Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc sử dụng ngày càng nhiều với trình độ cơ khí hóa và tự động hóa càng cao. Song từ một chiếc máy đơn giản đến một cỗ máy phức tạp, hiện đại, bất kỳ chiếc máy nào cũng bao gồm nhiều bao gồm giải quyết rất nhiều vấn đề phức tạp.Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là một môn học không thể thiếu được đối với các sinh viên ngành máy xây dựng Cơ sở thiết kế máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là môn khoa học về thiết kế hợp lý các chi tiết máy, nhóm tiết máy và bộ phận có công dụng chung. Nó trang bị cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết máy và bộ phận máy có mặt hầu hết các máy hiện đại, cung cấp các kiến thức cơ bản về nguyên lý làm việc và kết cấu máy, bồi dưỡng khả năng độc lập giải quyết các vấn đề về tính toán thiết kế chi tiết máy và các kết cấu khác của máy nâng, những nội dung hết sức quan trọng trong thiết kế chi tiết máy nói chung. Do đó thiết kế môn học thiết kế máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là học phần quan trọng đối với sinh viên ngành cơ khí. Đề tài Thiết kế cơ cấu thay đổi tầm vươn đã giúp em vận dụng được nhiều kiến thức đã được học qua đó càng giúp em củng cố được kiến thức đã học.Đề tài này được hoàn thành cũng được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa Máy xây dựng , đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Đăng Cường.
Lời nói đầu Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc sử dụng ngày càng nhiều với trình độ cơ khí hóa và tự động hóa càng cao. Song từ một chiếc máy đơn giản đến một cỗ máy phức tạp, hiện đại, bất kỳ chiếc máy nào cũng bao gồm nhiều bao gồm giải quyết rất nhiều vấn đề phức tạp.Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là một môn học không thể thiếu đợc đối với các sinh viên ngành máy xây dựng Cơ sở thiết kế máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là môn khoa học về thiết kế hợp lý các chi tiết máy, nhóm tiết máy và bộ phận có công dụng chung. Nó trang bị cơ sở lý thuyết và phơng pháp tính toán thiết kế các chi tiết máy và bộ phận máy có mặt hầu hết các máy hiện đại, cung cấp các kiến thức cơ bản về nguyên lý làm việc và kết cấu máy, bồi dỡng khả năng độc lập giải quyết các vấn đề về tính toán thiết kế chi tiết máy và các kết cấu khác của máy nâng, những nội dung hết sức quan trọng trong thiết kế chi tiết máy nói chung. Do đó thiết kế môn học thiết kế máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là học phần quan trọng đối với sinh viên ngành cơ khí. Đề tài Thiết kế cơ cấu thay đổi tầm vơn đã giúp em vận dụng đợc nhiều kiến thức đã đợc học qua đó càng giúp em củng cố đợc kiến thức đã học.Đề tài này đợc hoàn thành cũng đợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa Máy xây dựng , đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Đăng C- ờng. 1 PHầNI.tính chọn dây cáp 1.Chọn loại dây cáp Vì đây là cơ cấu nâng cần nên khi chọn dây cáp ta chọn loại dây cáp có lõi day ở trong .Đây là loại dây cáp có u điểm mềm dẻo chịu uốn tốt tuổi thọ của dây cáp cao và nó có thể tự bôi trơn. Lực lớn nhất trong dây cáp đợc tính theo công thức: ( ) t . a 1 1. n Q max S = Trong đó: Q n : Khối lợng vật nâng và vật mang (N) = 0,98: Hiệu suất của ròng rọc cáp a: Bội suất palăng chọn a = 4 t: Số puli dẫn hớng chọn t = 5 Vậy ( ) ( ) ( ) NS 78,228800 98,0.98,01 98,01.80000 54 max = = Hiệu suất của palăng nâng vật tính theo công thức : 877,0 78,228800.4 80000 . maxmax 0 ==== Sa Q S S n p Lực kéo đứt dây cáp đợc tính theo công thức