Nghiên cứu, thiết kế cần cẩu crane 10 tấn, tầm với 18 mét

Derrick đơn giản Kết cấu chỉ có tời nâng hàng có động cơ, tầm với được thay đổi khi không có hàng theo 3 cách: - Kéo tay rồi hãm bằng xích - Kéo tay rồi kéo bằng hãm cáp khi không dùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Vũ Việt Cường

Nghiên cứu, thiết kế cần cẩu 10 tấn, tầm với 18m

Chuyên ngành : Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chế tạo máy

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS Nguyễn Văn Huyến

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, hội nhập,thông thường với các nước trên thế giới Hàng hóa được vận chuyển bằng đường biển để

hạ giá thành và tăng khả năng cạnh tranh Trong ngành vận chuyển thủy tại nước ta hiện nay, vấn đề trang bị cơ giới hóa thiết bị xếp dỡ cho tàu là hết sức cần thiết vì nước ta còn nghèo nàn, điều kiện vật chất còn thiếu thốn Không phải ở cảng nào cũng có cần cẩu để phục vụ cho quá trình bốc dỡ hàng hóa Hơn nữa, nước ta là nước nông nghiệp, hàng hóa vận chuyển chủ yếu là hàng rời và được mua ở các vùng nông thôn Do vậy trang bị phương tiện bốc dỡ trên tàu trở nên cần thiết, vì nó vừa nâng cao năng suất chuyên chở, vừa giảm sức lao động nặng nhọc của người lao động

Trên thế giới, thiết kế và chế tạo đã đi vào hoàn thiện, và làm thành tiêu chuẩn riêng đối với từng hãng sản xuất Các nước đóng tàu nổi tiếng trên thế giới đều có ngành công nghiệp thiết bị phụ trợ phát triển

Tại Việt Nam đã có một số công ty thiết kế và chế tạo cần cẩu ở trên tàu, nhưng chủ yếu là sao chép lại các thiết kế của các công ty nước ngoài Hơn nữa các thiết bị và kết cấu không được nghiên cứu đồng bộ làm giảm năng suất và tăng chi phí chế tạo.Để thiết kế và chế tạo được cần cẩu trên tàu, ta cần có các kiến thức của toán học, cơ học, nguyên lý máy, lý thuyết điều khiển, khoa học tính toán và nhiều tri thức khác

Được sự đồng ý của Viện cơ khí, Viện đào tạo sau đại học Với những hướng

dẫn và chỉ đạo tận tình của Ts Nguyễn Văn Huyến tôi đã có nhiều thuận lợi khi

thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế cần cẩu 10 tấn, tầm với 18m”

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Theo mục tiêu 20 năm nữa, Việt Nam cơ bản trở thành nước công nghiệp hóa, hiện đại hóa Hơn nữa việc tự chủ về công nghệ thiết kế và chế tạo các máy móc cơ bản phục vụ đời sống hàng ngày là yêu cầu bắt buộc Hiện nay, các hàng hóa rời xuất khẩu của Việt Nam phụ thuộc rất nhiều vào các hãng vận chuyển nước ngoài Trong nghành đóng tàu ở Việt Nam hiện nay vẫn chủ yếu là gia công thô, giá trị gia tăng thấp, việc chế tạo các cần cẩu lắp ở trên tàu ở dạng tự phát, không trên tính toán khoa học mà theo kinh nghiệm thực tế Do đó, công việc chính là sao chép lại các thiết kế nước ngoài và chỉnh sửa cho phù hợp với điều kiện ở Việt Nam

Là một học viên của một trường khoa học, công nghệ hàng đầu ở Việt Nam Tôi đã làm việc liên quan đến thiết kế các thiết bị tàu thủy từ lâu và mong muốn làm một việc nhỏ góp phần vào việc nội địa hóa các sản phẩm máy móc tại Việt Nam

Do vậy, sau khi xem xét các đề tài, tôi đã quyết định làm luận văn tốt nghiệp với đề

tài: “Nghiên cứu, thiết kế cần cẩu crane 10 tấn, tầm với 18m”

2 Tính cấp thiết của đề tài

Thiết bị nâng hạ trên tàu không còn xa lạ với các nước phát triển trên thế giới Tại các công ty hàng đầu trên thế giới, các thiết bị nâng cơ bản đã được thiết kế, chế tạo thành các theo tiêu chuẩn của hãng Tuy nhiên, tại Việt Nam, đây là công việc khá mới mẻ Vì vậy, đề tài có ý định tập hợp các kiến thức đã biết để hoàn thiện hơn cho việc thiết kế, chế tạo Phục vụ cho việc phát triển công nghệ cao, một lĩnh vực

mà nước ta còn đi sau các nước phát triển rất nhiều

3 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục đích:

Tìm hiểu, nâng cao kiến thức về truyền động điện, thủy lực, kết cấu thép, tự động hóa, toán học Hệ thống hóa việc thiết kế các thiết bị, cụm chi tiết phục vụ chế tạo cần cẩu Vì xu thế thời đại các lĩnh vực trên ngày càng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, nên đòi hỏi người thiết kế cần có các kiến thức tổng hợp để tạo ra các sản phẩm hoàn thiện hơn

Tìm hiểu và tính toán các kết cấu, cụm chi tiết phù hợp với công việc của cần cẩu làm việc trên tàu

Đối tượng:

Cần cẩu crane là thiết bị nâng hạ chính cho các tàu hàng rời, và có thể lấy hàng từ các vùng không có cầu cảng và thiết bị bốc dỡ tại cảng Do vậy, rất phù hợp với việc vận chuyển, hàng hóa nông lâm sản phục vụ các vùng nông thôn Góp phần đẩy nhanh lưu thông hàng hóa nhất về nông thôn và ngược lại

Phạm vi nghiên cứu:

Tác giả tập trung nghiên cứu các kết cấu cơ khí và hệ thống điều khiển thủy lực Tìm hiểu và thiết lập các công thức tính toán các kết cấu thép và hệ thống thủy lực

4 Các luận điểm cơ bản, đóng góp mới của tác giả

Các luận điểm cơ bản

Cần cẩu là một thiết bị nâng hạ cho phép dịch chuyển các hàng Do cần cẩu đứng tại một vị trí ở trên tàu nên khi dịch chuyển vị trí hàng hóa có thể phối hợp giữa các chuyển động khác nhau để đưa hàng đến đúng vị trí yêu cầu (nâng hạ hàng, quay cần và nâng hạ cần)

Cần cẩu là thiết bị nâng hạ hàng nặng và có thể đi đến nhiều nơi trên thế giới

Do đó việc thiết kế cần phải tuân theo quy phạm đăng kiểm Việt Nam và tiêu chuẩn các nước mà tàu sẽ cập cảng

Đóng góp của tác giả

Rất nhiều thiết bị của cần cẩu đã được thiết kế, tính toán Tuy vậy tác giả đã hệ thống hóa các tính toán, thiết kế các thiết bị liên quan và thêm vào một số cách tính toán theo quan điểm của tác giả

