Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của cơ cấu nâng hoàn chỉnh đã trình bày trên hình 1… Thƣờng dùng hộp giảm tốc bánh răng hình trụ hoặc trục vít, đầu vào nối với trục động cơ điện bằng nối trục vòng đàn hồi hoặc nối trục răng, nửa khớp phía hộp giảm tốc thƣờng làm liền với bánh phanh (hình 1.72).
Cần chú ý rằng, theo quy định về an toàn không thể dùng truyền động trục vít tự hãm thay thế cho phanh, vì sau một thời gian làm việc bị mòn có khả năng sẽ mất tính chất tự hãm. Mặt khác dùng truyền động trục vít tự hãm không lợi vì hiệu suất của nó quá thấp (0,3 ÷ 0,5).
Hình 1.73: Khớp trục làm liền với bánh phanh a) Nối trục vòng đàn hồi
88
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1
Câu 1: Cho sơ đồ cơ cấu nâng sau (hình 1a, b, c,d): a. Giải thích các ký hiệu Q, S0, Mv, D0, Mp, R, P b. Hãy thiết lập công thức tính Q theo P và R.
Q Mv Mp R P D0 S0 a) Q Mv Mp R P D0 S0 i0 b) Q Mv Mp R P D0 S0 i0 c) Q Mv Mp R P D0 S0 i0 d) Hình 1
Câu 2: Cho sơ đồ cấu tạo phanh nhƣ hình 2. Hãy nêu nguyên lý hoạt động của phanh.
a) b)
89 Câu 3: Xét cơ cấu nâng vật Q (N) nhƣ
hình 3. Có hiệu suất ròng rọc ηr (các ròng rọc có hiệu suất nhƣ nhau), tang có đƣờng kính D0, hiệu suất ηt, tỷ số truyền trên trục I và II là i1 và i2, vận tốc nâng vật là vn (m/ph). Hãy:
a. Tính mô men trên các trục I, II, III trên tang khi nâng vật.
b. Tính vận tốc dây cuốn lên tang. c. Tính số vòng quay n của tang, trục I, II, III.
d. Tính công suất của động cơ.
Q
I II III
Hình 3
Câu 4: Cho sơ đồ nhƣ hình 4
a. Hãy phân biệt các loại ròng rọc và nêu tác dụng của các ròng rọc đó trong hệ thống. b. Xác định bội suất a
c. Tính lực căng lớn nhất của dây quấn vào tang khi hạ vật với tải trọng Q, biết hiệu suất của mỗi ròng rọc là ηr(cho các ròng rọc giống nhau).
d. Tính vận tốc nhả dây trên tang và số vòng quay của tang. Biết vận tốc hạ vật là vh (m/ph).
Q
Tang
90
CHƢƠNG 2: CÁC MÁY TRỤC THÔNG DỤNG 2.1. Thiết bị nâng đơn giản
2.1.1. Kích
Kích là một thiết bị nâng có hành trình ngắn. Khi làm việc đƣợc đặt dƣới tải và nâng tải bằng cách đẩy lên với hành trình tƣơng đối nhỏ. Kích đƣợc sử dụng để lắp ráp và sửa chữa. Do đặc điểm sự dụng đòi hỏi chúng phải gọn, trọng lƣợng nhỏ để dễ mang vác nên đại đa số đƣợc dẫn động bằng tay. Vật liệu chế tạo là gang hoặc kim loại nhẹ. Do cấu tạo đơn giản và đƣợc chế tạo hàng loạt nên giá thành thấp. Phổ biến nhất là kích thanh răng, kích vít và kích thủy lực.
a. Kích thanh răng
Kích thanh răng có cấu tạo đơn giản, hiệu suất tƣơng đối cao, đƣợc chế tạo với sức nâng từ 2 đến 25 tấn, chiều cao nâng 0,3 ÷ 0,7 m. Hình 2.1 mô tả cấu tạo của một kích thanh răng.
Hình 2.1: Kích thanh răng a) Cấu tạo chung; b) Tay quay an toàn
1- Vỏ kích; 2- thanh răng; 3- mũ kích; 4- bàn nâng phụ; 5 – tay quay; 6- bộ truyền bánh răng; 7 –trục dẫn; 8 –bánh răng; 9- bánh răng cóc;
10- cóc hãm; 11- đĩa chủ động
Theo quy định về an toàn, trên kích thanh răng phải sử dụng tay quay an toàn có phanh tự động với mặt ma sát tách rời. Muốn nâng vật , quay tay quay thuận chiều, đĩa 11 và bánh răng 8 ép chặt vào bánh cóc 9 tạo thành một khối. Nhờ ma sát mà mômen đƣợc truyền đến bánh răng dẫn, đẩy thanh răng lên. Vật đƣợc giữ ở độ cao mong muốn nhờ cóc hãm 10. Khi hạ vật, chỉ cần vặn ngƣợc tay quay. Loại này cho phép khống chế tốc độ hạ vật rất tốt. Ở nhiều kích thanh răng, ngƣời ta còn bố trí thêm bàn nâng phụ 4 dùng để nâng hàng dƣới thấp. Do lực tác dụng lệch tân nên sức nâng giảm xuống còn một nửa.
