Thiết kế cầu trục 20 tấn khẩu độ 15 mét

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẦU TRỤC 20 TẤN KHẨU ĐỘ 15 MÉT Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS.TS NGUYỄN VĂN YẾN PHAN VIẾT HÙNG Đà Nẵng, 2018 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP D U T- LR C C Nội dung làm đƣợc bao gồm vấn đề sau: Nhu cầu thực tế đề tài Nói đến cầu trục nghĩ đến thiết bị nâng hạ vô quan trọng phổ biến nhà xƣởng, khu công nghiệp Ngày sản phẩm cầu trục đƣợc thiết kế chế tạo theo yêu cầu thực tế khách hàng nên việc đảm bảo tiêu chuẩn nhƣ chất lƣợng ngày đƣợc nâng cao Chính khách hàng có nhu cầu thực nhà chế tạo lập kế hoạch, lên phƣơng án sản xuất chi tiết Thiết bị chí khơng có nhà sản xuất cầu trục mà sản xuất rao bán cầu trục đại trà nhƣ thiết bị khác mà cần phải có kế hoạch sản xuất phù hợp điều kiện mơi trƣờng làm việc thiết bị khác Hiện với phát triển cơng nghệ thiết bị máy móc việc sản xuất cầu trục đạt tiêu chuẩn đƣợc rút ngắn lại đảm bảo chất lƣợng Do đó, thiết kế cầu trục đảm bảo đƣợc nhu cầu cần thiết cho ngành công nghiệp, cần thiết cho nhà xƣởng khu công nghiệp Phạm vi nghiên cứu đề tài tốt nghiệp:  Tính tốn thiết kế cầu trục 20 Nội dung đề tài thực : Thiết kế cầu trục 20  Số trang tuyết minh: 91 trang  Số vẽ: Ao Kết đạt đƣợc:  Phần lý thuyết  Giới thiệu chung nâng chuyển  Giới thiệu cầu trục  Hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa, an toàn lao động sử dụng máy  Phần tính tốn thiết kế  Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cầu trụ 20  Thiết lập sơ đồ động học máy  Tính tốn, thiết kế thơng số động lực học phận  Tính tốn thiết kế số cụm chi tiết có liên quan móc treo tang ,khớp nối  Thiết kế hệ thống điện Đà Nẵng, Ngày 20 tháng năm 2018 Sinh viên thực Phan Viết Hùng C C LR T- U D LỜI CÁM ƠN Sau ba tháng tìm hiểu thực cuối em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế cầu trục 20 tấn” Để hoàn thành đồ án này, ngồi nổ lực tìm hiểu, nghiên cứu thân, em cần giúp đỡ nhiều ngƣời Lời đầu tiên, em xin đƣợc gửi lời cám ơn đến toàn thể thầy cô trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, ngƣời tận tâm, tận tình truyền đạt kiến thức bổ ích suốt năm năm theo học trƣờng Đây hành trang vô to lớn bổ ích khơng giúp em hồn thành khóa học trƣờng mà chuẩn bị vững cho tƣơng lai, công việc sau C Tiếp theo, em xin đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Yến, ngƣời tạo điều kiện tận tình giúp đỡ em suốt trình làm đồ án Những kinh nghiệm kiến thức bổ ích mà thầy truyền đạt giúp ích nhiều cho em việc bảo vệ đồ án cho công việc sau LR C Em xin đƣợc gửi lời cám ơn đến bạn em, ngƣời em tìm hiểu nghiên cứu để đồ án đƣợc hoàn thiện thời hạn T- Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn đến ngƣời thân gia đình em ln động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình làm đồ án D U Vì thời gian có hạn lần em tự tay thiết kế đề tài mang tính ứng dụng cao nên sai sót đồ án khơng thể tránh khỏi Em kính mong q thầy đóng góp, bổ sung để đồ án đƣợc hồn thiện cách tốt Em xin chân thành cám ơn! Đà Nẵng, ngày 20 tháng năm 2018 Sinh viên thực Phan Viết Hùng MỤC LỤC D U T- LR C C CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN: 1.1.1 Định nghĩa phân loại máy nâng chuyển: 1.1.2 Các thông số máy nâng chuyển: 1.1.2.1 Trọng tải (sức nâng): 1.1.2.2 Các thông số động học phận công tác: 1.1.2.3 Các thơng số hình học: 1.1.3 Chế độ làm việc máy nâng chuyển: 1.1.4 Tải trọng trƣờng hợp tải trọng tính tốn: 1.1.4.1 Tải trọng: 1.1.4.2 Các trƣờng hợp tải trọng tính tốn: 1.1.5 Điều kiện an toàn máy nâng chuyển: 1.2 GIỚI THIỆU CẦU TRỤC: 1.2.1 Cầu trục: 1.2.2 Phân loại cầu trục: 1.2.2.1 Theo công dụng: 1.2.2.2 Theo kết cấu dầm: 1.2.2.3 Theo cách tựa dầm : 1.2.2.4 Theo cách bố trí cấu cấu di chuyển cầu trục: 1.2.3 Các thông số chủ yếu cầu trục: 1.2.3.1 Tải trọng Q: 1.2.3.2 Chiều cao nâng hàng H(m): 1.2.3.4 Khẩu độ L(m): 1.2.4 Đặc điểm tính tốn thiết kế cầu trục: CHƢƠNG CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN TÍNH TỐN 2.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CẦU TRỤC THIẾT KẾ: 2.1.1 Trọng tải: 20 Tấn 2.1.2 Chiều cao nâng: H = 10 m 2.1.3 Khẩu độ: L = 15 m 2.1.4 Vận tốc nâng hạ: Vn = 12 m/phút 2.1.5 Vận tốc di chuyển xe: Vx = 30 m phút 2.1.6 2.1.7 Vận tốc di chuyển cầu: Vc = 45 m phút Chế độ làm việc: Trung bình D U T- LR C C 2.2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC CÁC BỘ PHẬN CẦU TRỤC: 2.2.1 Các phƣơng án thiết kế dầm : 2.2.2 Các phƣơng án thiết kế sơ đồ động học cấu nâng: 11 2.2.3 Các phƣơng án thiết kế sơ đồ động học cấu di chuyển xe : 12 2.2.4 Các phƣơng án thiết kế sơ đồ động học cấu di chuyển cầu: 13 CHƢƠNG TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC BỘ PHẬN 15 3.1 CƠ CẤU NÂNG: 15 3.1.1 Số liệu thiết kế ban đầu: 15 3.1.2 Tính tốn cấu nâng: 15 3.1.2.1 Chọn dây cáp: 15 3.1.2.2 Pa lăng giảm lực: 17 3.1.2.3 Chọn kích thƣớc dây cáp: 18 3.1.2.4 Tính chọn tang ròng rọc: 18 3.1.2.5 Chọn động điện: 20 3.1.2.6 Tỷ số truyền chung: 21 3.1.2.7 Kiểm tra động điện nhiệt: 21 3.1.2.8 Tính chọn phanh: 24 3.1.2.9 Hộp tốc độ: 26 3.1.3 Tính phận khác cấu nâng 49 3.2 CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON: 58 3.2.1 Số liệu thiết kế ban đầu: 58 3.2.2 Chọn bánh xe ray: 58 3.2.3 Tải trọng lên bánh xe: 58 3.2.4 Động điện: 60 3.2.5 Tỷ số truyền chung: 61 3.2.6 Kiểm tra động điện mômen mở máy: 61 3.2.7 Phanh: 62 3.2.8 Bộ truyền: 62 3.2.9 Các phận khác cấu di chuyển xe: 59 3.2.10 Ổ Đỡ Trục Bánh Xe 67 