5 Phương pháp nghiên cứu

Tác giả đã tìm hiểu các loại cần cẩu lắp đặt trên tàu từ trước đó và sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cũng như đã xem xét việc thiết kế và chế tạo trên thực tế

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VỀ CÁC LOẠI CẦN CẨU TRÊN TÀU

1 Tổng quan về các loại cần cẩu lắp đặt trên tàu

1.1 Cần cẩu Derrick đơn

1.1.1 Derrick đơn giản

Kết cấu chỉ có tời nâng hàng có động cơ, tầm với được thay đổi khi không có hàng theo 3 cách:

- Kéo tay rồi hãm bằng xích

- Kéo tay rồi kéo bằng hãm cáp (khi không dùng xích)

- Dùng tời nâng cần không động cơ (khi dùng để thay đổi tầm với)

Cần cẩu kiểu này có năng suất thấp, sức nâng nhỏ nhưng kết cấu đơn giản, thường dùng trên các tàu nhỏ

17 Mã cáp nâng cần trên boong

18 Gối cần và chốt quay đuôi cần

20 Dây nâng hàng

21 Ròng rọc daăn hướng

22 Đầu dây nâng hàng chạy vào tời

23 Dây hoặc palăng tay nâng cần

Hình 1.1 Sơ đồ cần cẩu derrick đơn giản, loại nhẹ

a Có dây nâng cần và dây nâng hàng

b Có palăng nâng cần và palăng nâng hàng

24 Palăng nâng cần

25.Palăng nâng hàng

26 Tời nâng hàng không động cơ

27 Tang con của tời hàng

c Có tời nâng cần

1.1.2 Derrick loại nặng có dây quay

Loại này có 4 tời: 1 tời nâng hàng, 1 tời nâng cẩu, 2 tời quay cần Gối đuôi cần thường đặt trên hệ đỡ cần bố trí riêng trên boong Tầm với thường được thay đổi khi có hàng trên móc Khi sức nâng dưới 15 ÷ 20T, cần không xẻ rãnh và có palăng nâng hàng cần giống cần cẩu loại nhẹ Khi sức nâng trên 15 ÷ 20T cần được

xẻ rãnh lắp ròng rọc để dẫn dây nâng hàng đi lên ròng rọc trên đỉnh rồi xuống tời Trên các tàu lớn thường trang bị một vài derrick đơn có dây quay để cẩu các mã hàng nặng

1.1.3 Derrick đơn kiểu Halen

Đặc điểm của cẩu trục loại này là có hai palăng vừa dùng nâng hạ cần vừa dùng quay cần mắc từ đầu cần vào hai đầu của xà ngang đỉnh cột Xà ngang đỉnh cột thường dài để giảm lực quay cần do kết cấu nặng

1 Cột cẩu 10 Dây nâng hàng đi vào tời;

2 Sừng treo dây trên xà ngang

12 Dây chằng

13 Dây nâng – quay cần đi vào tời

14 Thanh chống dây

15 Palăng nâng cần

16 Palăng nâng quay cần

Hình 1 – 3 Cần cẩu đơn Halen

a) Cần cẩu nặng, nhìn chính diện; b) Cần cẩu nặng, nhìn từ mặt bên

1.1.4 Derrick đơn kiểu Vêlê

Cần cẩu Vêlê có ba tời có động cơ Hai đầu dây trên tang tời nâng cần(1) cuốn cùng chiều, hai đầu dây trên tang tời quay cần (7) cuốn ngược chiều nhau Xà ngang (11) dùng để cân bằng sức căng trong hai palăng Vì mỗi lần nâng hoặc quay chỉ dùng một tời nên công suất động cơ điện seơ lớn hơn cần cẩu Halen, có sức nâng tương đương, điều khiển dễ dàng, chỉ cần một người lái

1.Tời nâng hàng;

2, 9, 18, 19 Đầu dây vào tời của palăng

nâng, quay cần

3, 5, 7, 8 Ròng rọc dẫn hướng

21 Ròng rọc dẫn hướng trên cột Hình 1 – 4 Sơ đồ derrick đơn kiểu Vêlê.

1.1.5 Derrick đơn kiểu Mo-Xlêvinh

Cần cẩu Mo-Xlêvinh cũng gồm có 3 tời: tời nâng cần, tời nâng hàng và tời quay cần Tời quay cần có tang kép nối vào 2 đầu puly lắp trên đỉnh cột quay có tác dụng kéo cần cẩu quay về trái hay phải Khi tang này thu cáp vào thì tang kia nhả cáp ra để lượng cáp là luôn luôn cố định Chú ý khi thiết kế cần cẩu loại này là tâm quay của thanh cần, tâm của puly quay cần gần như thẳng hàng Có điểm nối giữa cáp nâng cần và cáp quay cần để không làm trùng cáp quay cần khi nâng hạ cần Loại cần trục này được sử chế tạo rộng rãi ở Việt Nam do dễ chế tạo và lắp ráp

9 Ròng rọc đầu cần của palăng nâng, quay cần

10 Ròng rọc mạn của palăng nâng, quay cần Hình 1- 5 Sơ đồ cần cẩu Mo -Xlêvinh

có một van cho tời nâng hàng, một van dùng chung cho tời quay cần và tời chuyển

xe móc Cần cẩu này, làm nhanh và đặt được hàng chính xác tại mọi vị trí trong tầm với

Hình 1 - 6 Sơ đồ derrick đơn có xe móc

1.1.7 Derrick đơn kiểu Stiuken

Cần cẩu Stiuken có ưu điểm là làm việc tin cậy, cơ giới hóa hoàn toàn, không cần chuẩn bị mắc dây trước lúc bắt đầu làm việc, lật cần đơn giản, cần nặng có thể làm việc đồng thời với các cẩu đôi nhẹ lắp trên cùng một cột Nhược điểm lớn nhất

là kích thước lớn, chiếm nhiều chỗ trên boong

Hình 1-7 Sơ đồ cần cẩu Stiuken

19 Bàn điều khiển 4 tời hàng

22 Tay quay chỉnh xà con

Các vị trí khi lật cần: I – cần II – chạc đầu cần III – ròng rọc dẫn hướng IV – cụm ròng rọc nâng hàng ở đầu cần V – Cụm ròng rọc nâng hàng dưới VI – các ròng rọc thay thế VII – hai đầu dây nâng hàng về tời

1.2 Các kiểu Derrick đôi

1.2.1 Derrick đôi đơn giản

Là loại cần cẩu có kết cấu đơn giản, chỉ dùng hai tời có động cơ, chu kỳ hoạt động của móc rất ngắn, hàng không bị lắc, làm việc đựơc khi tàu có độ nghiêng lớn

Hình 1 – 8 Sơ đồ derrick đôi đơn giản

Cẩu đôi có nhược điểm cơ bản là:

Sức nâng thấp: sức nâng khi cẩu đôi chỉ bằng (0,3 ÷ 0,6) sức nâng một cẩu khi cẩu đơn

Tính cơ động của cẩu kém do đó năng suất đơn giản của cẩu đôi đơn giản thấp hơn cần cẩu quay và derrick đơn cơ giới hóa hoàn toàn Thời gian chuẩn cần cẩu làm việc và thời gian xếp gọc cần cẩu lại trước khi tàu chạy khá dài

Mức độ an toàn không cao, cần cẩu có thể bị quá tải đến mức gãy cần đứt dây giằng hoặc bị mất ổn đ̣nh đến mức lật cần do đặt sai vị trí cần và dây giằng mạn, do người lái thiếu kinh nghiệm, thiếu chú ý để góc giữa hai dây nâng hàng quá 1200 Khi nâng hạ cần nếu không cẩn thận cũng có thể bị rơi cần

1.2.2 Derrick đôi kiểu Faren

Cần cẩu đôi Faren có hai tời diện để nâng hạ cần, các điểm bắt dây giằng mạn nằm trên một đường thẳng nằm ngang trùng với đường trục chốt ngang đuôi cần Khi nâng hạ cần, cần và dây giằng mạn cùng quay quanh trục đó, không mất thời gian mắc lại dây giằng

Cần cẩu Faren khắc phục được hai nhược điểm của cần cẩu đôi đơn giản đó tăng được sức nâng và năng suất tăng Thời gian đóng mở nắp hầm hàng giảm 70%, thời gian chuẩn bị cần cẩu cho cần cẩu làm việc và xếp lại trước khi chạy tàu giảm 80% Tính chung cả chuyến đi cần cẩu Faren có năng suất tăng 21% so với cần đơn giản Mức độ an toàn cũng tăng lên

Hình 1-9 Sơ đồ cần cẩu Faren

1.2.3 Derrick đôi kiểu Eben

Trong cần cẩu Eben cần được giữ bằng dây giằng mạn và dây nâng cần, không

có dây giằng đầu cần Ngoài hai tời nâng hàng có thêm hai tời nâng cần và hai tời dây giằng

Cần cẩu Eben có các ưu điểm của cần cẩu đôi đơn giản, lại cơ giới hóa hoàn toàn các chuyển động, tự động an toàn cao do tự động điều chỉnh vị trí của cần, có sức nâng khi cẩu đôi bằng sức nâng khi cẩu đơn Tuy nhiên kết cấu và thiết bị cũng khá phức tạp

1 Dây nâng hàng vào tời

2 Ròng rọc mạn của dây giằng

3 Đầu dây giằng vào tời

4 Đầu dây nâng cần vào tời

5 Ròng rọc dẫn hướng của dây nâng

cần

6 Xà ngang cột

7 Ròng rọc dẫn hướng của dây giằng

8 Đầu dây giằng bắt vào xà ngang

1.2.4 Derrick đđôi kiểu AEG

Cần cẩu AEG là cần cẩu Eben có 7 tời điện độc lập dây giằng cần được kéo bằng tời dùng để quay cần Cần được quay bằng cách phối hợp dây giằng đầu cần

và dây giằng mạn (một cái nhả, một cái kéo) Tất cả các tời được tập trung ở một bàn điều khiển

1 Dây nâng hàng

2 Dây giằng đầu mạn

3 Cụm ròng rọc đầu cần của dây giằng

4 Cần mạn

5 Dây nâng cần

6 Cột

7 Dây giằng đầu cần

8 Tời dây giằng mạn Hình 1-11: Sơ đồ cần cẩu AEG

9 Tời dây giằng đầu cần

1.3.1 Cần cẩu quay dùng xy lanh

Hình 1-12 Cần cẩu crane dùng xy lanh Cần cẩu quay dùng xy lanh nâng cần có: 1 tời nâng hàng thường được bố trí nằm trên thanh cần cẩu, cần cẩu nối với cột chính bằng 1 khớp nối trên đỉnh cột và

1 khớp quay tại xy lanh nâng cột Tùy theo tải trọng của cần cẩu mà ta có thể bố trí

1 hoặc 2 xy lanh nâng cần Thanh cần thường ở vị trí nằm ngang khi làm việc ở tầm với lớn nhất Cột cẩu được làm kín và ở trong đó gồm có mâm quay và cụm truyền động quay cột, cụm nguồn thủy lực và các van điều khiển, ca bin Cần cẩu quay dùng xy lanh thủy lực thường có sức nâng nhỏ và trung bình (tải trọng cho phép thường nhỏ hơn 20 tấn) Hệ thống điều khiển cần cẩu là điện và thủy lực

Cần cẩu quay sử dụng xy lanh nâng cần có kết cấu đơn giản, dễ sửa chữa Hệ thống truyền động bằng cơ khí và thủy lực nên cần cẩu có độ tin cậy cao hơn khi làm việc Tuy nhiên khi nâng cần thì nâng cả tải trọng vật làm cho động cơ có công

suất lớn hơn Mặt khác do bị hạn chế về chiều dài xy lanh (khi độ dài lớn thì tính ổn định kém đi) nên lực nâng cần khá lớn

Khi tính toán cần cẩu quay sử dụng xy lanh cần phải chú ý đến các vấn đề sau:

- Cụm puly nằm trên đỉnh thanh cần treo móc, khi chế tạo cụm puly đầu cần thường có 2 puly đơn có tác dụng tránh rối cáp khi nâng cần lên góc nâng lớn

- Vị trí đặt của xy lanh cần được bố trí cho hợp lý và hạn chế dùng xy lanh có hành trình đẩy lớn hơn 2m

1.3.2 Cần cẩu quay

a) Cần cẩu quay đơn

Hình 1-13 Cần cẩu quay Cần cẩu quay không dùng xy lanh thủy lực để nâng cần bao gồm các cụm chính như sau: thanh cần, cột chính, cụm palăng nâng hàng và nâng cần, mâm quay, cụm nguồn thủy lực, cụm truyền động quay, tời nâng hàng và tời nâng cần Trong

đó, thanh cần làm việc trong phạm vi góc quay từ 200 – 800 Cần cẩu quay không dùng xy lanh thủy lực có thể sử dụng trong phạm vi tải trọng làm việc lớn do có thể giảm lực bằng cách tăng hệ số palăng Cột chính có kết cấu kín để các cụm chi tiết bên trong như cụm truyền động quay, mâm quay, tời nâng hàng, tời nâng cần và bộ nguồn thủy lực Các bộ phận được chế tạo và lắp ghép chính xác nên nâng cao độ

