CÁC CỤM CHI TIẾT MÁY TRỤC

Tất cả cụm chi tiết máy trục. Dùng cho sinh viên nghiên cứu, kỹ sư áp dụng trong công việc, giảng viên về máy trục.........................................................................................................

Chương 7 CÁC CHI TIẾT VÀ CỤM CHI TIẾT TRÊN MÁY TRỤC

§ 7.1 CÁP THÉP

7.1.1 Đặc điểm – Yêu cầu chung

Cáp thép là chi tiết dạng kết cấu dây mềm chịu lực được sử dụng phổ biến trên hầu hết các máy trục Cáp thép được dùng làm dây treo hàng, dây chằng buộc, giữ dây treo trong các cơ cấu nâng hàng, nâng cần, kéo xe tời, …

Các yêu cầu chung đối với cáp thép:

– An toàn trong sử dụng, độ mềm cao, dễ uốn cong,

– Đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động, không gây ồn khi làm việc trong các cơ cấu máy, – Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp, đảm bảo độ bền lâu, thời hạn sử dụng lớn Cáp thép được chế tạo từ các sợi thép cacbon tốt (ít lưu huỳnh, phốt pho) Các sợi thép được chế tạo bằng công nghệ kéo nguội và giới hạn bền tính toán σb đạt 1400 ÷ 2000 N/mm2 Các sợi thép có đường kính (0,5 ÷3,5)mm được bện lại với nhau nhờ các thiết bị bện chuyên dùng tạo thành dây cáp Ở giữa của dây cáp có lõi cáp

7.1.2 Phân loại và cấu tạo của cáp thép

Phương pháp bện cáp có ảnh hưởng lớn đến độ bền, độ bền lâu và độ uốn cong (độ mềm) của dây cáp Dây cáp có thể phân loại theo các dấu hiệu sau:

a) Phân loại cáp theo số lần bện

– Cáp bện đơn: (Hình 7.1.a1, a2) cáp được bện trực tiếp từ các sợi thép bện quanh 1 sợi lõi

Cáp bện đơn rất cứng, khó uốn khi qua các puly dẫn hướng loại cáp này chỉ dùng làm dây giằng, buộc Loại cáp bện đơn có lớp bọc kín ở bên ngoài tạo nên bề mặt trơn có ưu điểm bề mặt trơn nhẵn, chịu được tải trọng xô ngang, chống rỉ tốt nên được dùng làm cáp treo chịu tải trọng trên các cần trục cáp, đường cáp treo…

– Cáp bện kép (bện 2 lần): (Hình 7.1.b1, b2) các sợi thép được bện tạo thành các dảnh cáp

(strand) là các cáp bện đơn Các dảnh cáp này lại được bện với nhau quanh 1 lõi cáp để tạo thành dây cáp Cáp bện kép thường chế tạo với 6 dảnh hoặc 8 dảnh cáp

– Cáp bện ba (bện 3 lần): (Hình 7.1.b3) các sợi thép bện lại tạo thành cáp bện đơn; các cáp bện đơn bện lại tạo thành cáp bện kép Các cáp bện kép được coi là dảnh cáp, bện quanh 1 lõi cáp một lần nữa tạo thành dây cáp bện ba Do có nhiều lõi nên cáp bện ba mềm hơn cáp bện kép, song chế tạo phức tạp, giá thành cao, các sợi thép trong cáp quá bé dễ bị đứt do mòn Cáp bện ba thường dùng trong các thiết bị phục vụ công tác lắp dựng cần trục

Nhìn chung cáp bện kép là loại cáp được sử dụng rộng rãi nhất trên các máy trục, trong đó cáp bện kép với 6 dảnh cáp và lõi đay là thông dụng hơn cả

b) Phân loại cáp theo chiều bện

– Cáp bện xuôi: (Hình 7.2 a) là cáp có các sợi thép bện thành dảnh cáp có cùng chiều với

chiều bện của các dảnh cáp tạo thành dây cáp Cáp bện xuôi có các sợi thép tiếp xúc với nhau tương đối tốt nên cáp loại này tương đối mềm và có tuổi thọ cao, song có nhược điểm là các dảnh cáp dễ bị bung ra (tở ra) và cáp dễ bị xoắn lại khi đầu cáp ở trạng thái tự do

– Cáp bện chéo: (Hình 7.2.b) là cáp có chiều bện của các sợi thép tạo thành dảnh cáp

ngược với chiều bện của các dảnh cáp quanh lõi tạo thành dây cáp Cáp bện chéo có độ cứng lớn, khi làm việc nhanh bị mòn, tuổi thọ không cao Cáp bện chéo khó bị bung và không bị xoắn lại khi đầu dây cáp ở trạng thái tự do nên an toàn trong sử dụng Cáp bện chéo được dùng nhiều trong các loại cần trục, đặc biệt khi dùng để nâng gầu ngoạm

Hình 7.1 – Phân loại cáp thép theo số lần bện

Hình 7.2 – Phân loại cáp thép theo cách bện

TK 6x19+1o.c Л K 6x19+1o.c ЛK-0 6x19+1o.c Dảnh cáp kiểu tam diện ГОСТ 3070 – 55 ГОСТ 2688 – 55 ГОСТ 3077 – 55 ГОСТ 3085 – 55

TK 18x19+1o.c ЛK 6x19+7x7 TK 1x37 Kiểu xoắn ốc kín ГОСТ 3088 – 55 ГОСТ 3081 – 55 ГОСТ 3064 – 55 ГОСТ 3090 – 55