S d = S max .n = 228800,78ì 5,5 = 125404,29 (N) n = 5,5 hệ số an toàn Chọn dây cáp - 6ì36 có các thông số sau S d = 439500 (N) Độ bền của sợi cáp b = 1900 (N/mm 2 ) Đờng kính dây cáp d c = 26,5 (mm) 2.Xác định lực trong hệ thống nâng cần. Lực xác định trong palăng nâng cần đợc xác đinh theo công thức S cmax =S 1 +S 2 +S 3 2 Trong đó: S 1 -Lực trong palăng nâng cần do trọng lợng vật nâng , bộ phận mang tải và trọng lợng cần. Đợc xác định theo công thức sau h aGaQ S c 12 1 + = Q-Trọng lợng vật nâng với bộ phận mang (N) G c -trọng lợng của cần (N) Với a 2 = a r = 23- 1 = 22 (m) Suy ra a 1 = 22/2 = 11 (m) Thay số vào ta có : r a1 a h q q C ò t r ụ c q u a y c a n 3 ( ) NS 391600 5 11.1800022.80000 1 = + = S 2 -Lực trong palăng cần do tải trọng gió đợc xác định theo công thức sau h HWHW S 211 2 + = W 1 và W 2 -Tải trọng gió tác dụng lên các diện tích chịu gió của càn và của vật nâng (N) W 1 -Tải trọng gió lên cần khi cần đặt đứng (N) xác định theo công thức W 1 =k 1 .q 1 .F 0 Trong đó: k 1 - hệ số cờng độ tải trọng gió,chọn k 1 = 1,15 bảng 2-3,sách Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van q 1 =250(N/m 2 )-giá trị cờng độ tải trọng gió,tra theo bảng 2-2, Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van F 0 -Diện tích bề mặt đợc giới hạn đờng biên ngoài của kết cấu (m 2 ).Theo hình vẻ tính đ- ợc . F 0 =(F+0,5F).k F-diện tích trong đờng viền mặt chịu gió của cần (m 2 ) k=0,4-hệ số kể đến phần hổng của kết cấu Các kích thớc còn lại đợc xác định nh sau : Chiều dài cần : )(78,22 15 22 15 22 m CosCos L oo c === chọn L c = 23 (m) Chiều cao tiết diện ở giữa cần tính theo kết cấu thép 77,015,1 30 23 20 23 . 30 1 20 1 ữ=ữ= ữ= c lh (m) chọn h = 1 (m) b = (1 ữ 1,5).h = 1ữ 1,5 (m) chọn b = 1,2 (m) Ta có: 4 b 1 = 0,5.b = 0,5.1,2 = 0,6 (m) h 1 = 0,5.h = 0,5.1 = 0,5 (m) l 1 = (0,1 ữ 0,2).l c = (0,1 ữ 0,2).23 =2 ữ 4,6 (m) chọn l 1 = 4 (m) l = l c 2.l 1 = 20 2.4 =15 (m) 3m 3m 14m 0,35m 0,7m Diện tích đờng viền chịu gió của cần F là: )(4,212,1.15 2 4)2,15,0( .2 mF =+ ì+ = Thay vào công thức trên ta có: F 0 = (21,4 + 0,5.21,4).0,4 = 12,84 (m 2 ) Suy ra: W 1 =k 1 .q 1 .F 0 = 1,15.250.12,84 = 3691,5 (N) Khi nghiêng một góc 1 =15 0 tải trọng giớ lên cần bằng W 1 =W 1 .sin 1 = 3691,5.sin(15 0 ) = 955,43 (N) Tải trọng gió lên vật nâng truyền đến đầu cần xác định từ công thức W 2 =k 2 .q 2 .F vn = 1,15.250.8,84 = 2541,5 (N) Trong đó: F vn = 8,84 (m 2 )-là diện tích hứng gió của vật nâng. Tra theo bảng 2-5 sách (Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van) q 2 =250(N/m 2 )-giá trị cờng độ tải trọng gió 5 k 2 =1,15-hệ số cờng độ tải trọng gió độ cao từ trụ quay đến đầu cần là : )(95,515sin.2315sin. mLH oo c === độ cao từ trụ quay đến giữa cần là : )(975,2 2 95,5 2 1 m H H === Vậy lực S 2 trong palăng cần do tải trọng gió đợc xác định theo công thức sau đây: h HWHW S 211 2 + = Vậy ( ) NS 87,3592 5 95,5.5,2541975,2.43,955 2 = + = S 3 -Lực sinh ra trong palăng cần do lực ly tâm khi phối hợp quay và nâng cần.Lực ly tâm này tác dụng lên khối lợng bản thân cần (P 1 ) và khối lợng vật nâng cùng bộ phận mang tải (P 2 ) đợc xác định theo công thức sau: h .h 2 P 1 .h 1 P 3 S + = trong đó: ( ) += 1 2 1 900 aan G P q c Lực ly tâm của cần (N) Hn nRQ P q q .900 2 2 2 = -Lực ly tâm của vật với bộ phận mang tải (N) q n -vận tốc quay của cần trục (vg/ph) R=a+a 1 -Khỏng cách từ vật đến trục quay (m) Vì theo đầu đề thiết kế vận tốc quay trục rất nhỏ (n q =0,5 vg/ph) nên có thể bỏ qua lực này S 4 =0 . Vậy lực lớn nhất sẻ xuất hiện trong palăng nâng cần khi cần vơn ra