91
Ngoài loại kích thanh răng có cấu tạo trên, còn có loại thanh răng cố định, vỏ kích dịch chuyển lên xuống gọi là kích thanh răng tay đòn.
Để nâng tải có trọng lƣợng Q, trên trục tay quay cần có mômen có giá trị:
1 M = Q.r.
i.η Trong đó:
r- bán kính vòng chia bánh răng dẫn ăn khớp với thanh răng; i –tỷ số truyền các cặp truyền động bánh răng;
η –hiệu suất, η = 0,65 ÷ 0,67
b. Kích vít
Kích vít có chiều cao nâng thƣờng nhỏ hơn kích thanh răng với sức nâng đến 30 tấn và chiều cao nâng 0,2 ÷ 0,4 m. Kích vít làm việc theo nguyên tắc truyền động vít đai ốc.
Cấu tạo kích vít gồm đầu kích 3 (hình 2.2, a) đóng vai trò nhƣ một ổ chặn có thể quay tròn đƣợc. Trục ren vít 2 đƣợc truyền động nhờ cơ cấu bánh cóc hai chiều có bánh cóc kẹp chặt trên trục vít (hình 2.2, b). Khi tạo chuyển động cho tay đòn, trục vít sẽ quay và chuyển động tịnh tiến dọc thân kích. Ren thƣờng dùng cho vít là ren thang và lợi dụng tính tự hãm của ren để hãm giữ vật nâng với góc nâng ren 4o– 5o.
Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo kích vít
1- thân kích; 2- trục ren vít; 3- đầu kích; 4- bánh cóc; 5- chốt; 6- tay đòn; 7- cơ cấu cóc hai chiều; 8- đai ốc; 9- cá hãm; 10- lò xo
Hình 2.3 mô tả cấu tạo của một loại kích vít khác. Trục ren vít cùng chân tựa 1 đƣợc đặt cố định. Bộ truyền bánh vít trục vít 2 có khả năng tự hãm. Bánh vít đƣợc liên
92
kết với vỏ kích 3 thông qua ổ chặn 5 và đóng vai trò nhƣ một đai ốc ăn khớp ren với trục vít 1. Khi quay tayquay gắn trên trục vít, bánh vít vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến. Vỏ 3 trƣợt dọc theo thân trục vít, nâng mũ kích 4 lên.
Hình 2.3. Cấu tạo kích vít có trục vít đặt cố định
1- trục vít và chân tựa; 2- bộ truyền bánh vít trục vít; 3- vỏ kích; 4- mũ kích; 5- ổ chặn
Lực trên tay đòn P ở loại kích mô tả trên hình 2.2, a
1 1 Q D d P = tg λ ± ρ + f r 2 2 trong đó: D- đƣờng kính trung bình trục ren vít; d1 –đƣờng kính trung bình mặt tựa mũ kích; λ- góc nâng ren (4o– 5o); f1- hệ số ma sát tại mặt tựa mũ kích; dấu “+” khi nâng hàng;
dấu “-” khi hạ hàng.
Công suất yêu cầu khi sử dụng động cơ dẫn động: 3 r o Q. N = , kW 60.10 .η .η v trong đó: v- tốc độ nâng, m/ph;
93 Q- trọng lƣợng vật nâng, N;
ηr- hiệu suất truyền động ren vít, ηr = 0,25 ÷ 0,4; ηo- hiệu suất truyền động của hệ thống.
c. Kích thủy lực
Kích thủy lực có chuyển động êm nhƣ kích vít nhƣng có hiệu suất cao hơn và đƣợc chế tạo với sức nâng lớn hơn, có thể đạt đến 750 tấn, chiều cao nâng từ 0,15 đến 0,7m.
Nguyên tắc làm việc của kích là áp lực dầu từ bơm đƣợc truyền đến xylanh công tác để nâng vật. Cấu tạo kích gồm hai bộ phận chính: bơm và pittông – xy lanh công tác. Vật đƣợc nâng lên khi chất lỏng vào xylanh của kích và đƣợc hạ xuống nhờ chất lỏng đi qua van xả. Điều chính tốc độ dòng chảy cũng tức là điều chỉnh tốc độ hạ vật bằng van xả. Chất lỏng trong kích là dầu khoáng hoặc nƣớc pha glyxêrin có tỷ lệ 2:1. Đẩy chất lỏng vào kích bằng bơm tay hoặc bơm có động cơ dẫn động. Bơm gắn trực tiếp với kích hoặc nối vào kích qua hệ ống dẫn. Một bơm có thể dẫn động cho một kích hoặc nhiều kích.