Hình 7.3 – Ký hiệu cáp thép

– Cáp bện hỗn hợp: là cáp mà các sợi thép trong 1 số dảnh cáp được bện xuôi, trong các

dảnh cáp khác thì bện chéo Cáp bện hỗn hợp chế tạo phức tạp nhưng có ưu điểm của cả 2 loại

c) Phân loại cáp theo tiếp xúc giữa các sợi thép trong dây cáp

– Cáp có sợi tiếp xúc điểm: (Hình 7.2.c) là loại có đường kính các sợi thép trong dảnh cáp

bằng nhau, hai lớp sợi thép cuốn trong dảnh có bước bện khác nhau nên các sợi thép ở các lớp kề nhau chỉ có thể tiếp xúc với nhau theo từng điểm một Do tiếp xúc điểm nên khi cáp bị uốn cong, các sợi thép đè lên nhau với áp lực lớn và giữa các sợi thép có ma sát làm chúng chóng bị mòn, dễ bị đứt

– Cáp có sợi tiếp xúc đường: (Hình 7.2.d) là loại cáp do những sợi thép có đường kính khác

nhau bện tạo thành dảnh với các lớp bện có bước bện bằng nhau làm cho các sợi thép kề nhau tiếp xúc với nhau trên suốt chiều dài – tiếp xúc đường

Đường kính khác nhau của các sợi thép trong dảnh tạo điều kiện cho chúng xếp đầy tiết diện cáp Các sợi thép nhỏ và lớn trong dãnh được sử dụng hợp lý vừa đảm bảo độ mềm của cáp vừa đảm bảo độ bền lâu của cáp (do tiếp xúc đường nên ứng suất tiếp xúc nhỏ, các sợi thép lớn ở phía ngoài bảo vệ cáp đỡ mòn khi tiếp xúc với các chi tiết như puly, tang trống…) Với cáp tiếp xúc đường, việc bố trí các sợi thép lớn, nhỏ (đường kính khác nhau) tạo thành dây cáp lại được chia thành các loại:

+ Cáp tiếp xúc đường ЛK-O loại có đường kính sợi thép bằng nhau trên từng lớp của dảnh

cáp

+ Cáp tiếp xúc đường ЛK-P loại có đường kinh sợi thép khác nhau ở lớp ngoài cùng của

dảnh cáp

+ Cáp tiếp xúc đường ЛK-P.O hỗn hợp có đường kính sợi thép khác nhau trên từng lớp

của dảnh cáp

+ Cáp tiếp xúc đường kiểu chêm ЛK-3 có các sợi thép đường kính nhỏ chêm vào khe trống giữa các lớp sợi trong dãnh cáp và cả trong lõi mềm của cáp

Đối với cáp tiếp xúc đường: trong dây cáp có đường kính các sợi thép khác nhau, các sợi thép lớn thường được xếp ở vành ngoài cùng để bảo vệ cho cáp đỡ bị mòn, các sợi thép nhỏ ở bên trong để làm tăng độ mềm của cáp, do đó tính chất cơ học của các sợi được sử dụng hợp lý hơn so với cáp có các sợi tiếp xúc điểm

d) Phân loại cáp theo cấu tạo của lõi cáp:

Các sợi thép bện lại với nhau quanh lõi cáp tạo thành dây cáp Vật liệu làm lõi cáp có ảnh hưởng đến độ cứng của cáp Theo loại vật liệu chế tạo lõi cáp người ta chia ra làm các loại: cáp lõi cứng và cáp lõi mềm

– Cáp lõi cứng: lõi cáp làm bằng thép (Hình 7.1-a1, a2)

– Cáp lõi mềm: vật liệu làm cáp là các loại sợi đay (cáp lõi đay), sợi amiăng, sợi hóa học,

Trên hình 7.3 là mặt cắt 1 số loại cáp thông dụng của Liên Xô (cũ) với cách ký hiệu cáp như sau:

*) TK 6x19 + 1 o.c là cáp tiếp xúc điểm (TK) với 6 dảnh cáp, mỗi dảnh có 19 sợi thép như nhau và 1 lõi đay.*) ЛK – O 6x19 + 7x7 là cáp có tiếp xúc đường (ЛK) với 6 dảnh, mỗi dảnh có 19 sợi thép có lớp sợi thép ngoài cùng như nhau (O) Lõi của cáp là lõi thép được bện từ 7 dảnh, mỗi dảnh có 7 sợi thép

*) ЛK – P 6x19 + 1 o.c là cáp có tiếp xúc đường (ЛK) với 6 dảnh, mỗi dảnh có 9 sợi, có lớp sợi thép ngoài cùng với đường kính sợi khác nhau (P) và 1 lõi đay (1 o.c)

*) ЛK – PO 6x36 +1 o.c là cáp có tiếp xúc đường (ЛK) với 6 dảnh mỗi dảnh có 36 sợi thép kết hợp cách sắp xếp (P) và (O) các dảnh bện quanh 1 lõi đay

*) ЛK – З 6x25 + 1 o.c là cáp có tiếp xúc đường gồm 6 dảnh, mỗi dảnh có 25 sợi thép trong đó các sợi thép đường kính to và đường kính nhỏ xen kẽ lắp đầy tiết diện (З) – có 1 lõi đay (1 o.c)

