Tính toán cơ cấu nâng hạ

đồ án máy nâng vận chuyển

ĐỒ ÁN MÁY NÂNG VẬN CHUYỂN

ĐỀ TÀI: Tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển xe con của cổng trục 2 dầm.Thông số kĩ thuật:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

Máy xây dựng là một khái niệm rộng lớn bao gồm sự kết tinh của tri thức, khoa học kĩthuật của nhân loại trong quá trình lao động sản xuất và cải tạo lao động sản xuất Sự tiếnhóa của tri thức nhân loại càng thúc đẩy việc cải tạo công cụ lao động, nhằm mục đíchtừng bước giải phóng sức lao động con người

Máy xây dựng được phân ra làm nhiều loại như: máy thi công chuyên dùng, máy sản xuấtvật liệu xây dựng, máy trục vận chuyển, máy làm đất,…vv… Máy trục vận chuyển chiếmmột phần không nhỏ trong khái niệm máy xây dựng, nó có lịch sử phát triển rất lâu đờigắn liền với lịch sử phát triển của xã hội loài người và song hành với sự phát triển củakhoa học kĩ thuật Trong đó cầu trục và cổng trục là hai loại máy chủ lực của máy trục, nóphục vụ rất đắc lực trong công tác vận chuyển, xếp dỡ hàng hóa, lắp ráp máy móc, lao lắpdầm cầu… ở nhà xưởng, kho bãi, nhà bãi, các công trình xây dựng

Cổng trục hay còn được gọi là cầu trục long môn, cầu trục chân đê, cầu trục kiểu chữ U

là loại được sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng như: xây dựng nhà dân dụng, xâydựng nhà công nghiệp, xây dựng công trình thủy điện, quốc phòng, thủy lợi, giao thông,

để lắp ráp máy mọc, thiết bị xếp dỡ hàng hóa ở các bến cảng nhà ga, phục vụ cho việc sảnxuất các cấu kiện xây dựng, lao dầm lắp dầm… Kết cấu thép tầng trên giống như giốngnhư cầu trục nhưng khác với cầu trục ở chỗ được trang bị thêm các chân đỡ đặt trên cáccụm bánh xe di chuyển trên đường ray chuyên dùng để tạo ra chiều cao nâng Công dụng,dạng kết cấu thép, kết cấu tầng trên, phương án dẫn động cơ cấu di chuyển cổng rất đadạng, nên có rất nhiều quan điểm phân loại cổng như sau:

+ Cổng trục có công dụng chung: dùng để xếp dỡ, vận chuyển hàng thể khối, vậtliệu rời trong khác kho bãi, bến cảng nhà ga Có tải trọng từ 3,2 đến 10 tấn, khẩu

độ dầm chính từ 10 đến 40 mét, chiều cao nâng từ 7 đến 16 mét

+ Cổng trục dùng để lắp ráp: dùng để lắp ráp thiết bị trong nhiều lĩnh vực với vậntốc thấp

+ Cổng trục có công dụng riêng: chuyên để phục vụ một loại công việc nào đó nhưngành đóng tàu…

- Theo dạng kết cấu thép:

+ Cổng trục không có công son

+ Cổng trục có công son: một đầu công son hay cả hai đầu công son

- Theo kết cấu thép tầng trên:

+ Cổng trục dạng dàn

+ Cổng trục dàng dầm: dầm định hình hay dầm tổ hợp, một dầm hay hai dầm

+ Dẫn động chung

+ Dẫn động riêng

+ Trong công tác xây dựng: cổng trục được sử dụng chủ yếu để lao lắp dầm cầu do

có sức nâng lớn, khẩu độ, chiều cao nâng lớn, lắp ráp có độ chính xác cao do vậntốc các thiết bị nâng và di chuyển nhỏ

+ Không sử dụng được ở những nơi mà đường di chuyển của cổng có đường vòng

và bán kính hẹp và nền đường được làm không được tốt

Cổng trục có dải sức nâng từ 1 đến 500 tấn, khẩu độ từ 10 đến 40 mét( thậm chí có thểlên tới 80 mét) Tốc độ nâng hạ từ 10 đến 18 mét/phút, vận tốc xe con từ 10 đến 50mét/phút, vận tốc di chuyển cổng từ 40 đến 150 mét/phút

