Thiết kế cơ cấu di chuyển cầu trục 25 tấn

LờI NóI ĐầU Trong quá trình CNH-HĐH đất nớc hiện nay, GTVT đóng một vai trò đặc biệt quan trọng nhằm tạo ra một cơ sở hạ tầng cần thiết cho sự phát triển mạnh mẽ của đất nớc. Để phát huy đợc sức mạnh to lớn đó, sẽ không thể thiếu một bộ phận hết sức quan trọng đó là một nền công nghiệp cơ khí có đủ sức trang bị những thiết bị hiện đại cho quá trình sản xuất và thi công. Điều đó có ý nghĩa quan trọng trong viêc nâng cao năng suất, chất lợng cho sản phẩm. Vì vậy việc tính toán, thiết kế máy và các bộ phận máy sẽ có ý nghĩa hết sức to lớn. Để đạt đợc kết quả học tập tốt mà xa hơn là công việc thực tế sau này, mỗi sinh viên sau khi đã nghiên cứu song phần lý thuyết của một môn học, việc cần thiết nhất là phải biết vận dụng nó vào thực tế. Môn học Máy Trục- Vận chuyển cũng không lằm ngoài quy luật đó. Để làm đợc điều này ngoài việc lắm vững kiến thức lý thuyết, sinh viên còn phải biết cách biến những ý tởng của mình thành thực tế thông qua các công cụ thiết kế đã có. Thiết kế máy là quá trình thiết kế ra những chi tiết và bộ phận máy có hình dạng và kích thớc cụ thể. Các chi tiết máy thiết kế ra phải làm việc đợc, đó là yêu cầu đầu tiên mà nhà thiết kế nào cũng phải làm đợc. Nhng chỉ có vậy thì cha đủ. Một chi tiết máy sản xuất ra còn phải đạt đợc yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế đó là giá thành hạ, phù hợp với điều kiện sản xuất của đơn vị mình. Đồng thời phải đạt đợc yêu cầu về tính kỹ thuật nh độ cứng, độ bền . Nhiệm vụ chính của môn học Máy trục- vận chuyển, trong đó phần chủ yếu là Máy trục, là nghiên cứu tìm hiểu các phơng tiện cơ giới hoá xếp dỡ, nâng chuyển vật nặng trong các lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, Quốc phòng- Cơ giới tất cả các quá trình sản xuất, kể cả xếp dỡ, nâng chuyển là một trong những điều kiện cơ bản để phát triển nền kinh tế quốc dân. Nhiệm vụ của bản thiết kế này là thiết kế bộ máy di chuyển của một cầu trục. Cầu trục là một loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đờng ray chuyên dùng, nên còn gọi là cầu lăn. Với những số liệu đã cho thì cầu trục cần thiết kế ở đây là loại cầu trục hai dầm. Do cha có kinh nghiệm thực tế nên khó tránh khỏi sự thiếu sót. Em rất mong nhận đợc sự góp ý của các thầy để rút kinh nghiệm cho những lần sau. Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo TS: Nguyễn Văn Vịnh và thầy giáo KS: Bùi Thanh Danh cùng toàn thể các thầy giáo trong bộ môn Máy Xây Dựng đã tận tình hớng dẫn em trong suốt quá trình tiến hành thiết kế. Ngày 01 tháng 04 năm 2005 Sinh viên: Trần Việt Phơng Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 2 Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng đề THIếT Kế MÔN HọC MáY NÂNG- VậN CHUYểN Đề tài 5: Thiết kế bộ máy di chuyển cầu trục. Với các số liệu sau: Tải trọng nâng Q (tấn) : 25 Trọng lợng xe con (tấn) : 3,0 Trong lợng cầu (tấn) : 18 Vận tốc di chuyển cầu trục(m/ph) : 15 Khẩu độ (m) : 15 Chế độ làm việc : Nhẹ I. