+ Cần chủ yếu chịu uốn và xoắn

+ Chiều cao nâng và tầm với lớn

+ Phải có đường ray để di chuyển xe con

+ Diện tích chắn gió của cần sao cho nhỏ nhất

+ Trọng lượng cần nhỏ nhất

- Để định kích thước mặt cắt ngang của cần cần dựa trên hai cơ sở:

+ Dựa theo những cần trục tháp đã được chế tạo và sử dụng ngoài thực tế

có tải trọng nâng và tầm với gần sát cần trục thiết kế

+ Dựa theo công thức kinh nghiệm trong tính toán mặt cắt ngang cần của

cần trục

- Từ đó ta chọn dạng mặt cắt :

Cần dạng dàn không gian

Mặt cắt ngang dạng tam giác

Xe con di chuyển trên gờ của hai thanh biên dưới của cần