Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HOÀ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ GIỚI HÓA XÍ NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài : THIẾT KẾ CẦU TRỤC HAI DẦM KIỂU HỘP GVHD : LÊ HỒNG SƠN SVTH : NGUYỄN THIÊN THANH MSSV : 20102381 Tháng 5– 2004 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển chung đất nước,ngành công nghiệp nước ta nói chung ngành khí nói riêng góp phần lớn công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Ngày nhu cầu thiết bị máy móc đặc biệt máy nâng chuyển ngày tăng Bên cạnh máy đại nhập từ nước ngoài, ngành khí nước ta thiết kế, chế tạo ngày nhiều số lượng chủng loại máy, từ loại kích đến cần trục, cầu trục, cổng trục băng tải, xích tải… Riêng cầu trục loại máy nâng chuyển có phạm vi ứng dụng rộng rãi, phục vụ trình vận chuyển vật nặng đặc biệt trình xếp dỡ Ngoài cầu trục tham gia trực tiếp trình sản xuất Là phương tiện thiếu để giảm nhẹ lao động nặng nhọc, tăng xuất lao động, tạo điều kiện áp dụng công nghệ tiên tiến sản xuất Qua đồ án Thiết keá cầu trục giúp em hiểu rõ nguyên tắc hoạt động, sở thiết kế chế tạo phạm vi ứng dụng cầu trục Khi làm đồ án em cố gắng hoàn thành nhiệm vụ giao không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến dạy đóng góp Thầy Cô bạn Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô khoa máy xây dựng, đặc biệt Thầy LÊ HỒNG SƠN tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG I – Giới thiệu cầu trục dầm kiểu hộp Hình 1: Cầu trục hai dầm kiểu hộp Cầu trục dầm kiểu hộp loại máy nâng chuyển sử dụng rộng rãi, dùng nhà xưởng để bốc xếp hàng, xây dựng để vận chuyển vật liệu… Cầu trục dầm chạy điện bao gồm : kết cấu theùp, xe lăn, cấu di chuyển cầu, cabin thiết bị điện Keát cấu thép cầu trục bao gồm hai dầm hai dầm bên Dầm có tiết diện hình hộp chữ nhật rỗng chế tạo thép liên kết với phương pháp hàn, thành bên có vách ngăn để tăng độ cứng vững cho dầm,ở thành có khóet lỗ để giảm trọng lượng cho dầm mà đảm bảo độ cứng vững.Trên mặt dầm có lắp đường ray xe lăn di chuyển Dầm bên có tiết diện tương tự dầm chính.Các đầu hai dầm liên kết với dầm bên phương pháp hàn.Ở đầu dầm bên có lắp cụm bánh xe di chuyển cầu Cơ cấu di chuyển cầu có dẫn động riêng bao gồm hai bố trí cụm bánh xe chủ động Xe lăn bao gồm : cấu nâng vật,cơ cấu di chuyển xe,khung xe,các trục bánh xe di chuyển Cơ cấu di chuyển xe lăn giúp xe lăn di chuyển dầm cầu trục, có hệ thống dẫn động chung chuyển động bốn bánh xe Hai bánh chủ động hai bánh bị động sử dụng động điện tạo chuyển động Cơ cấu di chuyển xe lăn với cấu di chuyển cầu trục tạo diện tích làm việc cho cầu trục Cơ cấu nâng vật bao gồm : tang kép truyền động thông qua hộp giảm tốc, động điện Khi tang kép chuyển động quay làm thay đổi độ dài cáp quấn nó, nghóa thay đổi độ cao nâng.Trên trục động điện trục vào hộp giảm tốc có lắp phanh để cấu làm việc an toàn xác Hình 