Cổng trục như nói ở trên với chức năng chủ yếu là nâng hạ hàng và di chuyển nó trongkhông gian làm việc Muốn thực hiện chức năng trên cổng trục, phải bố trí thiết bị nâng

hạ vật và cơ cấu di chuyển thiết bị ấy Thiết bị ấy là xe con mang hàng hoặc pa lăng, cụthể ở đây là xe con Như vậy trên xe con được bố trí cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển, các

cơ cấu này được trang bị các động cơ điện riêng và sử dụng mạng điện công nghiệp Điều khiển xe con cũng như toàn cổng nhờ người lái chuyên nghiệp từ trong ca bin treo

ở một đầu cổng hoặc điều khiển từ mặt đất qua hộp điều khiển, điều khiển các cơ cấu trênhoàn toàn độc lập với nhau

Xe con mang hàng là một khung hàn hay đinh tán với rất nhiều dạng cơ cấu khác nhautrên thực tế Nó phụ thuộc vào tải trọng hàng nâng vào quan điểm thẩm mĩ khi bố trí các

cơ cấu trên đó của người thiết kế Tuy nhiên, dù cấu tạo về hình dáng có nhiều dạng khácnhau thì xe con cũng gồm hai cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ và cơ cấu di chuyển xe con

Để đơn giản trong công việc lắp đặt thì mỗi cơ cấu được bố trí liền thành một khối và cốgắng đạt được các yêu cầu đặt ra như sau:

mà xe con phục vụ chiều cao cho phép của cổng

2. Phân bố trọng lượng vật treo, trọng lượng các cơ cấu đặt trên xe phải đều cho cácbánh xe.

quản Yêu cầu này đảm bảo có thể tháo chữa một bộ phận nào mà không đụng đến

bộ phận bên cạnh Các chi tiết máy và các bộ phận máy cần kiểm tra, cũng như cácdụng cụ bôi trơn phải sắp đặt như thế nào cho việc bảo quản chúng được tiện lợi và

an toàn

và tuổi thọ các cơ cấu

lượng đảm bảo và công chọn ổ lăn cũng dễ dàng

6 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của cổng trục 2 dầm

Cấu tạo của cổng trục gồm: dầm chính, dầm biên, chân cổng trục, sàn thao tác, thangleo, pa lăng điện( hoặc xe lăn), ca bin điều khiển và hệ thống dẫn điện cho cổng trục hoạtđộng

Nguyên lí làm việc của cổng trục 2 dầm:

- Hai dầm chính của cổng trục được liên kết với 2 chân cổng làm 1 khung, đảmbảo độ cứng cho cả phương đứng và phương ngang Trên dầm biên lắp các bánh xe dichuyển Khoảng cách theo phương ngang giữa tâm các ray gọi là khẩu độ của cần trục

- Xe con chạy dọc theo các đường ray trên dầm chính nhờ nguồn điện chạy dọctheo ray Trên xe con đặt các cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con để nâng hạ và dichuyển vật.

- Cơ cấu di chuyển cổng trục được đặt trên kết cấu dầm cổng nhờ nguồn điệnchạy dọc đường ray mà cơ cấu di chuyển cổng trục có thể di chuyển cả bộ phận cổng trục

từ vị trí này sang vị trí khác

CHƯƠNG 2: TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN

2.1-Thông số tính toán và phương án thiết kế cơ cấu di chuyển xe con

- Ưu điểm: phương án 1 nhỏ gọn gồm một hộp giảm tốc, một động cơ, bốn khớp nối.Truyền động đơn giản, chiếm ít trên xe lăn thuận tiện cho việc bố trí trên các xe lăn.