ổn định khi làm việc và làm việc được lâu dài

b) Cần cẩu quay đôi

Thực chất cần cẩu quay đôi bao gồm 2 cần cẩu quay đơn và đặt trên một mâm quay chung Cần cẩu quay đôi được thiết kế có thể hoạt động độc lập hoặc cùng nâng hạ một vật Cần cẩu quay đôi thường được sử dụng để nâng tải trọng lớn hoặc có thể sử dụng như 2 cần cẩu đơn khi thuyền có thể cẩu hàng cả về hai bên mạn tàu Nói chung, cần cẩu quay đôi ít được sử dụng và chế tạo tại Việt Nam

Hình 1-14 Cần cẩu quay đôi

2 Các cơ cấu thường dùng trên cần cẩu

Cần cẩu trên tàu gồm có các cơ cấu như sau: cơ cấu nâng hàng, cơ cấu thay đổi tầm với, cơ cấu quay cần và hệ thống truyền động thủy lực

2.1 Cơ cấu nâng hạ hàng

Cơ cấu nâng hàng được dùng để nâng hạ trọng tải của vật nâng, cơ cấu này bao gồm các thiết bị sau: móc cẩu, gầu ngoạm hoặc nam châm điện, cụm palăng và cáp thép, tời nâng hàng

Thiết bị nâng của cần cẩu hoạt động như sau: tời nâng hàng (dùng tời thủy lực hoặc tời điện) kéo cáp thép qua cụm palăng nhằm làm tăng lực kéo cụm móc cẩu treo hàng Tời nâng hàng phải lắp hệ phanh thường đóng đề phòng sự cố khi nâng vật Hiện nay, các loại cần cẩu chủ yếu dùng tời thủy lực do tời có khả năng truyền động mô men ổn định bằng cách tự động điều chỉnh áp suất và lưu lượng qua động

cơ thủy lực cho phù hợp với tải trọng nâng Các cụm chi tiết phải tính toán theo

đúng quy phạm của đăng kiểm Việt Nam Cụm puly được thiết kế theo tiêu chuẩn JIS Cáp thép được sử dụng trong cần cẩu thường là loại cáp mềm để làm giảm hệ

số tổn hao do ma sát Cụm puly móc cẩu có một ổ chặn do khi giữ hàng ở một vị trí

và có thể xoay hàng mà không bị xoắn cáp Hệ số palăng đầu cần thường có mối liên hệ với sức nâng lớn nhất cho phép Trên cần cẩu quay đơn, để hạn chế việc nâng cần đồng thời nâng hàng người ta còn cho thêm vào số vòng cáp tương ứng với hệ số của palăng nâng cần từ đỉnh cột lên đầu cần

2.2 Cơ cấu nâng thay đổi tầm với

2.2.1 Cơ cấu thay đổi tầm với bằng thay đổi góc nâng cần

Cơ cấu này thường được sử dụng trên các cần cẩu lắp trên tàu Cơ cấu nâng cần được dùng để thay đổi tầm với của cần cẩu, cơ cấu này bao gồm các thiết bị sau: cần cẩu, cụm palăng và cáp thép, tời nâng hàng

Thiết bị nâng cần hoạt động như sau: tời nâng cần kéo cáp thép qua cụm pa lăng nâng cần, tời nâng cần cũng dùng cụm phanh thủy lực thường đóng Hiện nay cần cẩu chủ yếu dùng tời thủy lực do tời có khả năng truyền động mô men ổn định bằng cách tự động điều chỉnh áp suất và lưu lượng qua động cơ thủy lực để phù hợp với tải trọng nâng Cáp thép được sử dụng trong cần cẩu thường là loại cáp mềm để làm giảm hệ số tổn hao do ma sát Lực căng cáp nâng cần thường khá lớn do vậy tốc độ nâng cần thường khá chậm Khi có sợi cáp liên kết giữa nâng cần và nâng vật

sẽ làm giảm công suất động cơ nâng cần

2.2.2 Cơ cấu thay đổi tầm với bằng kéo xe con

Thay đổi tầm với bằng việc kéo xe con ít được sử dụng trên tàu, mà thường được dùng trong các cần cẩu tháp do có ưu điểm là công suất tiêu hao cho thay đổi tầm với thấp, vật nâng ít chao, lắc Tuy nhiên kích thước của cần lớn và tính cơ động không cao Hơn nữa thanh cần lớn nằm ngang ảnh hưởng đến sự ổn định khi

di chuyển của tàu thủy

2.2.3 Thay đổi tầm với bằng thay đổi chiều dài cần và góc quay

Thay đổi tầm với bằng thay đổi chiều dài cần thường được sử dụng trong xe cẩu vì đối với các tầm với lớn thì xe cẩu sẽ rất dài, do vậy khi co ngắn cần lại và

đẩy ra bằng xy lanh sẽ làm cho xe di chuyển trên đường bộ dễ dàng hơn Kết cấu thay đổi tầm với này cũng ít dùng ở trên tàu trừ các trường hợp đặc biệt

2.3 Cơ cấu quay cần

2.3.1 Cơ cấu quay cần bằng cáp kéo

Cơ cấu quay cần bằng cách dùng cáp kéo ở đầu cần được dùng ở loại cần cẩu derrick do có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Tuy nhiên do giữa các cơ cấu quay làm bằng bạc đồng nên hệ số tổn hao tương đối lớn, cơ cấu làm việc có sự ổn định không cao Hạn chế của cơ cấu quay truyền động bằng cáp là bị hạn chế góc quay tại của cần tại vị trí puly kéo cáp quay cần đặt trên cột quay Góc quay cần làm việc thường nhỏ hơn 1800 Việc quay cần bằng cáp kéo có tốc độ quay nhỏ

b Cơ cấu quay cần bằng truyền động bánh răng

Cơ cấu quay cần truyền động bằng bánh răng có khả năng quay nhiều vòng quanh trục quay, tốc độ quay của cần cẩu thường trong phạm vi (0,5 – 3,5) v/ph Tốc độ quay bị hạn chế để giảm ảnh hưởng của lực ly tâm đến hàng Cơ cấu quay này thường được sử dụng trên cần cẩu quay Cần cẩu quay thường có năng suất cao hơn

so với cần cẩu derrick cùng sức nâng Tất cả cầu trục và thanh cần đều nằm trên một mâm quay Do vậy truyền động trên có thể tốn nhiều năng lượng hơn so với chỉ tác dụng lực làm quay cần và hàng

2.4 Hệ thống thủy lực

Hệ thống thủy lực gồm: động cơ điện truyền động quay bơm thủy lực hút dầu

từ thùng dầu qua các van điều khiển đến các cơ cấu chấp hành là mô tơ thủy lực và

xy lanh Hệ thống thủy lực của cần cẩu thường làm việc với loại áp suất thấp nhỏ hơn 210MPa

3 Chế độ làm việc và tải trọng tính toán

3.1 Chế độ làm việc và năng suất

3.1.1 Năng suất cần cẩu:

Năng suất trung bình trong một giờ theo công thức:

Trong đó: Qn : Tải trọng nâng – tải trọng có ích được nâng lên, không tính trọng

lượng móc, gầu ngoạm, … n: Số chu kỳ trong một giờ khi làm việc liên tục (không kể thời gian nghỉ

vì các lý do vận chuyển, sửa chữa thiết bị, mất điện…)

kQ: Hệ số sử dụng tải trọng có ích kQ ≤1

kt: hệ số sử dụng cần cẩu theo thời gian kt ≤ 1

Số chu kỳ làm việc trong một giờ tính theo công thức:

n =3600/T

ε: hệ số đồng thời tính đến khả năng phối hợp một số chuyển động

ti: thời gian tiêu phí cho các chuyển động trong một chu kỳ, có thể tính theo công thức:

Si và vi : quãng đường và tốc độ khi chuyển động đều

tipa và timo :thời gian tăng tốc và phanh Khi tính, sơ bộ lấy 0,5(tipa + timo) = 3 -5 (s)

Đối với cần trục quay toàn vòng, thời gian một chu kỳ được tính như sau:

T = tm + tn + tq + th + tt + t’n + t’q + t’h

Trong đó: tm thời gian móc hàng

tn thời gian nâng có hàng

tq thời gian quay có hàng

th thời gian hạ hàng

Tt thời gian dỡ hàng khỏi móc cẩu

t'n, t’q, t’h: thời gian nâng, quay, và hạ móc không có hàng

Trong đó: Qi mã hàng thứ i

m số mã hàng tương ứng

Qtb trọng lượng trung bình của các mã hàng đã nâng

Năng suất cần cẩu trong năm khi số giờ làm việc trong một ngày đêm là m, số ngày làm việc trong năm là l, xác định theo công thức:

Nn = Ng m l (T/năm) Bảng 1-1 Các hệ số năng suất của cần cẩu

0,4 -0,5 0,4 -0,5

0,8 0,8

300

300

14-21 14-21

10 -15

5 -10

3.1.2 Chế độ làm việc của cần cẩu:

Các cơ cấu của cần cẩu nói riêng hay máy trục nói chung làm việc theo chế độ đóng, ngắt gián đoạn, lặp đi lặp lại, luân phiên giữa các chu kỳ làm việc và không làm việc Có thể xem chế độ làm việc của cần cẩu máy trục như l một thông số tổng hợp căn cứ trên cơ sở phối hợp các tiêu chí về mức độ sử dụng máy theo tải và theo thời gian Trên cơ sở tiêu chuẩn ISO, ở Việt nam đã có tiêu chuẩn TCVN 5862 -

1995 quy định 8 nhóm chế độ làm việc cho máy trục được ký hiệu từ A1 đến A8 Đối với các cơ cấu trong máy nâng tiêu chuẩn quy định 8 nhóm chế độ làm việc được ký hiệu từ M1 đến M8

Các nhóm chế độ làm việc (CĐLV) đối với máy trục được xác định trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, ký hiệu U0 đến U9 và 4 cấp sử dụng máy theo tải được ký hiệu tử Q1 đến Q4 (bảng 1-2)

Tương tự chế độ làm việc (CĐLV) đối với các cơ cấu trong máy nâng cũng được xác định trên cơ sở phối hợp 10 cấp sử dụng máy theo thời gian, ký hiệu T0 đến T9 v 4 cấp sử dụng máy theo tải được ký hiệu tử L1 đến L4 (bảng 1-3)

Bảng 1-2: Nhóm chế độ làm việc của thiết bị nâng

Cấp

tải

Cấp sử dụng U0 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 Q1 - - A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Q2 - - A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Q3 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 - - Q4 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A8 - -

Bảng 1-3: Nhóm chế độ làm việc của cơ cấu thiết bị nâng

Cấp

tải

Cấp sử dụng T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 L1 - - M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

L3 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M8 - L4 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M8 - - Cấp sử dụng U được phân ra tùy theo vào tổng chu kỳ vận hành (bảng 1-4) trong suốt thời gian sử dụng của máy Một chu kỳ được xác định bắt đầu khi tải

chuẩn bị xong để nâng và kết thúc khi máy đã sẵn sàng để nâng tải tiếp theo

U9 Trên 4.106

Đặc trưng cho mức độ sử dụng máy theo tải trọng là hệ số phổ tải được xác định theo công thức:

Trong đó:

Ci : số chu kỳ vận hành ứng với các mức tải khác nhau

CT =ΣCi : tổng chu kỳ vận hành với các mức tải khác nhau

Pi : mức tải ứng với chu kỳ Ci

Pmax : Mức tải lớn nhất được phép vận hành

Quy định bốn mức tải của thiết bị nâng, ký hiệu từ Q1 đến Q4, tùy thuộc vào

hệ số phổ tải kp theo (bảng 1-5) Giá trị kp được quy định theo giá trị kp danh nghĩa lấy theo (bảng 1-5)

Bảng 1-5: Cấp tải và hệ số phổ tải danh nghĩa

Hệ số phổ tải danh nghĩa kp

Đặc điểm

Q1 - nhẹ Đến 0,125 Ít khi nâng tải tối đa, thường nâng tải nhẹ Q2 - vừa Trên 0,125 đến 0,25 Nhiều khi nâng tải tối đa, thường nâng tải vừaQ3 - nặng Trên 0,25đến 0,5 Nâng tải tối đa tương đối nhiều, thường nâng

tải nặng Q4- rất nặng Trên 0,5đến 1,0 Thường xuyên nâng tải tối đa

Hình 1-15 Hệ số phổ tải

Thông số thứ nhất để phân biệt chế độ làm việc của cơ cấu là tổng thời gian sử dụng, cơ cấu chỉ được coi là sử dụng khi nó ở trạng thái chuyển động Quy định 10 cấp sử dụng cơ cấu ký hiệu từ T0 – T9 tùy thuộc vào tổng thời gian sử dụng lấy theo (bảng 1-6)

Bảng 1-6: Cấp sử dụng cơ cấu Cấp sử dụng cơ cấu Tổng thời gian sử dụng (h) Đặc điểm

ti : thời gian trung bình (h) sử dụng cơ cấu ứng với các mức tải khác nhau

TT =Σti : tổng thời gian vận hành với các mức tải khác nhau

Pi : mức tải ứng với thời gian sử dụng ti

Pmax : Mức tải lớn nhất được phép vận hành

Để xác định các hệ số phổ tải, cần thiết phải xây dựng các sơ đồ gia tải Các sơ

đồ gia tải được xây dựng trên cơ sở thực tế hoặc kinh nghiệm tham khảo

Đặc trưng cho mức độ sử dụng máy theo thời gian l tổng chu kỳ vận hành của

máy Một chu kỳ vận hành được xác định từ lúc bắt đầu nâng tải và kết thúc khi

máy đã sẵn sàng để nhận tải tiếp theo

Tương tự thời gian sử dụng cơ cấu (được tính bằng giờ) được xác định khi cơ cấu

đang trong trạng thái chuyển động

Bảng 1-7: Cấp tải của cơ cấu và hệ số phổ tải danh nghĩa đối với cơ cấu máy nâng

Cấp tải Hệ số phổ tải danh

nghĩa kp

Đặc điểm

L1 - nhẹ Đến 0,125 Cơ cấu ít khi chịu tải tối đa, thường chịu tải nhẹ

L2 - vừa Trên 0,125đến 0,25 Cơ cấu nhiều khi chịu tải tối đa, thường chịu tải vừa