2: Cầu trục hai gầm kiểu hộp Hình 3: Tổng quan xe lăn II - Mục đích đồ án Cũng cố kiến thức môn học trước (nguyên lý máy, chi tiết máy, kó thuật nâng chuyển, vẽ khí ) thông qua việc thiết kế máy cầu trục Phát huy tính sáng tạo trình thiết kế máy cầu trục Giúp hiểu rõ nguyên lý vận hành, phạm ví ứng dụng, nguyên tắc thiết kế, chế tạo máy cầu trục III - Nhiệm vụ đồ án Áp dụng lí luận thiết kế để giải toán kó thuật liên quan đến nhiều yếu tố nhiều ngành học đảm bảo yêu cầu sau : – Yêu cầu kó thuật Đảm bảo tính an toàn phận làm việc cầu trục Hệ thống phải gọn nhẹ, động Dễ vận hành Chế độ bảo trì bảo dưỡng dễ dàng – Yêu cầu kinh tế Phải có giá thành thấp mà vần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Năng suất cao PHẦN HAI : TÍNH TOÁN Số liệu ban đầu :  Tải trọng Q =125000 N  Chiều cao nâng H = m  Tầm rộng L = 20 m  Vận tốc nâng Vn =8 m/ph  Vận tốc di chuyển xe lăn Vxe = 30 m/ph  Vận tốc di chuyển cầu trục Vc = 80 m/ph  Chế độ làm việc cấu : Nhẹ( CĐ% = 15% ) Tính toán cấu nâng : Hình 4: Cơ cấu nâng Hình 5: Sơ đồ cấu nâng _ Tang cáp _ Khớp nối _ Hộp giảm tốc _ Phanh hai má _ Động điện Chọn loại dây : Vì cấu làm việc với động điện vận tốc cao nên ta chọn cáp cho cấu nâng loại dây có nhiều ưu điểm so với loại dây khác va loại dây thông dụng máy trục Ta chọn kiểu cáp có tiếp xúc đường sợi cáp LK_R, làm việc lâu hỏng có lõi thưng 6*19 + I 0C sử dụng rộng rãi.Vật liệu chế tạo sợi thép có giới hạn bền 1200 �2100(N / mm2 ) Vậy ta chọn cáp có giới hạn bền 1600N/mm để dễ dàng việc thay cáp sau bị mòn, đứt Hình 6: Tiết diện cáp 2.Palăng giảm lực : Palăng kép Palăng đơn Cấu tạo palăng đơn palăng kép képkép Kiểu lấp: theo sơ đồ 7( phương án VII ) Đầu trục ra: làm liền khớp Công suất truyền dược với chế độ CĐ 15%, số vòng quay trục vào 1000 vòng/phút 10 Các phận khác cấu nâng: a Khớp nối trục động với hộp giảm tốc: ta dùng khớp răng, loại thông dụng nay, đảm bảo làm việc lâu dài với tải trọng lớn Phía nửa khớp bên hộp giảm tốc kết hợp làm bánh phanh Căn vào đường kính bánh phanh D = 200 mm, moment lớn khớp truyền Mmax = 1400 Nm, moment vô lăng khớp (GiDi2 )khớp = 4.7 Nm2 Moment lớn mà khớp phải truyền xuất hai trường hợp: mở máy nâng vật phanh hãm vật nâng Khi mở máy nâng vật, moment mở máy lớn Mmmax = 2.5 Mdn = 2.5 192 = 480 Nm Phần dư để thắng quán tính hệ thống là: Md = Mmmax – Mn = 480 – 263 = 217 Nm Một phần moment Md tiêu hao việc thắng quán tínhcác chi tiết máy quay bên phía trục động ( roto động điện nửa khớp), lại phần truyền qua khớp Moment vô lăng nửa khớp phía động lấy 40% moment vô lăng khớp (GiDi2)k’ = 0.4 4.7 = 1.88 Nm2 Moment vô lăng chi tiết máy quay giá động  (GiDi2)I’ = (GiDi2)roto + (GiDi2)k’ = 16 + 1.88 = 17.88 Nm2 Moment vô lăng tương đương vật nâng(có vận tốc vn) chuyển trục động (GiDi2)tđ = 0.1 Qo = 0.1 125000 = 1.67 Nm2 Tổng moment vô lăng hệ thống  (GiDi2) =   (GiDi2)I + (GiDi2)tñ = 1.1 (16 + 4.7) + 1.67 = 24.44 Nm2 Tổng moment vô lăng phần cấu từ nửa khớp bên phía hộp giảm tốc sau kể vật nâng  (GiDi2)’ = (GiDi2) -  (GiDi2)I’ = 24.44 – 17.88 = 6.56 Nm2 Phần moment dư truyền qua khớp Md’ = Md = 217  59 Nm Tổng moment truyền qua khớp Mk’ = Mn + M’d = 263 + 59 = 322 Nm Khi phanh hãm vật nâng, moment đặt phanh Mph = 299 Nm Tổng moment để thắng quán tính hệ thống Mqt = Mph + Mt* = Mph + Mh = 299 + 200 = 499 Nm Ta tính phấn moment truyền qua khớp để thắng quán tính chi tiết máy quay phía động cách tương tự Mặt khác tính xuất phát từ thời gian phanh, theo công thức: tphn = tphn + = (cth 3-6 [I]) + = 0.09 s Moment truyến qua khớp để thắng quán tính Mk’’ = Mqt’ = =  369 Nm Như phanh vật nâng khớp phải truyền moment lớn hơn, cần phải kiểm tra khả truyền tải khớp theo moment truyền yêu cầu M = 369 Nm Kiểm tra điều kiện làm việc an toàn khớp nối: M k1 k = 369 1.3 1.1  528 Nm < Mmax = 1400 Nm; k1 = 1.3, k2 = 1.1 hệ số tính đến mức độ quan trọng cấu điều kiện làm việc khớp nối (bảng 9-2 [I]) Vậy khớp nối chọn làm việc an toàn b Móc ổ treo móc: Kết cấu ổ treo móc: thực thao hai phương án : ổ treo ngắn (phương án a), ổ treo dài ( phương án b).Ở chọn phương án ổ treo ngắn để tận dụng chiều cao nâng ( phương án thực số ròng rọc chẵn) Phương án a Phương án b Hình 14: Sơ đồ móc treo Tính móc: Hình15: Móc ngắn b = 80 mm b1 = 22 mm h = 100 mm Hình 16: Tiết diện A –A thân móc Với số liệu cho Q = 125000 N, chế độ làm việc nhẹ, ta chọn móc tiêu chuẩn No17 theo ГOCT 6627-66 Móc chế tạo vật kiệu thép 20 có giới hạn mỏi N/mm2 giới hạn chảy σ σ-1 = 210 N/mm2, giới hạn bền σ b = 420 ch = 250 N/mm2 Tại tiết diện ngang A-A ứng suất lớn xuất phía Hình dạng kích thước tiết diện cho hình bên Diện tích tiết diện hình thang thân móc F= = = 5100 mm2 Vị trí trọng tâm tiết diện e1 = = = 40.52 mm e2 = h – e1 = 100 – 40.52 = 59.48 mm Bán kính cong thân móc r= + e1 = + 40.52 = 100.52 mm a- đường kính miệng móc Hệ số hình học tiết diện xác định theo công thức k = {[b1 + ]ln _ (b – b1 )} ( cth 2-4 [I]) => k = 0.08 ng suất điểm tiết diện A – A, công thức σ = (cth 2-1 [I] ) σ = = 206.9 N/mm2 Ứng suất cho phép theo công thức1-6 [I] bảng 2-1 [I] [σ]= = = 208 N/mm2 Tại tiết diện đứng B-Bxuất đồng thời ứng suất uốn ứng suất cắt ng suất uốn xác định theo công thức 2-6 [I] theo FOCT 6627-63 tiết diện B-B làm giống tiết diện A-A σ= = = 103 N/mm2 ng suất cắt xác định theo công thức 2-7 [I]  = = = 25.0 N/mm2 Ứng suất tổng: σ = (cth 2-5 [I] ) σ = = 111.4 N/mm2 < [σ] c Bộ phận tang Cặp đầu cáp tang Ta dùng kiểu cặp đầu cáp tang thông thường đầu cáp dùng cặp, tương ứng với đường kính dc = 18 mm, bước rãnh t = 20 mm, vít cấy M20 Lực tính toán cặp cáp So = = = 5435 N Trong đó: f = 0.14 – hệ số ma sát giũa mặc tang với cáp  =  - góc ôm vòng cáp dự trữ tang, tương ứng Z0 = Lực kéo vít cấy P= = = 19410 N Lực vít cấy P0 = P f = 19410 0.14 = 2717.4 N Öùng