*) TЛK – O 6x27 + 1 o.c là cáp có kết hợp cả tiếp xúc điểm và tiếp xúc đường với 6 dảnh, mỗi dảnh có 27 sợi thép Các dảnh có lớp ngoài cùng là các sợi thép có đường kính như nhau (O), các dảnh quấn quanh 1 lõi đay (1 o.c)

7.1.3 Tính chọn cáp thép

a) Tình hình chịu lực của cáp thép

Cáp do nhiều sợi thép hợp lại tạo thành hệ siêu tĩnh nhiều bậc, các sợi thép xoắn theo 1 đường phức tạp trong không gian Vì vậy trạng thái căng trong từng sợi thép rất phức tạp Khi cáp chịu tải, các sợi thép chịu nhiều ứng suất khác nhau như: ứng suất kéo, uốn, dập, xoắn, ứng suất dư, …

– Ứng suất kéo phát sinh khi cáp chịu tải,

– Khi cuốn cáp lên tang hoặc puly, cáp biến đổi hình dạng và sinh ra ứng suất uốn Ngoài

ra ứng suất uốn còn phát sinh khi cáp có tiếp xúc điểm

– Trong cáp còn có ứng suất dập do các sợi thép tiếp xúc với nhau và khi cáp chịu tải các sợi thép đè lên nhau

– Ứng suất nén xuất hiện khi cáp chịu tải và đặt lên rãnh tang

– Khi cáp chịu tải đồng thời cũng xuất hiện ứng suất xoắn

– Ứng suất dư sinh ra trong các sợi thép khi bện cáp

Khi làm việc, cáp không bị đứt đột ngột mà sau 1 thời gian làm việc, cáp bị mòn nhiều hay đứt từng sợi thép Vì vậy độ bền lâu là 1 chỉ tiêu quan trọng tính toán và sử dụng cáp

b) Tính chọn cáp thép

Hiện nay chưa có các nghiên cứu chính xác và đầy đủ về trạng thái ứng suất của sợi thép trong cáp cũng như hiện tượng mỏi khi cáp chịu tải lâu dài Do đó người ta không dựa vào các ứng suất của sợi thép trong cáp để tính chọn cáp

Kết quả nghiên cứu cho thấy 2 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ bền và độ bền lâu của cáp thép là: lực căng cáp lớn nhất khi làm việc và bán kính uốn cong cáp Vì vậy trong tính toán người ta qui định chọn cáp theo lực kéo còn độ bền lâu của cáp được đảm bảo bằng cách chọn hệ số an toàn n và tỉ số giữa đường kính tang hoặc puly với đường kính cáp D/d tùy thuộc loại máy và chế độ làm việc của máy

Cáp thép được chọn theo điều kiện sau: Smax n ≤ Sđ (7.1)

Bảng 7.1 – Hệ số an toàn bền của cáp – n

01 Cáp tải dùng cho dẫn động bằng tay 4 03 Cáp neo cần và cột 3,5

02 Cáp nâng vật và nâng cần dẫn động bằng máy 04 Cáp dùng cho gầu ngoạm 6,0 02.1 Chế độ làm việc nhẹ 5 05 Cáp dùng cho cơ cấu nâng chở người 9,0 02.2 Chế độ làm việc trung bình 5,5 06 Cáp dùng trong lắp dựng cần trục 4,0 02.3 Chế độ làm việc nặng và rất nặng 6,0

trong đó: Smax – Lực căng lớn nhất phát sinh trong cáp trong quá trình làm việc

Sđ – Tải trọng phá hỏng cáp (lực đứt cáp) do nhà chế tạo xác định và cho trong các

Thông thường lực phá hỏng cáp không vượt quá 83% tổng lực phá hỏng của tất cả các sợi thép bện cáp

n – Hệ số an toàn bền của cáp được chọn (tra) theo tiêu chuẩn tùy thuộc loại máy trục và chế độ làm việc (Bảng 7.1)

Đối với thang máy, hệ số an toàn bền n cho trong bảng 7.2

Bảng 7.2 – Hệ số an toàn bền của cáp – n đối với thang máy

LOẠI THANG MÁY

TT TỐC ĐỘ CÁP v (m/s) Chở người, chở hàng và người Chở hàng

Tời và tang quấn cáp

Như vậy, tính chọn dây cáp được tiến hành theo trình tự sau đây:

– Căn cứ vào tải trọng treo trên dây cáp, tiến hành xác định lực căng lớn nhất Smax trong dây cáp

– Chọn hệ số an toàn bền nhỏ nhất của cáp theo bảng 7.1 và 7.2

– Tính lực kéo đứt cáp ' max

.S

n

S =đ theo lực căng cáp

– Chọn loại và kiểu kết cấu của dây cáp

– Căn cứ vào các bảng tiêu chuẩn của loại cáp với kết cấu cáp đã chọn, tiến hành chọn dây cáp có đường kính d ở trong bảng sao cho giá trị lực kéo đứt cáp tính toán ở trên ( '

đ

S ) phải nhỏ hơn hoặc bằng tải trọng phá hủy cáp (Sđ) do nhà chế tạo đã xác định và cho trong bảng với các giới hạn bền kéo của các sợi thép trong phạm vi (140 ÷ 200) kG/mm2

7.1.4 Tuổi thọ của dây cáp

Tuổi thọ của dây cáp phụ thuộc rất nhiều vào số lần cáp bị uốn khi đi vòng qua các puly hay tang quấn cáp đồng thời tuổi thọ của dây cáp cũng phụ thuộc rất nhiều vào độ mòn Đường kính của puly và tang càng nhỏ thì dây cáp càng chóng hỏng