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phạm vi sử dụng của cầu trục. 1. Cấu tạo. Cầu trục là loại máy trục có kết cấu thép dạng cầu,trên đó có lắp bộ máy di chuyển bằng bánh sắt lăn trên đờng ray chuyên dùng đặt tờng của nha xởng, nên còn gọi là cầu lăn. Theo dạng kết cấu thép của cầu trục chia cầu trục ra thành hai loại: Cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm.Với thông số đầu vào là: sức nâng tải Q= 25 tấn, khẩu độ l = 15m thì cầu trục cần thiết kế ở đây là cầu trục hai dầm có cấu tạo nh sau: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 5 11 12 Hình 1. Sơ đồ cấu tạo cầu trục hai dầm Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 3 Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng 1. Dầm chủ; 2. Xe con mang hàng; 3. Bánh xe; 4. Cột nhà xởng; 5. Đờng ray chuyên dùng; 6. Giảm chấn; 7. Dầm đầu; 8. Bộ máy di chuyển ; 9. Bộ máy di chuyển xe con; 10. Tang tời hàng; 11. Xe con mang hàng; 12. Ca bin. 2. Nguyên lý hoạt động. Động cơ điện (1) truyền chuyển động qua trục truyền động (2) và khớp nối (3) tới các hộp giảm tốc (4) ,rồi truyền chuyển động cho bánh xe di chuyển cầu trục(5) làm di chuyển toàn bộ dầm chính (6) gắn trên các dầm đầu (7) .Xe con(9) có chứa cơ cấu nâng đợc di chuyển trên ray gắn trên dầm chính (7) .Phanh (8) làm nhiệm vụ hãm khi cần thiết. Các động cơ điện đợc điều khiển nhờ hệ thống điều khiển đặt ở cabin (10).Nh vậy diện tích xếp dỡ của cầu trục điện là hình chữ nhật. 3. Phạm vi sử dụng. Cầu trục đợc sử dụng rất phổ biến trong hầu hết các nghành kinh tế và quốc phòng để nâng - chuyển vật nặng trong các phân xởng và nhà kho; cũng có thể dùng để xếp dỡ hàng. II. Tổng thể cụm di chuyển cầu trục. Bộ máy di chuyển cầu trục có nhiều phơng án kết cấu nhằm đảm bảo cho cầu trục di chuyển đều ở cả hai bên. Để hạn chế độ xiên lệch, kết cấu thép của cầu trục, giá cầu và khung xe con phải có độ cứng vững cao ở cả hai phơng, ph- ơng thẳng đứng và phơng ngang. Các số liệu ban đầu: Tải trọng Q : 25 t = 250000 N Trọng lợng xe con G xe con : 3,0 t = 30000 N Trọng lợng cầu G xe lớn : 18 t = 180000 N Vận tốc di chuyển cầu v dc: : 15 m/ph Chế độ làm việc của cơ cấu - Nhẹ; Với các số liệu đã cho thì loại cầu trục cần thiết kế ở đây là loại cầu trục hai dầm. Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 4 Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng Sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu trục 1. Bánh xe chủ động; 2. Hộp giảm tốc; 3. Khớp nối trục răng; 4. ổ đỡ; 5. Phanh; 6. Động cơ; 7. Bánh xe bị động; 8. Dầm chính (Chỉ thể hiện một dầm). Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 5 Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng Ta sử dụng sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu trục với trục truyền động dài ở cấp quay nhanh: Trục động cơ 1 nối trực tiếp với trục truyền động 2, qua hộp giảm tốc 3 ở hai bên và khớp nối trục 4 truyền chuyển động tới các bánh xe 5, phanh 6 là phanh hai guốc thờng đóng.Với sơ đồ này nói chung sẽ giảm đợc trọng lợng của cầu và cơ cấu. Nhng đòi hỏi độ chính xác lắp đặt các ổ trục đỡ cao và phải cân bằng động các tiết máy quay