vị trí xa nhất là: S cmax =S 1 +S 2 +S 3 = 391600 + 3592,87 = 395192,87 (N) Bội suất palăng nâng cần tính theo công thức sau: 5,49 439500.0,9 5,5395192,87. p . d S .n cmax S c a === trong đó: 6 n=5,5-hệ số an toàn tính dây cáp .Tra theo bảng (2-2) sách (Tính toán máy trục) S d = 439500 Lực kéo đứt dây cáp p =0,9 -Hiệu suất palăng nâng (cần ớc lợng sơ bộ) Chọn bội suất palăng a = 6 Tính lại hiệu suất palăng theo công thức ( ) 0,86 0,9816 5 .0,98 6 0,981 p = = khi đó lực lớn nhất trong dây cáp đợc tính lại nh sau ( ) N76587,76 6.0,86 395192,87 p a. cmax S max S === S d = S max .n =76587,76.5,5 = 421232,71 (N) < S dc = 439500 (N) Vậy ta chọn bội suất palăng a =6 là đúng Vậy sơ đồ palăng cáp nh sau: 3.Xác định các kích thớc của tang nâng cần và ròng rọc. Đờng kính nhỏ nhất cho phép của tang và ròng rọcđợc xác định theo công thức sau: D d c .h lối vào tang 7 Trong đó. h 1 = 18 là hệ số đờng kính của tang tra theo bảng (3-11) sách (Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van). d c = 26,5 mm đờng kính cáp tra theo tiêu chuẩn (mm) Vậy ta có:D26,5.16 =424 mm Ơ đây ta chọn đờng kính tang và ròng rọc giống nhau D t =D r = 430(mm) ta cuốn dây cuốn cáp lên tang làm một lớp , bề mặt tang trơn không có rãnh. Chiều dầy làm việc của dây cáp (l lv ) tính theo công thức. L lv =(l 10 -l 1 ).a = (23,24 19,13).6 = 24,7 (m) Với l 1 ,l 10 là chiều dài của palăng tơng ứng với tầm xa nhất (góc 1 ) và tầm với gần nhất tơng ứng với (góc 10 ). Đợc xác định từ sơ đồ hình học của cần Chiều dài của dây cáp trên trên một bớc quấn một lớp. L=(D t +d c )=3,14.(0,477 + 0,0265) = 1,58 (m) Số bớc quấn cáp; 63,15 58,1 7,24 === L l Z lv ,chọn bớc cáp Z = 16 Chiều dài cần thiết của tang là: L t =Z.d c = 16.26,5 = 424 (mm) Chọn L t = 600 (mm) Bề dày thành tang đợc tính theo công thức kinh nnghiệm sau. =0,02.D t +(6ữ10) = 0,02.424+ 10 =18,48 (mm) lấy = 25 (mm) Kiểm tra ứng suất nén sinh ra trên tang theo công thức: ( ) 2 max /1,110 31.25 43,76187.8,0.4,1 . mmN t Sk n === Trong đó: S max - Lực căng lớn nhất trong cáp (N) -Bề dầy thành tang (mm) 8 t Bớc cáp với d c = 26,5 (mm) tra bảng 3-10 Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van), chọn t = 31 -Hệ số giảm ứng suất ,đối với tang bằng gang = 0,8. K -Hệ sốphụ thuộc vào số lớp cáp cuốn trên tang ,hai lớp k=1,4. Với ứng suất nén cho phép đối với tang gang GX15-32 là : [ n ] =113(N/mm 2 ) Vậy ta có : n = 110,1 n ]=113(N/mm 2 ). Nh vậy kích thớc của tang làm việc hợp lý và đủ bền. PhầnII.chọn động cơ điện. Ta phân thành 6 vị trí của cần tơng ứng với các góc ngiêng 1 , 2 , 3 ., 6 Là 15 0 , 25 0 , 35 0 ,45,55, 65,để tính tực trung bình bình phơng tác dụng lên palăng cần trong quá trình thay đổi tầm với tứ L max đến L min .Cách tính các giá trị tơng tự nh tính lực trong dây cáp lớn nhất nh ở trên đã trình bày. Vận tốc trung bình thay đổi tầm với v t = 0,27 (m/ph) Thời gian thay đổi tầm với t = 45(s) Vận tốc trung bình thay đổi tầm với )/(091,0 45 13,1924,23 1 sm t ll v n p = = = Thời gian thay đổi tầm vớitừ vị trí ( 1 =15 0 ) đến vị trí ( 2 =25 0 ) là: ( ) s v ll t p 78,9 091,0 35,2224,23 21 1 = = = Tính toán với sơ đồ tải trọng nh hình vẽ: Q= 80000N ; q = 250 (N/m 2 ) Q = 0 ; q = 250 (N/m 2 ) Q 1 = 80000N; q = 100 (N/m 2 ) Q 1 = 0; q = 100 (N/m 2 ) Q 2 = 0,733Q =58640 N; q = 100 (N/m 2 ) Q 2 = 0; q = 100 (N/m 2 )Q 3 = 0,467Q = 37360 N; q = 100 (N/m 2 ) 9 Q 3 = 0; q = 100 (N/m 2 ) Q 4 = 0,2Q = 16000N; q = 100 (N/m 2 ) Q 4 = 0; q = 100 (N/m 2 ) c¸c vÞ trÝ kh¸c còng tÝnh t¬ng tù nh trªn cho c¸c kÕt qu¶ nh trong b¶ng sau: 10