Vì vậy, khi sử dụng cáp thép, đường kính của puly dẫn hướng cáp và đường kính tang phải thỏa mãn điều kiện:

trong đó: dc – Đường kính cáp (mm),

D – Đường kính của puly hoặc tang tính đến tâm lớp cáp thứ nhất (mm),

e – Hệ số được tra trong các bảng tiêu chuẩn tùy thuộc vào loại máy trục và chế độ làm việc

Đối với máy trục thường : e = (16 ÷ 30)

Đối với thang máy : e = 30 – thang máy chở hàng

: e = 40 – thang máy chở người có tốc độ cabin < 1,4 m/s : e = 45 – thang máy chở người có tốc độ cabin > 1,4 m/s Đường kính puly và tang càng lớn thì số lần uốn giới hạn của cáp cho đến khi cáp bị hỏng tăng lên cũng có nghĩa là tuổi thọ của cáp càng cao Do đó khi thiết kế máy trục với chế độ làm việc nặng cần chọn tỉ số D/d lớn (nghĩa là chọn hệ số e lớn) để đảm bảo tuổi thọ của máy, song khi đó kích thước máy sẽ cồng kềnh và mômen trên trục tang lớn

Cáp bị hỏng chủ yếu do mỏi, cho nên nó không xảy ra tức thời mà phát triển dần dần Dấu hiệu đầu tiên của dây cáp bắt đầu bị phá hỏng là các sợi thép bắt đầu bị đứt nổ Nhưng như

thế không có nghĩa là phải thay ngay cáp mới vì quá trình đứt dần từng sợi từ ngoài vào trong

Do đó trên cơ sở nghiên cứu và kinh nghiệm sử dụng mà người ta quy định số sợi đứt cho phép trên 1 bước bện Số sợi đứt cho phép trên chiều dài 1 bước bện của 1 số loại cáp cho trong bảng 02.04, khi chưa đến giới hạn đó, cáp vẫn còn làm việc an toàn

Bảng 7.3 – Hệ số e nhỏ nhất cho phép:

Loại máy trục Dạng dẫn động Chế độ làm việc Trị số e

A Cần trục kiểu cần

C Tời nâng gầu ngoạm

E Các loại tời

Bảng 7.4 – Số sợi thép đứt cho phép trên 1 bước bện cáp

Kết cấu của cáp

Hệ số an toàn bền n

Bện xuôi Bện chéo Bện xuôi Bện chéo

Để đảm bảo an toàn và tăng tuổi thọ của cáp thép cần phải bảo dưỡng, bôi trơn cáp theo định kỳ bằng mỡ chuyên dùng

§7.2 PULY VÀ PALĂNG CÁP

7.2.1 Puly

Trên các máy trục, puly dùng để đổi hướng dây cáp hoặc là 1 khâu trong hệ palăng cáp dùng để giảm lực kéo, tăng hoặc giảm tốc độ nâng vật Puly được lắp trên trục của puly thông qua ổ đỡ puly (hình 7.4)

Ổ đỡ puly có thể sử dụng loại ổ lăn hoặc ổ trượt khi dây cáp chuyển động vòng qua puly, puly có thể chuyển động quay quanh trục của puly

Trong hệ palăng cáp người ta phân thành: puly cố định và puly di động ngoài ra còn có puly cân bằng Trong các cơ cấu nâng với chế độ làm việc nhẹ và trung bình, puly thường được đúc bằng gang xám Bề mặt làm việc của rãnh puly phải được gia công cơ khí, kích thước rãnh

puly phải đảm bảo cho cáp vòng qua được dễ dàng, không bị đứt kẹt, bề mặt tiếp xúc giữa cáp và đáy rãnh lớn để giảm ứng suất tiếp xúc cáp đỡ bị mòn Đáy rãnh puly là 1 cung tròn có bán kính r = (0,53 ÷ 0,6)dc , góc nghiêng của 2 thành bên rãnh puly 2β = 40 ÷ 600

Để đảm bảo độ bền lâu của cáp, đường kính puly tính đến tâm cáp phải thỏa mãn điều kiện (7.2)

Điều kiện (7.2) có thể viết dưới dạng đường kính puly:

Trong đó thường chọn e = (16 ÷ 30)

Ổ trục puly có thể dùng ổ lăn (ổ bi) hoặc ổ trượt (bạc) Ổ lăn được dùng nhiều hơn do có hiệu suất và tuổi thọ cao; độ tin cậy khi làm việc lớn Puly đã được tiêu chuẩn hóa, chọn đường kính puly theo đường kính cáp quấn qua puly và chọn puly theo tiêu chuẩn (các bảng tiêu chuẩn puly)

7.2.2 Hệ palăng cáp

Palăng cáp là 1 hệ thống gồm các puly cố định và puly di động được dùng dẫn hướng cáp Mục đích của palăng nhằm làm giảm lực căng của cáp so với lực kéo của hệ thống hoặc tăng tốc độ kéo của hệ thống so với tốc độ của cáp

Theo công dụng, người ta phân ra làm 2 loại palăng là:

– Palăng lực (hay còn gọi là palăng thuận) là palăng dùng để giảm lực căng cáp dẫn động

so với lực kéo của palăng,

– Palăng vận tốc (hay còn gọi là palăng ngược) là palăng dùng để tăng tốc độ kéo của hệ thống

a) Palăng lực (palăng thuận): palăng lực gồm 2 loại: palăng đơn và palăng kép

Hình 7.4 – Pu ly và sơ đồ mắc cáp a) Puly có lắp ổ lăn; b) Puly có lắp ổ trượt; c) Sơ đồ mắc cáp

– Palăng đơn: là loại palăng chỉ có 1 đầu cáp cuốn lên tang Palăng đơn lại chia thành:

palăng đơn loại 1 và palăng đơn loại 2

+ Palăng đơn loại 1 (hình 7.5a): là palăng có nhánh cáp ra khỏi palăng từ puly cố định

phía trên, loại này

có số puly n bằng

số nhánh cáp treo

vật m (n = m)

Palăng đơn loại 1

là loại thông dụng

thường được dùng

trên các cần trục

quay kiểu cần (jib

cranes)

+ Palăng

đơn loại 2 (hình

7.5b): loại này có

nhánh cáp ra khỏi

palăng từ puly di

động phía dưới,

Hình 7.5 – Palăng đơn: a) Palăng đơn loại 1; b) Palăng đơn loại 2

Hình 7.6 – Hệ palăng kép

loại này có số nhánh cáp treo vật m bằng số puly trong hệ palăng n cộng với 1 (m = n + 1) Palăng đơn loại 2 thường được dùng trên các palăng điện và 1 số tời nâng đặt ở trên cao (tời của cầu trục, cổng trục… – Gantry Cranes)

– Palăng kép: là loại palăng có 2 đầu cáp đồng thời cuốn lên tang (hình 7.6) Palăng kép được coi như 2 palăng đơn loại 2 hợp thành và có thể tính toán nó như 2 palăng đơn loại 2 với tải trọng 1 palăng

2

Q Trong palăng kép có puly cân bằng với tác dụng giữ thăng bằng và chỉ quay để tự điều chỉnh lực căng hoặc chiều dài trên 2 nhánh cáp 2 bên do sai lệch về kích thước

– Bội suất palăng: Trong hệ palăng lực (palăng thuận), tải trọng nâng Q được treo trên m

nhánh cáp, vì vậy lực căng cáp trên mỗi nhánh sẽ giảm đi Đại lượng đặc trưng cho palăng cáp là bội suất palăng a Bội suất của palăng lực là số lần lực căng cáp giảm đi so với trọng lượng vật nâng (số lần lợi về lực) và được xác định theo biểu thức sau:

k

m

trong đó: m – Số nhánh cáp treo vật,

k – Số nhánh cáp cuốn lên tang

Như vậy:Với palăng đơn-Bội suất palăng a bằng số nhánh cáp treo vật m (do k = 1),

Với palăng kép: bội suất palăng a bằng số nhánh cáp treo vật chia cho 2 (do k = 2) Trong trường hợp vật treo tĩnh thì lực căng trong mỗi nhánh cáp S của palăng đơn giảm đi

a lần so với tải trọng nâng Q Khi nâng vật Q, tốc độ của cáp lớn gấp a lần so với tốc độ nâng vật và chiều dài cáp quấn lên tang L cùng lớn gấp a lần so với chiều cao nâng vật

Đối với palăng kép, lực căng cáp trong

palăng giảm đi 2a lần so với tải trọng nâng

Palăng kép thường được dùng trên các cầu

trục, cổng trục (Gantry Cranes)

b) Palăng tốc độ (palăng ngược):

Palăng tốc độ là loại palăng dùng để

tăng tốc độ và hành trình (lợi về tốc độ và

đường đi) Palăng vận tốc dùng trong hệ

palăng nâng của xe nâng tự hành (Fork-lift

Truck) nhằm tạo ra tốc độ nâng vật và chiều

cao nâng lớn so với tốc độ và hành trình của

bộ phận dẫn động là xilanh thủy lực nâng

Tải trọng nâng Q được treo trên nhánh tự do (đầu tự do) của palăng Thiết bị kéo của palăng là xilanh thủy lực Lực kéo của palăng P được đặt vào khối puly di động

Khi tác dụng lực P lên trục của khối puly di động làm khối puli di động dịch chuyển so với puli cố định (khoảng cách h) thông qua dây treo tiến hành nâng vật 1 khoảng H

Trong hệ palăng ngược, quan hệ giữa các đại lượng về lực, tốc độ và hành trình của vật nâng so với thiết bị kéo có dạng:

trong đó:

Hình 7.7 – Hệ palăng ngược (palăng tốc độ)

1 – Puly di động; 2 – Puly cố định; 3 – Puly đổi hướng;

4 – Thiết bị kéo (xilanh thủy lực); 5 – Dây treo vật

vn , H – Tốc độ, hành trình của vật nâng

vk , h – Tốc độ, hành trình của thiết bị kéo 7.2.3 Hiệu suất của puly và hiệu suất hệ palăng cáp

a) Hiệu suất của puly

Khi cáp cuốn trên puly, độ cứng của cáp và ma sát trong ổ trục puly là 2 yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của puly

1 – Ảnh hưởng của độ cứng của cáp:

Khi cáp cuốn qua puly, do cáp bị uốn cong khi đi vòng qua puly làm cho các sợi thép và các dảnh cáp cọ sát vào nhau gây lực ma sát làm cản trở sự thay đổi độ cong của cáp Để tính lực cản W1 do độ cứng của cáp gây ra khi vòng qua puly Xét sơ đồ (hình 7.8a)