nhanh. Các bớc tính toán cơ cấu di chuyển cầu nh sau: 1. Tính chọn bánh xe và ray. Ta chọn loại bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thớc theo OCT 3569-60. Tra bảng 9-4 (Giáo trình Tính toán các cơ cấu máy trục), có: Đờng kính bánh xe : D bx = 800 mm Đờng kính ngõng trục lắp ổ : d = 130 mm Căn cứ kích thớc bánh xe tơng ứng với D bx = 800 mm, có chiều rộng vành bánh 160 mm, tải trọng cho phép trên bánh xe 65,5 tấn. Chọn ray cần trục KP120 để làm ray cho cầu lăn. 1.1. Tải trọng lên bánh xe. Bánh xe bố trí với khoảng cách bánh (Nhịp cầu): L = 15000 mm, khoảng cách trục B = 4400 mm. Tải trọng tác dụng lên các bánh xe gồm có: Trọng lợng bản thân cầu G c = 180000 N , trọng lợng bản thân xe con G x = 30000 N và tải trọng vật nâng Q = 250000 N Tải trọng tác dụng lớn nhất tại A (và D) khi xe con có vật nâng lớn nhất tại một đầu bên trái cầu (Hình 3). P max = P A = P D = ( ) C G L lL Q x G 4 1 2 1 + + P max = ( ) 180000. 4 1 15 4,115 .25000030000 2 1 + + = 171933 N. Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên bánh xe A (và D) khi xe lăn không có vật nâng tại đầu bên phải cầu. P min = P A = P D = C G L lL x G 4 1 2 1 , + P min = 180000. 4 1 15 55,115 .30000. 2 1 + = 58450 N. Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 6 Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng Tải trọng tơng đơng lên bánh xe P bx : P bx = .k bx .P max trong đó: k bx - Hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu; tra bảng 3.12 có k bx = 1,1 - Hệ số tính đến sự thay đổi của tải trọng. = + + 3 0 1 1 1 2 1 G Q 0 G Q = 18000030000 250000 + = 1,19; tra bảng 3.13 có = 0,80 P bx = .k bx .P max = 0,80. 1,1. 171933 = 151301 N. Bánh xe đợc chế tạo bằng thép đúc 55 II có độ cứng 350 ữ 450 HB, ứng suất dập cho phép khi tiếp xúc điểm [] d = 1700 N/mm 2 . 1.2. Kiểm tra sức bền dập của bánh xe. Bánh xe làm bằng thép và ứng với trờng hợp tiếp xúc điểm, để kiểm tra về ứng suất dập ta sử dụng công thức 2.69 d = 3600.m. 3 2 max bx P [] d trong đó: d - ứng suất dập, (N/mm 2 ). [] d - ứng suất dập cho phép, (N/mm 2 ). P bx - Tải trọng tơng đơng lên bánh xe, (N). m - Hệ số phụ thuộc tỷ số bán kính tơng đơng nhỏ trên bán kính tơng đ- ơng lớn. max - Bán kính tơng đơng lớn nhất, (mm). Tỷ số max min = 500 350 = 0,7, chọn m = 0,44 d = 3600.0,44. 3 2 500 151301 = 1340 N/mm 2 1700 N/mm 2 Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 7 Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng Vậy d [] d Bánh xe thoả mãn về điều kiện dập. 2. Chọn động cơ điện. Lực cản chuyển động do ma sát: W 1 = (G o + Q) bx D df 2 + à =2,3.(210000 + 250000) 800 130.02,02,1.2 + W 1 = 6083,5 N trong đó: W 1 - Lực cản di chuyển do ma sát, (N) - Hệ số kể đến ma sát mép gờ bánh xe với mép đờng ray, tuỳthuộc kiểu bánh xe, kiểu ổ trục, khoảng cách giữa hai bánh xe trên hai ray; ở đây bánh xe hình trụ và dùng ổ lăn nên = 2,3. G o - Trọng lợng cầu trục kể cả bộ phận mang, (N). Q - Tải trọng vật nâng, (N). D bx - Đờng kính bánh xe, (mm). d - Đờng kính ngõng trục lắp ổ của bánh xe, (mm). - Hệ số ma sát lăn, (mm), tra bảng 3.7 có = 1,2. f - Hệ số ma sát trong ổ trục, tra bảng 3.8 có f = 0,02 với ổ nón. Lực cản do độ dỗc của đờng ray trong giới hạn cho phép 1. W 2 = .