- Nhược điểm: phương án 1trục truyền quay với tốc độ bé, momen xoắn lớn nên kíchthước trục to

Hình 2-2 Dẫn động chung 1 đầu vào 1 đầu ra của hộp giảm tốc

- Ưu điểm: Phương án này kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, truyền động chắc chắn có sựđồng bộ giữa hai bánh xe cao

- Nhược điểm: do 2 bánh xe lắp cùng trên 1 trục nên khoảng cách không được lớn, 2bánh xe quay với vận tốc bé nên mômen xoắn trên trục khác cao, do đó kích thước củatrục lớn

Hình 2-3 Dẫn động riêng với 2 động cơ và 2 hộp giảm tốc

- Ưu điểm: Phương án này cho phép dẫn động ở khoảng cách lớn, trục truyền quayvới tốc độ cao nên momen xoắn không lớn lắm

-Nhược điểm: Hai bánh xe thường quay không đồng bộ, vì vậy cần phải thực hiệnđồng bộ chuyển động quay bằng điện, cơ khí hay điện tử, phương án này tốn nhiều động cơ, phanh

Kết luận: như phân tích trên ta chọn phương án 1, do nhỏ gọn dễ chế tạo, ít tốn kém,

chiếm ít không gian

2.2- Thiết kế bánh xe và chọn ray

Xe con di chuyển trên cổng trục nhờ các bánh xe hình trụ hay hình côn Để đảm bảo antoàn thì thường dùn bánh xe có 2 thành bên cho xe con mang hàng khỏi bị trượt khỏiđường ray Khoảng cách 2 mép trong của thành bánh xe làm rộng hơn để tránh lực ma sátlớn giữa thành bánh và mặt bên của ray Bánh xe hình trụ được sử dụng rộng rãi nhất, dễchế tạo nhưng không có khả năng định tầm Khắc phục điều này người ta dung 2 bánh

hình côn để làm bánh dẫn Do ngày nay công nghệ chính xác ngày càng cao nên vấn đềđịnh tâm chuẩn cho các bánh xe hình trụ không còn là vấn đề nữa Do vậy, để dễ chế tạo,lắp lẫn giữa các bánh xe cao ta dùng cả 4 bánh giống nhau hình trụ có thành bên, vật liệuchế tạo bánh xe ta chọn thép 55∏

, bề mặt làm việc được nhiệt luyện với độ rắn:

• Kiểm tra bánh xe.

Bánh xe và ray tiếp xúc đường, bánh xe kẹp chặt trên trục không thể quay tương đương với mặt phẳng vuông góc với trục, nên để đảm bảo bền cho bánh xe thì:

[ ]

190

Xác định kích thước hình học của xe con theo catalog:

Theo catalog của xe con với tải trọng nâng là 15 tấn ta chọn:

Hình 2-4.Sơ đồ để xác định tải trọng lên các bánh xe

Hình 2-5 Sơ đồ tính sức bền bánh xe

+ Tải trọng lên các bánh xe gồm có trọng lượng bản than xe con

11000( )

xc

và trọnglượng vật nâng Q=150000(N) Trọng lượng xe xem như phân bố đều cho các bánh Khi

Tổng tải trọng do trọng lượng vật nâng tác dụng lên chủ động (bánh dẫn) là:

 Ta thấy bánh xe D chịu tải trọng lớn nhất, nên ta dùng tải trọng này để tính toán

Vậy tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe (bánh D) là:

Từ bảng 2-4 với xe con làm việc với chế độ nặng chọn bx

- Công thức tĩnh yêu cầu:

.60.1000

t xc t

dc

W v N

η

=

(kW) Trong đó: + t

W

là tổng lực cản tĩnh di chuyển xe con+ xc

là hệ số di chuyển của cơ cấu tra bảng 2-5:

Bảng 2-5 Hiệu suất của các bộ phận của cơ cấu máy trục

Cơ cấu di chuyển xe và máy

0,90Với bộ truyền trục vít

0,75

Từ bảng 2-5 ta có: với bộ truyền bánh răng và dùng ổ lăn ta chọn

+Lực cản tĩnh tác dụng trong suốt quá trình di chuyển với vân tốc ổn định

+Lực cản động chỉ xuất hiên khi khởi động,khi phanh hoặc chuyển động có gia tốc.ở

2,02,12,22,3

1,351,41,451,5

400

500

0

1000R

là độ dốc của đường ray, tra bảng 2-9:

+ q là áp lực gió tính toán, tra bảng 2-10:

Bảng 2-10 Áp lực gió lên cần trục ở trạng thái làm việc

0,4, đối với các cơ cấu lấy k=0,8÷

là diện tích chịu gió của vật nâng tra bảng 2-11:

t xc t

Tương ứng với chế độ làm việc của cơ cấu là nặng có CĐ 40%, sơ bộ ta chọn động

cơ điện MT-011-6 có các đặc tính sau đây:

Công suất danh nghĩa (kW) N dc =1, 4

dc x bx

n i n

2.5- Kiểm tra động cơ điện về mômen mở máy

Cơ cấu di chuyển cần phải được kiểm tra về lực bám sao cho đảm bảo hệ số an toànbám nhất định,để tránh hiên tượng trượt trơn của bánh xe trên đường ray Phép tínhkiểm tra về lực bám tiến hành cho trờng hợp mở máy khi không có vật nâng treo ở móc,

là lúc có nhiều khả năng xảy ra hiên trượt trơn nhất

Gia tốc lớn nhất cho phép để đảm bảo hệ số an toàn

1, 2

b

, tính cho trường hợp lựcbám ít nhất ( khi không có vật nâng):

max

0 0

+ f: là hệ số ma sát khi bánh xe trượt trên ray tra bảng 2-12

Bảng 2-12 Hệ số ma sát trượt trên ray f

bôi dầu

ổ bi và ổthanh lăn

Ta thử kiểm tra hệ số an toàn bám thực tế là bao nhiêu Trước hết ta tính thời gian

mở máy khi không có vật treo:

( )

2 0

d b

m

bx

G k

j d

m

bx

G k

j d

2.6- Tính toán phanh

-Mô mem phanh phải được xuất phát từ yêu cầu sao cho khi xe lăn di chuyển trên raytrong mọi trờng hợp phải đảm bảo xe không xảy ra trợt trơn trong quá trình phanh.

• Khi phanh không có vật nâng: gia tốc hãm

∗

2 2

1 5

4

6 7

D

1 Bánh phanh 2(4) Má phanh 3(5) Tay đòn phanh

6 Nam châm điện 7 Tay đòn cơ cấu tạo lực phanh

8 Lò xo tạo lực phanh 9 Lò xo phụ ( hỗ trợ nam châm điện)

10 Đai ốc nén lò xo chính

11 Đai ốc dùng khi bảo dưỡng hoặc thay má phanh

12 đai ốc điều chỉnh hành trình phanh 13 Ống bao

14 Thanh đẩy 15 Vít hạn chế hành trình phanh

Hình 2-6 Sơ đồ cấu tạo phanh má điện từ

Sau đây ta sẽ kiểm tra tình hình của phanh đã chọn

Hệ số an toàn bám Với phanh đã chọn có mô men phanh gần sát trị số tính được,nên thực tế khi phanh xe lăn không có vật nặng sẽ có

Do đó không cần kiểm tra an toàn bám nữa

Gia tốc hãm khi có vật Khi có vật thời gian phanh được xác định:

2 2

Đối với cổng trục làm việc ngoài trời mà không có bộ phận hãm gió, mômen phanhphải đảm bảo điều kiện:

2 3 1

.2

bx dc ph

q là áp lực gió ở trạng thái không làm việc tra bảng 2-14 Bảng 2-14 Áp lực gió lên cổng trục ở trạng thái không làm việc,

+ Truyền được công suất N=1,36kW

Trong các hộp giảm tốc tiêu chuẩn ngành máy nâng vận chuyển, không có loại nào phùhợp với yêu cầu trên Hộp giảm tốc phù hợp hơn cả là hộp ZQ-250, có các đặc tính sau: Kiểu hộp 2 cấp bánh răng trụ thẳng đứng:

Kiểu lắp: có 1 đầu trục vào và 2 đầu trục ra

Công suất truyền được với CĐ=40%, số vòng quay trục vào 1000vòng/phút,N=1,8kW

Như vậy muốn đảm bảo yêu cầu động học ta phải thiết kế hộp giảm tốc theo các yêucầu đề bài đề ra Để quá trình thiết kế được nhanh chóng và chế tạo được tiện lợi, ta cóthể chọn các thông số và kích thước cơ bản giống như của hộp ZQ-250, chỉ thay đổi chút

về số răng các bánh răng sao cho phù hợp với tỉ số truyền yêu cầu

1- Bánh răng trụ răng thẳng, Z1=9 2- Bánh răng trụ răng thẳng, Z2=54

3- Bánh răng trụ răng thẳng, Z3=10 4- Bánh răng trụ răng thẳng, Z4=67

Hình 2-7 Sơ đồ cấu tạo hộp giảm tốc khai triển 2 cấp của cơ cấu di chuyển xe con

Bảng 2-15 Các thông số của hộp giảm tốc ZQ-250

Công suất

truyền(kW

)