CHƢƠNG 4: 74 TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CẦU TRỤC 74 4.1 Tính tốn thiết kế dầm ngang (dầm chính) 74 4.1.1 Tính tải trọng 74 4.1.2 Xác định kích thước tiết diện dầm 75 4.1.3 Ứng suất tiết diện dầm 78 D U T- LR C C 4.1.4 Tính độ bền ray xe: 83 4.1.5 Tính mối ghép hàn: 84 4.2 Tính dầm cuối: 85 4.3 Tính dầm đặt ray di chuyển cầu : 87 4.4 Tính ốn Cơ Cấu Di Chuyển Cầu Trục 68 4.4.1 Các số liệu ban đầu: 68 4.4.2 Tính bánh xe ray: 69 4.4.3 Động điện: 70 4.4.4 Tỷ số truyền chung : 71 4.4.5 Kiểm tra động theo điều kiện bám : 71 4.4.6 Kiểm tra phanh theo điều kiện bám : 72 4.4.7 Bộ truyền : 73 CHƢƠNG 5: HƢỚNG DẪN AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 89 5.1 An toàn sử dụng máy: 89 5.2 Hƣớng dẫn sử dụng máy 90 KẾT LUẬN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 N MỤC N V – ẢN Hình 1.1: Cầu trục nhà xƣởng nhà máy Dung Quất D U T- LR C C Hình 1.2: Cầu trục đƣợc lắp đặt xƣởng khí Hình 1.3: Biểu đồ lực Hình 1.4: Hình phân tích lực dầm Hình 2.1: Kết cấu dầm dạng chữ I Hình 2.2: Kết cấu dầm dạng hộp Hình 2.3: Kết cấu dầm kiểu giàn Hình 2.4: Sơ đồ động học cấu nâng P Hình 2.5: Sơ đồ động học cấu nâng P Hình 2.6: Sơ đồ động học cấu nâng P Hình 2.7: Sơ đồ động học cấu di chuyển xe P Hình 2.8: Sơ đồ động học cấu di chuyển xe P Hình 2.9: Sơ đồ động học cấu di chuyển xe P Hình 2.10: Sơ đồ động học cấu di chuyển cầu P Hình 2.11: Sơ đồ động học cấu di chuyển cầu P Hình 2.12: Sơ đồ động học cấu di chuyển cầu P Hình 3.1: Sơ đồ động học cấu nâng Hình 3.2: Sơ đồ ngun l palăng Hình 3.3: Sơ đồ kích thƣớc tang Hình 3.4: Sơ đồ gia tải cấu nâng Hình 3.5: Sơ đồ phanh điện xoay chiều hai má Hình 3.6: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên trục Hình 3.7: Biểu đồ momen trục I Hình 3.8: Biểu đồ momen trục II Hình 3.9: Biểu đồ momen trục III Hình 3.10: sơ đồ móc treo Hình 3.11: Móc treo Hình 3.12: Tính cặp cáp Hình 3.13: Kết cấu tang Hình 3.14: Biểu đồ momen Hình 3.15: Kết cấu trục tang Hình 3.16: Biểu đồ phân bố tải trọng Hình 3.16: Biểu đồ phân bố tải trọng Hình 3.17: Sơ đồ động học cấu di chuyển xe Hình 3.18: Sơ đồ tính tải trọng đặt tác dụng lên xe Hình 3.19: Bánh xe Hình 3.20: Kết cấu trục bánh dẩn D U T- LR C C Hình 3.21: Các tải trọng tác dụng lên ổ Hình 4.1 :Tiết diện ngang dầm Hình 4.2 : Biểu đồ momen uốn tải trọng dầm cấu khác Hình 4.3: Biểu đồ momen uốn lực quán tính xe lăn vật nâng Hình 4.4: Sơ đồ xác định tải trọng phụ lực quán tính tác dụng lên dầm dầm Hình 4.5: Phân bố giăng dầm Hình 4.6: Tính tiết diện gối tựa dầm Hình 4.7: Sơ đồ tính mối ghép dầm Hình 4.8: Dầm cuối Hình 4.9: Sơ đồ tính dầm đặt ray Hình 4.10: Mặt cắt ngang dầm đặt ray di chuyển cầu Hình 4.11: Sơ đồ đặt ray cấu di chuyển cầu Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển cầu trục lăn c c n CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN C C 1.1 IỚI T IỆU VỀ MÁY NÂN C UYỂN: 1.1.1 Định nghĩa phân loại máy nâng chuyển: Máy nâng chuyển loại máy dùng để thay đổi vị trí đối tƣợng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp móc treo thiết bị mang vật gián tiếp nhƣ gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu… Ở nƣớc tiên tiến, ngành máy nâng chuyển ngành công nghiệp phát triển ngày cao, thiết bị nâng chuyển máy trục Sự phát triển mạnh mẽ công nghiệp, mong muốn nâng cao suất lao động, phải phát triển không ngừng cải tiến kỹ thuật máy nâng vận chuyển Công nghiệp xây dựng trƣớc cần trục, ngày chí xây dựng nhà nhỏ khơng thể thiếu cần trục, chƣa kể đến việc xây dựng t a nhà cao tầng kỹ thuật xây lắp khối lớn, thời kỳ hội nhập lại trọng không ngừng cải tiến kỹ thuật để đáp ứng đƣợc yêu cầu ngành công nghiệp xây dựng D U T- LR Trong ngành cơng nghiệp mỏ cần có loại thang tải, xe kíp băng tải, … Trong ngành luyện kim có cần trục nặng phục vụ kho chứa quặng nhiên liệu Máy nâng vận chuyển phục vụ nhà ở, nhà công cộng, cửa hiệu lớn ga tàu điện ngầm nhƣ thang máy, có thang điện cao tốc cho nhà cao tầng, buồng chở ngƣời thang điện liên tục Trong siêu thị ngƣời ta dùng nhiều cầu thang Trong nhà máy hay phân xƣởng khí ngƣời ta trang bị nhiều máy nâng chuyển di động nhƣ cần trục, cầu trục, cổng trục dùng điện hay khí nén, thủy lực suất cao để di chuyển chi tiết máy máy Ngành máy nâng vận chuyển đại thực rộng rãi việc giới hóa trình vận chuyển ngành cơng nghiệp kinh tế quốc dân Sự phát triển kỹ thuật nâng – vận chuyển phải theo cải tiến máy móc, tinh xảo hơn, giảm nhẹ trọng lƣợng, giảm giá thành, nâng cao chất lƣợng sử dụng, tăng mức sản xuất, đơn giản hóa tự động hóa việc điều khiển chế tạo máy nhiều hiệu để thỏa mãn yêu cầu ngày tăng kinh tế quốc dân Ở nƣớc ta, máy nâng vận chuyển sử dụng rộng rãi số ngành nhƣ xếp dỡ hàng hóa bến cảng nhà ga đƣờng sắt Trong công nghiệp xây dựng nhà ở, nhà máy luyện kim lâm nghiệp, xây dựng công nghiệp SVHT: Nguyễn Văn Hà Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Y n c c n M3u=P’’qt h1=7143 0,85= 6071,56 Nm Ứng suất phụ mômen sinh ra:  3u  M 3u 6, 072.106   0,906 N / mm2 Wx 6, 7.10 Ứng suất tổng tiết diện xét dƣới tác dụng tải trọng phụ: δu=δ1u+δ2u+δ3u=121+51,48+0,906= 173,386 N/mm2 Ứng suất uốn cho phép theo bảng (5-2) [1]: [δ]u=180N/mm2> δu Độ võng dầm dƣới tác dụng xe lăn vật nâng: ( P "D  P "C ).L3 (50000  45000).200003 f    18,53mm 48.E.J x 48.2,1.105.4,07.109 Trong đó: E=2, 105N/mm2 modun đàn hồi thép CT38 Độ võng cho phép: L 20000   28,57mm >18,53mm 700 700 C [f]= D U T- 500 LR C Để bảo đảm độ ổn định cục đứng dầm ta hàn thép theo chiều cao dầm Khoảng cách thép lấy l= 2000 mm 2000 2000 2000 2000 Hình 4.5: Phân bố giăng dầm Ứng suất tới hạn :  th  4390( 2 10 )2 103  4390.