Hình 2.4 giới thiệu sơ đồ kích thủy lực liền với bơm, dẫn động tay. Chuyển động lắc của tay bơm cùng trục cam 8 tạo nên chuyển động tịnh tiến của pittông bơm 6 trong xylanh 7. Dầu từ bình chứa sẽ qua van một chiều 3 vào xylanh bơm sau đó đƣợc đẩy qua van áp lực 9 vào xylanh công tác và đẩy pittông 1 lên. Vật nâng đƣợc nâng lên một cách gián đoạn theo nhịp điệu lặc của tay đòn bơm. Khi hạ vật, mở van 4, dƣới tác dụng của trọng lƣợng vật nâng, đầu kích sẽ đƣợc hạ xuống. Chất lỏng trở về bình chứa qua van 4.
Từ điều kiện cân bằng áp lực p tại hai xylanh khi nâng vật nặng có trọng lƣợng Q:
Q P
p = = F f Ta có lực trên tay bơm P:
o 2 H A f r 1 d r 1 P = Q. . . Q . . F l η d l η trong đó :
f và F- diện tích tiết diện ngang của các pittông; dH, dA- đƣờng kính tƣơng ứng. Tốc độ nâng của kích : 2 H A d .S.n.γ, cm/s d 60 v trong đó :
94 S- hành trình của pit tông bơm, cm; n- tốc độ làm việc của tay bơm, lần/ph; γ- hệ số tổn thất, γ = 0,9 ÷ 0,95.
Hình 2.4: Kích thủy lực
a) Kết cấu bơm thủy lực; b) Sơ đồ nguyên lý
1- pit tông; 2- xylanh công tác có phớt dầu bằng da; 3- van hút; 4- van xả; 5- cam; 6- pit tông; 7- xylanh bơm; 8- trục cam và tay bơm; 9- van áp lực
Dễ thấy lực trên tay bơm phụ thuộc vào tỷ số H A d . d Vì dễ đạt đƣợc tỷ số H A d
d nhỏ nên có thể tạo đƣợc kích thƣớc thủy lực có sức nâng lớn mà kích thƣớc và trọng lƣợng không lớn. Trong thực tế thƣờng dụng kích có sức nâng 100 ÷ 200 tấn, chiều cao nâng 0,15 ÷ 0,2 m. Khối lƣợng bản thân từ 180 đến 330 kg.
2.1.2. Tời
Tời làm một thiết bị dùng để nâng vật lên cao hoặc kéo tải dịch chuyển trong mặt phẳng ngang hay nghiêng. Tời có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp với các cơ cấu khác nhau nhƣ cần trục, máy đào,…
Cấu tạo chung của tời gồm có: tang cuốn cáp với một hoặc nhiều lớp cáp, hệ thống truyền lực, bộ phận dẫn động và bộ phận phanh hãm… Tời có nhiều loại khác nhau, theo nguồn dẫn động có thề phân thành: tời tay và tời máy; theo số tang cuốn cáp có tời một tang và tời nhiều tang. Theo công dụng có tời nâng, tời kéo, tời cho cơ cấu quay.
95
a. Tời tay
Tời tay để nâng các vật nhẹ hoặc kéo xe có tải trọng nhỏ. Khi làm việc tời đƣợc kẹp chặt trên nền hoặc gắn trên tƣờng. Việc kẹp chặt phải đảm bảo chắc chắn, chịu đƣợc hai lần lực kéo danh nghĩa.
Hình 2.5: Tời gắn tường
1- vỏ hàn; 2- trục vít và tay quay; 3- bánh vít gắn với tang
Tời gắn trên tƣờng (hình 2.5) không sử dụng phanh mà lợi dụng khả năng tự hãm của bộ truyền bánh vít –trục vít.
Tời có khung bệ gắn trên nền mô tả trên hình 2.6 có hai tốc độ. Trên trục tay quay an toàn 2 gắn bánh răng dẫn 3 có chiều rộng đủ lớn để đảm bảo ăn khớp với bánh răng trƣợt 13 khi bánh răng này đến vị trí giới hạn trên trục 9. Hai bánh răng gắn trên tang có đƣờng kính khác nhau. Bánh có đƣờng kính lớn luôn ăn khớp với bánh răng 10 lắp trên trục 9. Để có tốc độ nhanh, trƣợt bánh răng 13 sang trái ăn khớp với bánh răng có đƣờng kính nhỏ 15, lúc này bánh 13 đóng vai trò là một bánh trung gian cho 3 và 15 (tỷ số truyền i = 15
3
Z Z ).