Tỉ sốtruyền quay trụcTốc độ

nhanh(v/ph)

Khoảngcách tâm(a), mm

Kích thước

g(kg)

Như vậy, hộp giảm tốc hoàn toàn đủ khả năng tải

Vấn đề còn lại ta phải thiết kế sao cho hộp giảm tốc đảm bảo tỉ số truyền yêu cầu,

tốc, ta sẽ dùng số răng khác, nhưng vẫn giữ tổng số răng từng cặp 1 theo tiêu chuẩn, cụthể là:

Ta sẽ có hộp giảm tốc đủ khả năng tải và đảm bảo yêu cầu động học

2.8- Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển xe

2.8.1. Trục bánh dẫn

Hình 2-8 Kết cấu trục bánh dẫn Kết cấu bộ phận trục cùng bánh dẫn cùng hộp trục trình bày trên hình 8-1 Bánh xelắp cứng trên trục bằng then, trục đặt trên ổ lăn trong các hộp trục, do đó trong quá trìnhlàm việc, trục quay chịu uốn và xoắn Ứng suất uốn sẽ thay đổi theo chu kì đối xứng, ứngsuất xoắn do tính chất làm việc 2 chiều của cơ cấu di chuyển, cũng xem như thay đổi theochu kì đối xứng

Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe ( bánh D, hình 2-1), đã xác định được có trị

Hình 2-9 Sơ đồ tính trục

Sơ đồ tính trục cho trên hình 9-2

Mô men uốn lớn nhất tại tiết diện giữa bánh xe:

66675.152

2533650

t u

885

t t

I

N M

2

.

2

5,96

Ở trục ra của hộp giảm tốc mô men này truyền sang 2 bên(phương án 1), phân bố

tỷ lệ với tải trọng lên các bánh dẫn A và D Bánh D chịu tải trọng lớn nhất, trục của nó sẽ chịu mô men xoắn lớn nhất bằng:

dẫn động bằng máy.

Hệ số an toàn của cơ cấu di chuyển và

cơ cấu quay

Giới hạn

1,31,2

1,61,4

1,91,4

=1,6 + k’ là hệ số tính đến tập trung ứng suất và các nhân tố khác ảnh hưởng đến sứcbền mỏi của chi tiết tra bảng 2-17:

Bảng 2-17 Hệ số k’ dùng trong phép tính sơ bộ

Chi tiết bằng thép, bề mặt có gia công

Chi tiết bằng thép, bề mặt không gia công

Trục, ngõng trục

ở những chỗ sẽ đặt then hoặc có góc lượn

ở chỗ cắt ren, khi chịu kéo và chịu uốn

2,0-2,83,5-4,5

1,51,81,2

Từ bảng 2-17 ta chọn: với trục và ngõng trục ở những chỗ sẽ đặt then hoặc có góc lượn k’=2,5

mm Vậy ta sẽ lấy đường kính trục ở đây d=75mm

Sau đây ta sẽ kiểm tra lại hệ số an toàn theo sức bền mỏi của trục:

sẽ có: mô menchống uốn

337600

u

và mô men chống xoắn

379000

x

Các ứng suất lớn nhất

2 max

2533650

67, 4 /37600

u u

M

N mm W

2 max

497100

6,3 /

W 79000

x x

Hình 2-10 Đồ thị gia tải trung bình các cơ cấu máy trục chế độ nặng

Q

, 2

Q

, 3

Q

, 4

Hệ số an toàn theo uốn:

1 1

322,6

1,771,8

67, 40,74.0,9

b

n k

σ σ σ

σσ

8,161,65

6,3

0, 62.0,9 a b m

n k

τ τ τ

ττ

a. Tải trọng đứng (hướng kính) do trọng lượng xe con và vật nâng.

Lực S xuất hiện đều ở hai ổ đối nhau và triệt tiêu lẫn nhau

Ngoài ra còn có thể có tải trọng ngang( hướng kính) do lực di chuyển xe lăn, song tải trọng này rất nhỏ nên không tính đến