(G o + Q) = 0,001.(210000 + 250000) = 460 (N). Tổng lực cản tĩnh của cầu lăn khi chuyển động W t = W 1 W 2 W 3 , (N). W 2 - Lực cản do độ dốc của đờng ray,(N) W 3 - Lực cản do gió, (N). ở đây W 3 = 0 Trong công thức trên, lấy dấu + khi độ dốc đờng ray và gió ngợc chiều chuyển động, lấy dấu khi độ dốc đờng ray và gió xuôi chiều chuyển động của cầu trục. ở đây lấy dấu + W t = 6083,5 + 460 = 6543,5 (N) Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ điện: Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 8 Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng N = .1000.60 . ct VW = 85,0.1000.60 15.6543,5 = 1,92 (KW). Tơng ứng với chế độ làm việc của cơ cấu là nhẹ với CĐ% = 15%, sơ bộ chọn động cơ điện MT-11-6 có các thông số sau: Công suất danh nghĩa N đc = 2,7 (KW) Số vòng quay danh nghĩa n đc = 885 (v/ph) Hệ số quá tải = M max /M dn = 1,8 Mô men vô lăng (G i .D i 2 ) rôto = 1,7 (Nm 2 ) Khối lợng m đc = 90 (kg) 3. Tỷ số truyền chung. Số vòng quay yêu cầu của bánh xe dẫn động cầu trục n bx = bx c D V . = 80,0. 15 = 5,97 (v/ph) Tỷ số truyền chung cần có đối với bộ truyền di chuyển cầu trục. i o = bx dc n n = 97,5 885 149 4. Kiểm tra động cơ điện theo mômen mở máy. Mô men mở máy động cơ điện cầu lăn. M m = M t + M đ + M đ , (Nm) trong đó: M t - Mô men cản tĩnh khắc phục sức cản cầu lăn; M t = 00 0 2 . i DW bx W 0 - Tổng lực cản tĩnh cầu lăn khi không mang tải; W 0 = QQQ QQW co ct ++ + )( 0 = 25000018000030000 )18000030000.( 6543,5 ++ + = 2987,25 (N) Q 0 = G xe con = 30000 (N) M t = 85,0.149.2 8,0. 2987,25 = 9,4 (Nm) Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 9 Thiết kế môn học máy nâng- vận chuyển Trờng Đại Học GTVT Bộ môn Máy Xây Dựng M đ = .375 .).( 2 0 2 0 m dcbxc ti nDQQ + t m - thời gian mở máy; t m = max .60 a V c V c - Vận tốc di chuyển cầu lăn, m/ph a max - Gia tỗc thời kì mở máy cầu lăn, m/s 2 ; a max = + + 0 minmin 0 2,1 . . W D dfPP QQ g bxc a max = + + 2987,25 800 130.02,0.58450 2,1 2,0.58450 . 18000030000 81,9 a max = 0,323 (m/s 2 ) t m = 323,0.60 15 = 0,77 (s) M đ = 85,0.77,0.149.375 885.8,0).18000030000( 2 2 + = 21,8 (Nm) M đ - Mô men cản động do khối lợng quán tính tham gia chuyển động quay gây ra và đợc hoán vị về trục động cơ, Nm M đ = ( ) m dcii t nDGC .375 . 1 2 C = 1,1 ữ 1,15, lấy C = 1,15 (G i .D i 2 ) 1 Mô men đà trên trục 1 (G i .D i 2 ) 1 = (G i .D i 2 ) r + (G i .D i 2 ) kn (G i .D i 2 ) 1 = 1,7 + 2,1 = 3,8 Nm 2 trong đó: (G i .D i 2 ) r Mômen đà do rôto động cơ; (G i .D i 2 ) kn Mômen đà do khớp nối động cơ; M đ = 77,0.375 885.8,3.15,1 = 13,4 (Nm). Trần Việt Phơng Lớp Máy Xây Dựng B-K42 10 . Xây Dựng đề THIếT Kế MÔN HọC MáY NÂNG- VậN CHUYểN Đề tài 5: Thiết kế bộ máy di chuyển cầu trục. Với các số liệu sau: Tải trọng nâng Q (tấn) : 25 Trọng lợng. động và phạm vi sử dụng của cầu trục. 1. Cấu tạo. Cầu trục là loại máy trục có kết cấu thép dạng cầu, trên đó có lắp bộ máy di chuyển bằng bánh sắt lăn trên