Gọi : – lực căng của nhánh cáp cuốn vào puly là Sv = S

– Lực căng của nhánh cáp kéo (ra) khỏi puly Sr = S + W1 Lập phương trình cân bằng: S (R + c) = (S + W1) (R – b)

S S b R

c b

c b

2 – Ảnh hưởng của ma sát trong ổ trục quay (hình 7.8b)

Khi cáp cuốn qua puly, puly quay quanh trục puly do ma sát trong ổ trục puly gây ra lực cản W2 Để xác định lực cản do ma sát trong ổ trục puly W2 ta lập phương trình cân bằng mômen đối với tâm trục puly

F.d = W2 D

S S D

d f

2sin2

Trong đó: f – Hệ số ma sát,

d, D – Đường kính ổ trục và đường kính puly tính đến tâm cáp,

Hình 7.8 – Sơ đồ tính lực cản của puly

ω

D

d f

= – Hệ số ma sát trong ổ trục

3 – Tổng lực cản puly khi kéo cáp:

Như vậy khi cuốn cáp qua puly, lực kéo của nhánh cáp ra khỏi puly Sr phải lớn hơn lực căng trong cánh cáp vào Sv puly 1 lượng để thắng các lực cản trên puly

4 – Hiệu suất của puly η (hình 7.9):

Trong palăng có puly cố định và puly di động Hiệu suất của puly cố định ηcđ là tỉ số giữa công có ích ở nhánh cuốn S1.h chia cho công sinh ra ở nhánh nhả S2.h

ωλ

η

++

=+

=

=

1

1

1 1

2

1

W S

S h S

h S

1

S

Q h S

h Q

dđ

ηη

vậy : puly di động có hiệu suất cao hơn puly cố định

Từ công thức (7.11) ta thấy hiệu suất của puly phụ thuộc vào:

– Độ cứng của cáp;

– Đường kính puly D và ổ trục d;

– Loại ổ và điều kiện bôi trơn;

– Góc ôm của cáp α trên puly

Trong đó tổn thất do masát trong ổ trục là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất của puly Vì vậy để đơn giản người ta lấy hiệu suất của tất cả các loại puly (cố định và di động) tùy thuộc vào loại ổ trục

– Hiệu suất:
puly có ổ trượt η = 0,94 ÷ 0,96

puly có ổ trục là ổ lăn η = 0,96 ÷ 0,98 Đối với bánh xích bị động và tang cuốn cáp khi làm việc cũng có các thành phần lực cản như đối với puly Trong tính toán người ta thường chọn:

– Hiệu suất:
tang cuốn cáp ηt = 0,96 ÷ 0,98

bánh xích bị động ηbx = 0,94 ÷ 0,96

b) Hiệu suất của hệ palăng cáp

Hiệu suất của hệ palăng cáp bằng tỉ số giữa công có ích Q.h và công sinh ra do lực dẫn động S.a.h:

a S

Q h a S

h Q A

A

P

trong đó: a – Bội suất palăng; S – Lực kéo của cáp

Hình 7.9 – Sơ đồ tính hiệu suất của puly cố định

a) và của puly di động b)

1 – Hiệu suất của palăng đơn loại 1 (hình 7.10):

Xét 1 hệ palăng đơn loại 1 có sơ đồ như hình vẽ, có bội suất palăng bằng a Để tính lực kéo của cáp dẫn động (nhánh cáp cuối cùng ra khỏi hệ palăng) ta coi tất cả các puly trong palăng có hiệu suất η như nhau Lực căng trong các nhánh cáp của hệ palăng đơn loại 1 được xác định như sau:

Tưởng tượng cắt qua hệ palăng bằng 1 mặt cắt, ký hiệu lực căng trong các nhánh cáp được cắt là S1, S2 …Sa

Khi nâng hàng cáp dẫn động quấn vào tang do có tổn thất trên puly nên lực căng trên các nhánh cáp của palăng sẽ khác nhau (S1 ≠ S2 ≠ … ≠ Sa):

S1 = S.η S2 = S1.η = S.η2S3 = S2.η = S.η3

Sa = Sa-1 η = S.ηaXét cân bằng hệ lực theo phương Oy ta có:

S1 + S2 + … + Sa = Q Thay các giá trị lực căng các nhánh cáp vừa tính ở trên theo S ta có:

S.η + S.η2 + … + S.ηa = Q S.η (1 + η + η2 + … + ηa-1) = Q (7.19) Trong ngoặc (7.19) là 1 cấp số nhân có công bội là η

Nhân 2 vế của (7.19) với η ta có:

( )

Q S

ηη

h S

trong đó: η – Hiệu suất của 1 puly, a – Bội suất palăng của palăng đơn

2 – Hiệu suất của palăng đơn loại 2 (hình 7.11):

Xét hệ palăng đơn loại 2 có sơ đồ mắc cáp như hình vẽ ta thấy: số puly trong palăng bằng số nhánh cáp treo vật trừ đi 1 tức là (a – 1)

Tương tự ta có lực căng trong các nhánh cáp của palăng đơn loại 2:

S1 = S.η; S2 = S.η2; …, Sa-1 = S.ηa-1Xét cân bằng lực theo trục Oy

So sánh thấy palăng đơn loại 2 có hiệu suất cao hơn palăng đơn loại 1

c) Xác định lực căng cáp lớn nhất để tính chọn cáp nâng

Trong tính toán, ta thường phải xác định lực căng cáp lớn nhất để tính chọn cáp Trong trường hợp tổng quát, cáp sau khi đi khỏi pa lăng còn đi qua các pu ly đổi hướng cáp (puly chuyển hướng) rồi mới cuốn lên tang

– Lực căng của nhánh cáp cuối cùng của hệ pa lăng cáp:

p

a

Q S

t

a

Q S

S

ηη

1 =

trong đó : i – số pu ly chuyển hướng cáp nằm ngoài hệ pa lăng

- Khi nâng hàng, lực căng trong nhánh cáp đi vào tang cuốn cáp là lớn nhất

+ Với hệ palăng đơn:

– Khi hạ hàng, cáp được nhả ra khỏi tang, lực căng của

nhánh cáp đi ra khỏi tang là nhỏ nhất St’= Smin và có trị số:

+ Với hệ palăng đơn:

i p t

a

Q S

S' = min = η η ; (7.34) + Với hệ palăng kép:

i p t

a

Q S

2

min

§7.3 TANG CUỐN CÁP

7.3.1 Giới thiệu chung và phân loại

a) Giới thiệu chung

Tang là thiết bị dùng để cuốn cáp thép, được sử dụng rất phổ biến trên các tời nâng, tời kéo, trên cơ cấu nâng, cơ cấu thay đổi tầm với, … của các máy trục

Khi làm việc tang thực hiện chuyển động quay tiến hành cuốn cáp vào tang Biến đổi dạng chuyển động quay của tang thành chuyển động tịnh tiến của cáp thép và truyền lực dẫn động từ tang tới cáp và các bộ phận khác (cụm móc treo, thiết bị mang hàng, …)

Tang được chế tạo từ gang (hoặc thép) theo phương pháp đúc hoặc từ các thép tấm theo phương pháp hàn

Thông thường tang được lắp với trục tang thông qua các moay-ơ tang

Trục tang được đặt trên các gối đỡ trục tang

Các gối đỡ trục tang đặt trên giá đỡ và liên kết với kết cấu khung của máy

b) Phân loại tang cuốn cáp

Người ta phân loại tang cuốn cáp theo các dấu hiệu: hình dáng cấu tạo, công dụng, phương pháp truyền động (Hình 7.12)

– Theo hình dáng cấu tạo, tang có các loại: tang trụ, tang côn và tang cong

+ Tang trụ: tang có đường kính bề mặt tang cuốn cáp không đổi trên suốt chiều dài tang

Dt = const (Hình 7.12 a,b)

+ Tang côn: tang có đường kính bề mặt tang thay đổi từ giá trị đường kính nhỏ nhất (Dmin)

tới đường kính tang lớn nhất (Dmax) theo dạng hình côn(Hình 7.12c) Với tang côn, khi cuốn cáp lực căng trong cáp sẽ thay đổi phụ thuộc vào đường kính tang, theo biểu thức:

Dmin Smax = D max.S min (7.36)

+ Tang cong: tang có bề mặt quấn cáp là dạng mặt cong (Hình 7.12e) Với loại tang này,

truyền động từ tang lên cáp nhờ ma sát, trên tang luôn cuốn một số vòng cáp nhất định (khoảng 4

÷ 6 vòng) với hai nhánh có chiều cuốn ngược chiều nhau

Khi quay tang, một nhánh cáp cuốn vào tang thì đồng thời nhánh cáp kia sẽ nhả ra khỏi tang, tự các nhánh cáp sẽ đi chuyển dọc trên bề mặt tang

Ở loại tang cong, quan hệ giữa lực căng trong các nhánh cáp (quấn và nhả) nhận theo

Hình 7.11 – Sơ đồ tính hiệu suất hệ palăng loại 2

ở đây: Sv – lực căng trong nhánh cáp quấn vào tang,

Sr – lực căng trong nhánh cáp nhả ra khỏi tang

e – cơ số logarit tự nhiên (e = 2,781 ),

µ – hệ số ma sát giữa cáp bề mặt tang (µ = 0,15 ÷ 0,18 – hệ số ma sát khô),

α – góc ôâm của cáp trên tang, Rad (radian)

– Phân loại

tang theo bề mặt tang

có các loại: tang trơn

và tang xẻ rãnh

+ Tang trơn :

Bề mặt cuốn cáp của

tang là trơn

+ Tang xẻ

rãnh: trên bề mặt tang

có xẻ các rãnh, cáp

cuốn lên tang đặt

đúng vào các rãnh cáp

lần lượt thứ tự theo

từng vòng cáp Rãnh

cáp xẻ trên tang có

dạng đường xoắn ốc

theo chiều cuốn từ trái

sang phải hoặc chiều

cuốn từ phải sang trái

Mặt cắt rãnh cáp là một cung trên có bán kính rãnh cáp R (Hình 7.13) chiều sâu rãnh cáp h, bước rãnh cáp t

R = 0,6.dc h ≥ 0,5.dc (rãnh sâu) h ≥ 0,3.dc (rãnh nông)

t ≥ 1,1 dc hoặc t = dc +(2 ÷ 3) mm

Đặc điểm của tang xẻ rãnh là: Tránh ma sát giữa các vòng cáp với nhau, tăng độ bền

lâu và tuổi thọ của cáp, không xảy ra hiện tượng rối cáp Tuy nhiên, tang xẻ rãnh chế tạo phức tạp hơn tang trơn, tang xẻ rãnh chỉ cuốn được một lớp cáp trên tang