L3 - nặng Trên 0,25đến 0,5 Cơ cấu chịu tải tối đa tương đối nhiều, thường chịu tải

nặng L4- rất

nặng

Trên 0,5đến 1,0 Cơ cấu thường xuyên chịu tải tối đa

Bảng1- 8: Hướng dẫn phân loại nhóm chế độ làm việc một số loại cần cẩu và cơ cấu

của chúng (theo ISO 4301- 4-1989)

Nhóm chế độ làm việc cơ cấu Nâng Nâng

cần

Di chuyển

xe con

Quay Di chuyển thiết bị

3b Cần cẩu trên boong tàu,

trang bị gàu ngoạm, nam

châm điện

4 Cần cẩu phục vụ đóng tàu A4 M5 M4 M4 M4 M5

5a Cần cẩu kho bãi trang bị

móc

5b Cần cẩu kho bãi trang bị

gầu ngoạm, nâm châm điện

gián đoạn đều đặn

5c Cần cẩu kho bãi trang bị

gầu ngoạm, nâm châm điện

Sử dụng căng

6a Cần cẩu cảng trang bị gầu

ngoạm, nâm châm điện

gián đoạn đều đặn

6b Cần cẩu cảng trang bị gầu

ngoạm, nâm châm điện

Sử dụng căng

Để việc xác định nhóm chế độ làm việc của máy và cơ cấu được đơn giản và

tiện lợi theo (bảng 1-8)

Ngoài tiêu chuẩn để phân CĐLV của máy trục như đã trình bày ở trên, hiện

nay vẫn còn tồn tại cách phân loại theo TCVN 4244-86 quy định 4 nhóm CĐLV

(Nhẹ [Nh], Trung bình [TB], Nặng [N] và Rất nặng [RN]) dựa trên các tiêu chí sau

đây:

- Hệ số sử dụng cơ cấu theo tải trọng:

kQ = Qtb/Q Trong đó: Qtb: trọng lượng trung bình của vật nâng,

Q: Trọng tải

- Cường độ làm việc của động cơ:

CĐ% = To/T Trong đó: To =Σ tm + Σ tlv

To: thời gian làm việc của động cơ trong một chu kỳ hoạt động của cơ cấu

Tm : thời gian một lần mở máy

tlv: thời gian chuyển động với tốc độ ổn định

T thời gian một chu kỳ làm việc của cơ cấu

T = To + Σ tph + Σ td

Σ tph: Tổng thời gian phanh

Σ td: tổng thời gian dừng máy

- Hệ số sử dụng cơ cấu trong ngày:

- Hệ số sử dụng cơ cấu trong năm:

Ngoài ra, cần chú ý đến một số chỉ tiêu phụ khác như: số chu kỳ làm việc trong một giờ, số lần mở máy trong 1 chu kỳ, nhiệt độ môi trường chung quanh …

Chế độ làm việc là đặc tính rất quan trọng trong việc tính toán các cơ cấu cũng như các kết cấu của cần cẩu Xếp loại các chế độ làm việc của các cơ cấu phải dựa vào thực tế hoạt động của cần cẩu và thực tế quan sát chế độ làm việc của các máy trục khác

Bảng 1-9 giới thiệu sự tương ứng gần đúng các nhóm chế độ làm việc giữa cách phân loại theo TCVN 5862-1995 và TCVN 4244-86

Chế độ làm việc của máy nâng

Phân loại cũ Nhẹ Trung bình Nặng Rất nặng Theo TCVN 5862-1995 A1, A2, A3 A4, A5 A6, A7 A8

Chế độ làm việc các cơ cấu máy nâng

Phân loại cũ Quay tay Nhẹ Trung bình Nặng Rất nặng Theo TCVN

5862-1995

3.1.3 Các loại tải trọng tính toán

a Các trường hợp tải trọng tính toán

Trường hợp 1: Tải trọng bình thường trong điều kiện làm việc bình thường Trong trường hợp nầy các tải trọng phải kể đến là trọng tải, trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động bình thường Các chi tiết máy trong trường hợp nầy được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo sức bền mỏi Động cơ được chọn theo công suất tĩnh và được kiểm nghiệm theo điều kiện phát nhiệt

Trường hợp 2: - tải trọng lớn nhất trong điều kiện làm việc

Trong trường hợp nầy các tải trọng phải kể đến là trọng tải, trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện thời tiết bình thường, tải trọng động lớn nhất xuất hiện do phanh đột ngột Các chi tiết máy trong trường hợp nầy được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo sức bền tĩnh

Trường hợp 3: - Tải trọng lớn nhất trong điều kiện không làm việc

Trong trường hợp nầy các tải trọng phải kể đến là trọng lượng bản thân máy, tải trọng gió trong điều kiện bất bình thường Các chi tiết máy trong trường hợp này được thiết kế hoặc tính kiểm nghiệm theo độ ổn định

b Các loại tải trọng:

- Tải trọng danh nghĩa: Tải trọng danh nghĩa là trọng lượng lớn nhất máy có thể

nâng được Trong thiết kế cần trục, phần lớn tải trọng nâng thay đổi theo tầm với, song tải trọng nâng danh nghĩa vãn lấy theo trị số lớn nhất

Q = Qm +QhTrong đó: Qm trọng lượng thiết bị mang tải thường lấy = 0,05QH đối với móc

Qh trọng lượng danh nghĩa của vật nâng

- Trọng lượng bản thân: để đảm bảo an toàn, trọng lượng các cơ cấu và chi tiết khí

tính toán nên tăng thêm 15-20% khi tính toán bền Khi tính toán thiết kế máy mới, có thể lấy sơ bộ theo các tài liệu chuyên ngành hoặc dựa vào số liệu của máy tương tự trong bước tính toán chính xác cần tiến hành tính toán lại trọng lượng để so sánh với bước chọn sơ bộ

- Tải trọng gió: tải trọng gió được tính theo quy phạm Việt Nam Số liệu của tải

trọng gió có thể lấy theo bảng số liệu dưới đây:

Bảng 1-3 Áp lực gió lên cần cẩu ở trạng thái làm việc (N/m2)

Đặc điểm tính toán Cần cẩu cảng, cần cẩu nổi Các loại cần cẩu khác

Tính kết cấu kim loại, cơ cấu

Tính công suất động cơ 250 150

Bảng 1-4 Áp lực gió lên cần cẩu ở trạng thái không làm việc (N/m2)