suất tổng xuất thân vít cấy   = + = 70.78 N/mm2 Trong d1 = 16.75 mm - đường kính vít cấy L0 = 26.5 mm – tay đòn đặc lực P0 ( l0  l + c ) Vậy vít làm thép C T3 có ứng suất cho phép [  ] = 75 ÷85 N/ mm2 Trục tang Bộ phân tang lắp trục ổ trình hình 17 Vì sử dụng palăng kép nên vị trí hợp lực căng dây tang không thay đổi nằm điểm tang Trị số hợp lực R = Smax = 31565 = 63130 N Sơ đồ tính trục tang cho hình18, tải trọng lên máy bên trái ( điểm D ) RD = 63130 = 31212 N Tải trọng lên máy bên phải ( điểm C ) RC = R – Rd = 63130 - 31212 = 31918 N Hình 17: Kết cấu phận tang Hình 18: Sơ đố tính toán trục tang Phản lực ổ A RA = = 29029 N Phản lực ổ B RB = R – RA =63130 - 29029 = 34101 N Mômen uốn D MD = 29029 119 = 3454451 Nmm Mômen uốn C Mc =34101 104 = 3456504 Nmm Trục tang không truyền mômen xoắn , chịu uốn đồng thời trục quay với tang làm việc , nên chiụ ứng suất uốn theo chu kỳ đối xứng Vật liệu trục tang – dùng thép 45 ng suất uốn cho phép với chu kỳ đối xứng phép tính sơ xác định theo công thức [ ]= = = 78 n/mm2 với hệ số [n] k’ lấy theo bảng – – [I] Tại điểm D trục phải có đường kính d= MD = 0.1[ ] 3454451 = 77 mm 0.1.78 Kết cấu trục cùnh kích thước cho hình 19 Trục cần kiểm tra tiết diện có khả có ứng suất tập trung lớn : tiết diện I –I, II –II, III –III, IV –IV Để làm ví dụ, ta kiểm tra tiết diện I – I, có đường kính d = 77 mm Hình 19: Kết cấu trục tang Ứng suất uốn lớn nhất: σu = = = 75.67 N/mm2 Số làm việc tổng cộng: T = 24 365 A kn k ng = 24 365 0.25 0.33 = 18067 h Trong A, kn, kng xem bảng 1-1 [I] Số chu kỳ làm việc tổng cộng: Zo = 60 T nt (CÑ) = 60 18067 14.23 0.15 = 1.033 106 Số chu kỳ làm việc tương ứng vơi tải trọng Q1 , Q2 , Q3 Z1 = 3/ Z0 = 3/ 1.033 106 = 6.198 105 Z2 = Z3 = 1/ Z0 = 1/ 1.033 106 = 2.066 105 Số chu kỳ làm việc tương đương: Ztđ = Z1 + Z2 + Z3 = 10.33 105 Hệ số chế độ làm việc: kc = = = 1.33 Giới hạn mỏi tính toán σ- = σ’- kc = 250 1.33 = 332.5 N/mm2 Hệ số chất lượng bề mặt  = 0.9 _ bề mặt gia công tinh Hệ số kích thước   = 0.7 Hệ số tập trung ứng suất kσ = (trục trơn) Hệ số an toàn nσ = σ- / (kσ σa/    + σ- σm / σb) = 332.5 / ( 53.7/ 0.7 0.9 + 332.5 0/ 610) = 3.90 Với cách tính tương tự, ta có hệ số an toàn tiết diện IV –IV : nσ = 1.99 Như hệ số an toàn nằm giới hạn cho phép Đối với tiết diện lại làm tương tư c Ổ trục Dựa vào tải trọng tónh vị trí A B theo sơ đồ tính toán trên, ta chọn ổ bi đở lòng cầu hai dãy Tai vị trí A ta chọn loại ổ 1313 , vị trí B ta chọn 1611 theo GHOST 5720 – 75 ( Baûng P2.9 [III] ] Tính toán cấu di chuyển xe lăn: Hình 20: Sơ đồ ấu di chuyền xe lăn Động Khớp nối Trục truyền Phanh Hộp giảm tốc Gối đở Trục truyền Khớp nối Bánh xe Số liệu ban đầu: Trọng tải Q = 125000 N Trọng lượng xe lăn kể phận mang G0 = 50000 N Vận tốc di chuyển xe vxe = 30 m/ph Chế độ làm việc sơ cấu CĐ% = 15% Tính chọn động điện Lực cản tónh chuyển động xe lăn gồm có lực cản ma sát lực cản