– Phân loại tang theo số lớp cáp cuốn lên tang gồm có: Tang cuốn một lớp cáp, tang cuốn

nhiều lớp cáp

Thông thường người ta chế tạo tang trơn để cuốn nhiều lớp cáp, tang xẻ rãnh chỉ dùng cuốn một lớp cáp Trên máy trục tang cuốn một lớp cáp được dùng nhiều hơn

Khi dung lượng cáp cuốn lên tang rất lớn, để giảm kích thước của tang người ta dùng tang cuốn nhiều lớp cáp (Hình 7.13 a, b) Tang trơn dùng cuốn nhiều lớp cáp lên tang, các lớp cáp xếp chồng lên nhau, số lớp cáp thường không vượt quá sáu lớp Tang loại này phải có gờ ở hai đầu tang, chiều cao gờ phải cao hơn chiều cao của lớp cáp ngoài cùng là hai lần đường kính cáp (2dc ) trở lên (xem hình 7.13 a)

Nhược điểm của tang cuốn nhiều lớp cáp là cáp chóng bị mòn vì: các lớp cáp phía dưới chịu lực ép lớn do các lớp trên đè lên và giữa các vòng cáp có ma sát với nhau khi cuốn lên tang

– Phân loại theo số nhánh cáp đi vào tang gồm có: tang đơn và tang kép

+ Tang đơn: Dùng với hệ palăng đơn, khi có một nhánh cáp đi vào tang (Hình 7.12a)

+ Tang kép: Dùng với hệ pa lăng kép, khi có hai nhánh cáp đồng thời đi vào tang(Hình 7.12.b)

Hình 7.12 – Tang quấn cáp

a) Tang dùng cho pa lăng đơn; b) Tang dùng cho pa lăng kép; c) Tang côn; d) Tang trụ ma sát không xẻ rãnh; e) Tang cong ma sát; f) Sơ đồ tính tang chịu nén

Tang xẻ rãnh có thể dùng làm tang đơn (sử dụng cho hệ palăng đơn) với chiều xoắn ốc của rãnh cáp phía phải hoặc phía trái

Tang xẻ rãnh dùng làm tang kép thì trên tang chia ra làm 2 phần theo chiều dài tang (sử dụng cho hệ pa lăng kép) một phần rãnh có chiều xoắn ốc phía phải, một phần rãnh cáp có chiều xoắn ốc phía trái Rãnh

cáp được bắt đầu xẻ từ

hai đầu tang theo chiều

xoắn ốc đi vào giữa

tang Ở giữa hai phần

tang cắt rãnh có phần

không cắt rãnh để ngăn

cách (hình 7.12b) Trên

các cơ cấu nâng của

máy trục, tang xẻ rãnh

có nhiều ưu điểm và

được sử dụng phổ biến

– Phân loại tang

theo công nghệ chế tạo

tang, người ta chia ra

tang đúc và tang hàn

Chọn tang đúc hay tang

hàn phải dựa vào kích thước của tang, quy mô sản xuất và điều kiện chế tạo tang

+ Tang đúc: chế tạo theo phương pháp công nghệ đúc (gang xám đúc hay thép đúc) tang

đúc nằm trong sản xuất hàng loạt giá thành hạ nhưng có trọng lượng lớn Do yêu cầu công nghệ chế tạo tang đúc mà chiều dày vỏ tang δ không nhỏ 12mm, thường tính sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm:
Gang đúc : δ = 0,02.Dt + (6 ÷ 10)mm

Thép đúc : δ = 0,02.Dt + 3,0mm Sau khi có kích thước tang phải kiểm tra sức bền tang

+ Tang hàn: thường chế tạo từ các thép bản (thép tấm) thành các bộ phận của tang rồi hàn

lại với nhau Tang hàn nhẹ hơn tang đúc (30 ÷ 40)%, thường dùng trong sản xuất đơn chiếc với tang có kích thước lớn

– Phân loại tang theo phương pháp truyền lực từ tang lên cáp gồm có các loại tang: tang có kẹp đầu cáp trên tang, tang ma sát

+ Tang có kẹp đầu cáp: một đầu của cáp thép được kẹp chặt lên tang (nhờ thiết bị kẹp đầu

cáp) Khi tang quay, do đầu cáp đã kẹp chặt lên tang nên cáp được cuốn vào tang

+ Tang ma sát: là loại tang không cố định đầu cáp trên tang, mà trên tang luôn cuốn một

số vòng cáp (khoảng 3÷6 vòng) Khi tang quay một nhánh đầu cáp cuốn vào tang với lực căng Sv đồng thời một nhánh cáp nhả ra khỏi tang với lực căng Sr Tang truyền chuyển động: quấn cáp lên tang là nhờ ma sát giữa bề mặt tang với cáp hình 7.12 d, e)

7.3.2 Các tính toán cơ bản tang cuốn cáp

a) Đường kính tang D t : Đường kính danh nghĩa của tang D là đường kính tính đến tâm lớp cáp thứ nhất Đường kính tang xác định tương tự đường kính puly cáp trên cơ sở điều kiện về tuổi thọ của dây cáp theo công thức:

Hình 7.13 – Phân loại tang theo bề mặt tang:

a), b) – bề mặt tang trơn; c) – bề mặt tang xẻ rãnh