Tải trọng gió được xem là tác dụng nằm ngang và được xác định theo công thức:

Pg = kk q (F0 + Fv) Trong đó:

q: Áp lực gió tính toán lấy theo bảng 1-3 và 1-4

kk: hệ số cản khí động =1 đối với dầm dàn, dầm kính

F0: diện tích chịu gió của các cơ cấu cần cẩu

Fv: diện tích chịu gió của vật nâng

Diện tích chịu gió F0 = F.k

Trong đó: F: diện tích trong đường bao

k = 0,3- 0,4: đối với đầm dàn

k = 0,8 -1,0 : đối với các cơ cấu

Diện tích chịu gió của vật được xác định theo đường viền thực tế của nó Để

tính toán sơ bộ có thể lấy theo số liệu sau:

Chiều cao, m 0 -20 20-40 40-60 60-80 80-100 >100

- Lực quán tính: Lực quán tính tác dụng lên cần cẩu có thể chia thành các nhóm:

Lực quán tính khi khởi động và phanh các cơ cấu

Lực quán tính ly tâm khi quay cần cẩu

Lực quán tính do chuyển động không đều của thiết bị cần khi thay dổi tầm với (lực này thường nhỏ có thể bỏ qua)

- Tải trọng động: Vì sự đàn hồi, các chi tiết của cơ cấu và kết cấu thép dưới tác

dụng của lực quán tính (khi khởi động hoặc phanh) làm xuất hiện các dao động đàn hồi Các dao động này cũng xuất hiện khi có lực va đập, nâng vật dột ngột khỏi mặt đất, …

Để kể đến ảnh hưởng của tải trọng động, người ta đưa vào hệ số động kđ Hệ

số kđ có thể lấy theo quy phạm về thiết bị nâng Viêt Nam Trong tính toán thiết bị nâng thông thường kđ = 1,25

- Tải trọng sinh do sự lắc vật nâng:

Khi cần cẩu làm việc, vật nâng bị lắc làm cho dây cáp bị lệch so với phương thẳng đứng Do đó xuất hiện lực ngang T làm tăng lực căng cáp S tác dụng vào đầu cần

T = Q tgα Q: Trọng lượng vật nâng và thiết bị móc

α: Góc lệch của cáp so với phương thẳng đứng

Góc lệch lớn nhất thường tính theo công thức:

tgαmax = (T1+T2+T3+T4+Pb)/Q

T1 và T2: lực quán tính khi khởi động hoặc phanh cơ cấu quay và thay đổi tầm

với

T3: lực ly tâm của vật nâng

T4: lực do tàu bị nghiêng, lắc

Pb: áp lực gió lên vật nâng

Khi tính toán sơ bộ lấy tgαmax ≈ 0,05 v1

v1: tốc độ đầu cần khi quay cần cẩu (m/s)

Đối với tính toán tải trọng theo trường hợp 1: α = ( 0,3 – 0,4) αmax

Khi tính toán công suất động cơ thay đổi tầm với nên lấy nhỏ hơn:

α = ( 0,25 – 0,3) αmax

4 Lựa chọn loại cần cẩu thiết kế và thông số ban đầu

4.1 Lựa chọn loại cần cẩu thiết kế

Để đáp ứng được các yêu cầu và mục đích của việc thiết kế mới một cần cẩu

quay, ta phải đưa ra một phương án phù hợp nhất để phục vụ cho công tác thiết kế

Đối với các phương án thiết kế phải có đầy đủ thông tin dữ liệu cần thiết

Với mục đích là “Thiết kế cần cẩu crane 10T tầm với 18m” ta nhận thấy tất

cả các loại cẩu trên ta thấy loại cẩu đơn sử dụng tời nâng là phù hợp với yêu cầu

của đề bài cho Loại cẩu đơn dùng tời kéo nâng cần có ưu điểm hơn cả vì năng suất

cao, hoạt động ổn định, tiêu thụ năng lượng thấp cho một chu kỳ nâng hạ Chính vì

vậy tôi chọn loại cần cẩu này để thiết kế

4.2 Các thông số ban đầu phục vụ việc tính toán thiết kế

- Giới thiệu các loại cần cẩu quay lắp trên tàu chở hàng Đề tài của tôi chọn thiết kế loại cần cẩu này do hiệu suất làm việc và năng suất cao, điều khiển dễ dàng

- Các cơ cấu thường gặp của cần cẩu Các cơ cấu của cần cẩu trên

- Các chế độ tải trọng thường gặp trên tàu chở hàng

- Các loại tải trọng trong thiết kế

- Lựa chọn phương án thiết kế.

Chương 2: THIẾT LẬP CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CƠ BẢN 1.Thiết bị mang tải

Phân loại:

- Theo cấu tạo:

+ Cáp bện đơn, nếu được bện trực tiếp từ các sợi thép

+ Cáp bện kép: được hình thành từ những tao cáp (cáp bện đơn) bằng phương pháp bện

+ Cáp bện ba: được hình thành băng phương pháp bền từ những tao cáp (cáp bện kép)

- Theo đặc điểm về tiếp xúc: Nếu các sợi thép trong cáp tiếp xúc nhau theo điểm, ta có cáp tiếp xúc điểm Tương tự, ta có cáp tiếp xúc đường

- Người ta còn phân biệt cáp bện xuôi khi chiều bện của các lớp sợi và tao cáp là như nhau, cáp bện chéo khi chiều bện của các thành phần nầy là ngược nhau So với cáp bện chéo cáp bện xuôi mềm và do vậy có tuổi thọ cao hơn Tuy nhiên cáp dễ bị bung ra khi một đàu cáp

tự do Trong một số trường hợp người ta dùng cáp chống xoay có kết cấu bện hốn hợp.

Hình 2-1 Cáp thép

Cáp được sử dụng lắp đặt trên cần cẩu thường là loại cáp mềm thường dùng là loại

cáp 6x36 hoặc cáp 6x37

Tính chọn cáp thép: Trong quá trình làm việc của cáp, ở trong các sợi thép có thể xuất

hiện các trạng thái ứng suất rất phức tạp, bao gồm các ứng suất dập, kéo uốn, xoắn Vì vậy

khó có thể đưa ra công thức lý thuyết hoàn chỉnh và chính xác để tính toán cáp và tiện cho

sử dụng Trước đây Rêlô - Backhơ đã đề ra công thức để tính cáp như sau:

(2.1) Với: S: lực căng của dây cáp

i: Số sợi thép trong cáp

δ: đường kính sợi thép

D: Đường kính ròng rọc hay tang

Tuy nhiên, công thức này cũng không đem lại những kết quả thỏa đáng, chưa phản ánh

được các biến dạng phức tạp của sợi thép dưới tác dụng đồng thời của các loại ứng suất,

đặc biệt là ứng suất mỏi tiếp xúc rất cao giữa bề mặt cáp với ròng rọc và tang cáp