Khi tang treo tải, muốn chuyển sang tốc độ chậm, đóng phanh đĩa 11 bằng cách quay tay quay 12 để giữ vật nhờ phanh đĩa 11, sau đó trƣợt 13 sang phải khớp với bánh răng 10 bằng khớp vấu. Tỷ số truyền của hệ thống lúc này là i = 13 16
3 10
Z Z . Z Z .
Khi bánh răng 13 trƣợt ở vị trí trung gian, tang sẽ không có liên kết cứng với tay quay an toàn, do vậy việc bố trí phanh 11 là cần thiết. Tay quay an toàn đƣợc sử dụng nhằm mục đích loại bỏ khả năng quay tự do của tay quay do trọng lƣợng vậy nâng gây ra khi hạ vật. Nó sử dụng nguyên lý làm việc của phanh tự động với mặt ma sát tách rời.
96
Hình 2.6: Tời khung bệ gắn trên nền
1- các tấm thép thành bên; 2- trục dẫn có lắp tay quay an toàn; 3- bánh răng dẫn; 4- ống ren; 5- đai ốc; 6- đĩa ma sát; 7- bánh cóc; 8- cóc hãm; 9- trục trung gian; 10- bánh răng trung gian; 11- phanh đĩa; 12- tay quay; 13- bánh răng trượt; 14- tang
cuốn cáp; 15- bánh răng có đường kính nhỏ; 16- bánh răng có đường kính lớn.
b. Tời máy
Tời máy đƣợc dẫn động bằng động cơ, thƣờng là động cơ điện. Tời đƣợc gắn trên khung bệ để dễ dàng vận chuyển, cũng nhƣ định vị chống lực kéo ngang hoặc nghiêng. Tời máy hay đƣợc phối hợp với tổ hợp ròng rọc (palăng cáp) để kéo hoặc nâng những vật rất nặng. Lƣợng cáp chứa trên tời rất lớn, có thể đến 200 – 400 m. Có nhiều loại tời khác nhau nhƣ: tời một tang quay hai chiều, tời nhiều tốc độ, tời ma sát. Khi nguồn động lực là động cơ đốt trong thƣờng dùng sơ đồ tời nhiều tang dẫn động chung.
Trên hình 2.7 trình bày một kiểu tời một tang quay hai chiều dẫn động điện. Tời này đƣợc dùng nhiều trong xây dựng và ở các bãi lắp ráp. Động cơ điện đƣợc nối với hộp giảm tốc đồng thời là bánh phanh. Điện trở 8 dùng để khởi động cho động cơ dây cuốn 7 với ba đến bốn nấc điện trở chuyển đổi nhờ hộp điều khiển cần gạt 4.
Điều kiện lắp ráp các kết cấu xây dựng, các thiết bị nặng đòi hỏi tời phải có nhiều tốc độ. Các tốc độ cao dùng để nâng tải và hạ móc không tải. Các tốc độ thấp dùng để đặt và điều chỉnh tải vào vị trí lắp rắp.
Khác với tời điện đảo chiều, tời ma sát có liên hệ ma sát giữa tang và động cơ qua nối trục ma sát (ly hợp). Ở tời ma sát, động cơ luôn quay một chiều theo chiều nâng, khi hạ vật ly hợp đƣợc mở và vật rơi tự do. Tốc độ hạ vật đƣợc khống chế bằng phanh đai. Nguyên lý này có thể sử dụng một động cơ dẫn động cho nhiều tang, mỗi tang sẽ có một ly hợp và một phanh riêng (hình 2.8).
97
Hình 2.7: Tời điện đảo chiều có lực kéo 5000 daN a) Kết cấu tời; b) Sơ đồ truyền động
1- bệ máy; 2- tang cuốn cáp; 3- hộp giảm tốc; 4- tay gạt điều khiển;
5- phanh hai má điện thủy lực; 6- khớp nối đàn hổi; 7- động cơ dây cuốn; 8- hộp trở.
Hình 2.8: Tời ma sát nhiều tang dẫn động chung
1- động cơ; 2- bộ truyền đai; 3- ly hợp ma sát; 4- tang cuốn cáp; 5, 6- phanh; 7, 8- ly hợp của tang quay hai chiều; 9- tang quay hai chiều
So sánh hai loại tời trên, ta thấy tời điện đảo chiều làm việc có độ tin cậy cao, điều khiển đơn giản do vậy đƣợc sử dụng rộng rãi. Tời ma sát một chiều có ƣu điểm
98
khởi động êm, có thể sử dụng động cơ đốt trong để dẫn động nhiều tang. Tuy nhiên làm việc không chắc chắn, khó khống chế tốc độ hạ vật và khó thực hiện việc điều khiển tự động nên ít đƣợc dùng, hiện chỉ thấy ở một số cần trục tự hành và một số cơ cấu khác chuyên dùng.
Khi cần phải kéo hàng, kéo toa xe, … với lƣợng cáp khá lớn ngƣời ta dùng tời