đường ray Thành phần lực gió không có, cầu lăn làm việc nhà Lực cản ma sát: W1 = ( G0 + Q) {cth.3-40 [I]} Trong đó: µ, f hệ số ma sát lăn hệ số ma sát trượt, lấy theo bảng 3-7 3-8 [I] Dbx = 300 mm đường kính bánh xe d = 100 mm đường kính ngỗng trục bánh xe W1 = ( 50000 + 125000) = 1633 N Lực cản độ dốc đường ray W2 = α ( G0 + Q) (cth.3-41 [I] ) Trong α độ dốc dường ray lấy theo bảng 3-9 [I] W2 = 0.002 ( 50000 + 125000) = 350 N Tổng lực cản Wt = kt W1 + W2 + W3 9cth 3-39 [I] ) k = 2.05 hệ số tính đến ma sát thành bánh lấy theo bàng 3-6 [I] tương ứng với tỷ lệ giửa khoảng cách bánh khoảng cách trục baùnh xe ≈ 1.3 Wt = 2.05 1633 + 350 = 3698 N W3 lực cản gió W3 = N Công suất tỉnh yêu cầu động điện: Nt = (cth 3-60 [I] ) η đc = 0.85 hiệu suất di chuyển, lầy theo baûng 1-9 [I] Nt = = 2.1 Kw Vậy chọn động MT 012-6 với: Công suất danh nghóa N = 2.7 Kw Số vòng quay nđc = 895 v/ph Khối lượng m = 88 kg Tính toán cấu di chuyển cầu Động điện Khớp nối Hộp giảm tốc Phanh Khớp nối Trục truyền Bánh xe Gối đỡ Hình 21: Sơ đồ cấu di chuyển cầu (dẫn động riêng) Số liệu ban đầu: ta chọn bánh xe có Dbx = 750 mm, d = 100 mm Trọng tải Q = 125000 N Trọng lượng xe lăn kể phận mang G0 = 50000 N Trọng lượng cầu kể cấu di chuyển cầu Gc = 162500 N Vận tốc di chuyển cấu vc = 80 m/ph Tính chọn động điện Lực cản ma saùt: W1 = ( G0 + Q) {cth.3-40 [I]} Trong đó: µ, f hệ số ma sát lăn hệ số ma sát trượt, lấy theo bảng 3-7 3-8 [I] Dbx = 750 mm đường kính bánh xe d = 100 mm đường kính ngỗng trục bánh xe W1 = ( 162500 + 125000) =1380 N Lực cản độ dốc đường ray W2 = α ( G0 + Q) (cth.3-41 [I] ) Trong α độ dốc dường ray lấy theo baûng 3-9 [I] W2 = 0.001( 162500 + 125000) = 288 N Tổng lực cản Wt = kt W1 + W2 + W3 9cth 3-39 [I] ) k = 2.7 hệ số tính đến ma sát thành bánh lấy theo bàng 3-6 [I] tương ứng với tỷ lệ giửa khoảng cách bánh khoảng cách trục bánh xe ≈ 6.66 Wt = 2.7 138033 + 288 = 4014 N W3 lực cản gió W3 = N Công suất tỉnh yêu cầu động điện: Nt = (cth 3-60 [I] ) η ñc = 0.85 hiệu suất di chuyển, lấy theo bảng 1-9 [I] Nt = = 6.3 Kw => N`t = 0.6 * 6.3 = 3.78 Kw Vậy chọn động MT 111-6 với: Công suất danh nghóa N = 4.3 Kw Số vòng quay nđc = 870 v/ph Khối lượng m = 88 kg Tài liệu tham khảo [I] Huỳnh Văn Hoàng ,TÍNH TOÁN MÁY TRỤC,nhà xuất KHKT, 1997 [II] KỸ THUẬT NÂNG CHUYỂN, nhà xuất đại học quốc gia TP HỒ CHÍ MINH [III] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ,TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ,nhà xuất giáo dục, 2000 [IV] TrươngQuốc Thanh- Phạm Quang Dũng, MÁY VÀ THIẾT BỊ NÂNG, nhà suất khoa học kỹ thuật, 1999 [V] Trần Hữu Quế, VẼ KỸ THUẬT CƠ KHÍ, nhà xuất giáo dục, 1998 [VI] Atlat ... nhà xuất đại học quốc gia TP HỒ CHÍ MINH [III] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển ,TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ,nhà xuất giáo dục, 2000 [IV] TrươngQuốc Thanh- Phạm Quang Dũng, MÁY VÀ THIẾT