Ngày nay, người ta không dùng công thức Rêlô - Backhơ để tính mà chỉ tính theo

điều kiện chịu kéo

(2.2) Trong đó:

S max : lực căng lớn nhất

n: hệ số an toàn, được chọn theo chế độ làm việc

S đ : lực kéo đứt cho phép, thường được xác định bằng thức nghiệm

Căn cứ vào lực kéo đứt cho phép, tiến hành chọn cáp cho thiết bị theo (bảng 2-1)

Lực kéo đứt của cáp thép thông dụng thường nhỏ tổng lực kéo đứt của các sợi cáp

thép từ 15-20% Do đó, cũng có thể tính gần đúng lực kéo đứt của cáp theo theo công thức

sau:

(2.3) Với σ bk : là ứng suất bền kéo của cáp thép từ 1400-2000 N/mm2

i: là số sợi cáp thép

Thực tế, quá trình phá hỏng cáp không xảy ra đột ngột Các sợi thép trong quá trình

chịu lực sẽ bị đứt dần vì mỏi, cho đến khi số sợi thép bị đứt tính trên một bước bện cáp quá

nhiều sẽ dẫn đến đứt cáp

Bảng 2-1 Hệ số an toàn của cáp thép:

Công dụng thiết bị n

Cáp nâng vật trong các thiết bị dẫn

động bằng động cơ

Chế độ nhẹ Chế độ trung bình Chế độ nặng và rất nặng

5 5,5

6 Cáp neo cần và cột 3,5

Khi sử dụng cáp đã có những sợi bị đứt trong phạm vi cho phép vẫn phải theo dõi

cẩn thận và thường xuyên, về số lượng cũng như mức độ tăng nhanh của các sợi đứt trong

từng thời gian, thậm chí từng ca làm việc Khi số sợi đứt trong dây cáp bắt đầu tăng nhanh

chứng tỏ vật liệu cảu các sợi cáp đã ở trạng thái mỏi, chúng bị phá hủy, cần phải thay ngay

cáp mới Tuổi thọ của dây cáp được quy định trên cơ sở số sợi thép bị đứt tính trên một

bước bện cáp có thể tham khảo ở bảng 2-2

Bảng 2-2 Số sợi đứt tối đa cho phép trên một bước bện cáp

Hệ số an toàn n

Kết cấu cáp 6x19 6x37 Bện chéo Bện xuôi Bện chéo Bện xuôi

>7 16 8 30 15

Tuổi thọ của cáp phụ xác định theo số chu kỳ làm việc bị uốn qua ròng rọc và tang

Tuổi thọ của cáp phụ thuộc vào lực kéo cáp và đường kính ròng rọc và tang so với cáp

thép Khi sử dụng nên chọn đường kính ròng rọc và tang cáp trong phạm vi (16-30)d c

Đường kính nhỏ nhất của tang và ròng rọc có thể xác định theo công thức

Tỷ số đường kính cáp thép

Hệ số tỷ lệ giữa đường kính tang và ròng rọc e lấy theo bảng 2-3

Bảng 2-3 Hệ số e dùng cho các loại cơ cấu nâng cần và Pa lăng điện

Dây cáp phải được cố định một đầu trên thân máy (vo chốt, trục), đầu kia cố địnhtrên tang

Để cố định đầu cáp trên thân máy có thể dùng các phương pháp sau:

- Phương pháp tết cáp

- Phương pháp dùng bulông kẹp

- Phương pháp dùng ống côn

- Phương pháp dùng khóa chêm.

Để tránh sự tiếp xúc trực tiếp giữa dây cáp và chốt người ta thường dùng vòng lót cáp

- Trường hợp dùng bulông, tính lực siết theo công thức:

(2.5) Với: c: hệ số cản chuyển động (c = 0,35 – 0,4)

n: hệ số an toàn kép cáp ( n = 1,25 – 1,5)

S: lực căng dây

Kiểm tra bền cho bulông:

(2.6) Trường hợp dùng khoá chêm: Góc chêm α/2 < ρ với ρ là góc ma sát; α là góc chêm

Để cố định cáp trên tang, có thể dùng các phương pháp:

- Tấm đệm đặt trong lòng tang kết hợp với bulông

- Chêm đặt trong lòng tang

- Tấm kẹp kết hợp với bulông giữ cáp trên bề mặt tang

Hình 2-2 Các phương pháp cố định đầu cáp

Tính toán cho trường hợp dùng tấm kẹp giữ cáp trên bề mặt tang bằng bulông:

Để giảm tải cho bulông kẹp cáp trên tang thường xuyên phải tồn tại ít nhất 1,5 vòng cáp Do đó lực căng cáp tại vị trí A có giá trị:

(2.5)Trong đĩ f : hệ số ma sát giữa cáp với mặt tang; β: góc ôm = (4-6)π

Lực S 1 được cân bằng bởi các lực:

- Ma sát giữa cáp- mặt tang và cáp - tấm kẹp trong đoạn AB,CD

- Ma sát giữa cáp-mặt tang trong đoạn BC

Lực siết bulông P được xác định theo công thức sau:

(2.6)

Hình 2-3 Cơ cấu kẹp cáp trên tang táp Trong đó: n: hệ số an toàn kẹp cáp

c: hệ số cản chuyển động của cáp trong tấm kẹp (c =0,35 – 0,4) 0,65 là giá trị kể đến ma sát trong tang cáp

Ngoài ra còn kể đến ảnh hưởng của lực uốn bulông với Mu =P l f1 Từ đó tính kiểm bền bu lông theo công thức

1.2 Ròng rọc

Thường được chế tạo từ vật liệu thép hoặc gang xám bằng phương pháp đúc hoặc gia công cơ Thường được chế tạo liền khối nếu đường kính không lớn (<600 mm) hoặc chế tạo ghép với mayơ.Phân biệt puly có đường trục cố định (puly cố định) và puly có đường trục di động (puly di động)

Công dụng: Hướng cáp (Puly cố định) hoặc thay đổi lực căng dây (Puly di động) Rãnh của ròng rọc cần đảm bảo các tiêu chí sau:

- Cáp không bị tuột khỏi rãnh trong quá trình làm việc,

- Cáp vào và ra khỏi ròng rọc được dễ dàng

Hiệu suất của ròng rọc.

Khi cáp vòng qua ròng rọc thì sẽ có các tổn thất do:

- Ma sát trong ổ trục

- Khắc phục độ cứng của dây

Hình 2-5 Sơ đồ tính tổn hao khi qua 1 ròng rọc

Theo định nghĩa, hiệu suất của ròng rọc được xác định:

Trong đó Sv là lực căng cáp trên nhánh cuốn vào ròng rọc

Sr là lực căng trên nhánh ra khỏi ròng rọc

Tùy theo dạng của ổ mà có hiệu suất của ròng rọc khác nhau