( ) 10  381N / mm2 h1 1074 Hệ số an toàn ổn định thành: - Đối với trƣờng hợp phối hợp tải trọng thứ 1: k1   th 381   3,15 1u 121 - Đối với trƣờng hợp phối hợp tải trọng thứ 2: k2   th 381   2,  u 173,386 HỆ số an toàn nhỏ cho phép: [k1]=1, [k2]=1,1 SVHT: Phan Vi t Hùng Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Y n 81 c n 1100 1074 524 c 2000 Hình 4.6 Tính tiết diện gối tựa dầm Tiết diện đƣợc tính theo lực cắt lớn xe lăn sát gối tựa mômen uốn trọng lƣợng cấu di động cầu trục gây Ra Rb 4000 b=1500 LR C C q=3500N Pd'=58000N 20000 D U T- Pc'=52000N Hình 4.7: Sơ đồ tính mối ghép dầm Lực cắt lớn nhất: Qn  P' D Ta có: Qn  58000 L  l1 L  (b  l1 ) qL  P' C  L L 20  0,8 20  (1,5  0,8) 3500.20  52000   136700 N 20 20 Mômen tĩnh nửa tiết diện trục x-x: S0= 450.16.472 + 2.16.232= 3405824 mm3 Ứng suất cắt J=Jx:  ' Qn S p J x   136700.3405824  5, 72 N / mm2 2.4, 07.10 10 Mômen xoắn cấu di chuyển gây ra: G e 20000.0,6 Mx    6000 Nm 2 SVHT: Phan Vi t Hùng Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Y n 82 c c n Ứng suất tiếp: " Mx 6.106   1,57 N / mm2 2.F  2.191172.10 Trong đó: F=356.537 =19172 mm2 Diện tích hình chữ nhật đƣợc giới hạn trục qua đƣờng tâm đứng Tổng ứng suất cắt: η=η’+η”=5,72+1,57= 7,29 N/mm2 Ứng suất cắt cho phép trƣờng hợp phối hợp tải trọng thứ nhất: [η]=0,6[ζ]=0,6.160=96N mm2 > η Tƣơng tự ta xác định đƣợc ứng suất lực quán tính gây tính theo trƣờng hợp phối hợp tải trọng thứ hai Nhƣng trị số ứng suất lực quán tính gây nhỏ nên ta bỏ qua Độ ổn định thành dầm đoạn cuối đƣợc kiểm tra theo ứng suất tiếp C C Kích thƣớc đầu dầm xem hình 3.25a 3.25b Khoảng cách hai giằng a=1200mm Trị số ứng suất tiếp đƣợc xác định theo công thức : LR h     th  1020  760( )  ( ) 103 a  h  T- 700  10   1020  760( ) ( ) 10  260 N / mm 1200  700  U Hệ số an toàn ổn định:  th 292   35  7, 29 D k1  Hệ số an toàn ổn định cho phép theo trƣờng hợp phối hợp tải trọng thứ nhất: [k1]=1,3 Vì trị số tải trọng phụ nhỏ nên khơng cần 4.1.4 ín độ bền ay dướ xe: Dƣới xe lăn ta đặt ray JIS 50N theo tiêu chuẩn thép ray JIS E 1103 1101, ray đƣợc kẹp chặt biên dầm nhờ kẹp, ta dể dàng thay sửa chữa Để giảm ứng suất ray biên ngƣời ta hàn thêm thép phụ có kích thƣớc đƣợc xác định : H1 = H 1100   367mm 3 Trong H=1100 mm Chiều cao dầm SVHT: Phan Vi t Hùng Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Y n 83 c c n Khoảng cách lớn hai giằng a = 2000 mm Mô men uốn bánh xe lăn nằm hai giằng có kể đến độ cứng ray biên trên: Mu  PD, a 50000.2000   166666667 Nmm 6 Mô men chống uốn ray trục x-x: Wx = 8.22.106mm3 => Ứng suất uốn ray u  M u 16666667   2, 02 N / mm2