LUẬN VĂN THIẾT KẾ CẦU TRỤC 10 TẤN ĐH Bách Khoa Đà Nẵng

PHẦN I  Giới thiệu chung về máy nâng chuyển

 Giới thiệu về máy nâng chuyển. 

      Máy nâng chuyển là thiết bị dùng để thay đổi vị trí của đồi tượngnhờ thiết bị mang vật trực tiêp như móc treo, hoặc thiết bị gian tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng tải,…

     Như vậy máy nâng chuyển đóng vai trò rất quan trọng  trong quá trình sản xuất: giảm nhẹ sức lao động cho công nhân và nâng cao năng suất lao động

     1.Phân loại máy nâng chuyển:

     1.1. Căn cứ vào chuyển động chính: Chia làm hai loại

     -Máy nâng

     -Máy vận chuyển liên tục

     1.2. Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc:

     -Cầu trục

     -Cổng trục

     -Cần trục tháp

     -Cần trục quay di động(cần trục ô tô, bánh lốp, bánh xích)

     -Cần trục cột buồm và cần trục cột quay

     -Cần trục chân đế và cần trục nối

     -Cần trục cáp

     2. Điều kiện an toàn của máy trục:

          Trong thực tế tần suất xảy ra tay nạn trong sử dụng máy nâng là lớn hơn rất nhiều so với các loại máy khác .Do vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy nâng là vấn đề quan trọng được đặt lên hàng đầu.

          Với cầu trục lăn do có nhiều bộ phận máy lắp với nhau và được đặt trên cao do vậy cần phải thường xuyên kiểm tra để kịp thời phát hiện những hư hỏng như lỏng các mối ghép ,rạn nứt tại các mối hàn do thời gian sử dụng lâu …..

          Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe ,trục quay phải có vỏ bọc an toàn nhằm ngăn những mảnh vỡ văng ra nếu có sự cố khi chi tiết máy hoạt động

          Toàn bộ hệ thống điện trong máy phải được nối đất

          Với các động cơ đều có phanh hãm tuy nhiên phải kiểm tra phanh thường xuyên không để xảy ra hiện tượng kẹt phanh gây nguy hiểm khi sử dụng .

          Tất cả những người điều khiển máy làm việc hay phục vụ máy trong phạm vi làm việc của máy đều phải học tập các quy định về an toàn lao động có làm bài kiểm tra và phải đạt kết quả .

          Trong khi máy làm việc công nhân không được đứng trên vật nâng hoặc bộ phận mang để di chuyển cùng với vật cùng  như không được dùng dưới vật nâng đang di chuyển .

          Đối với máy không không hoạt động thường xuyên (nhiều ngày không sử dụng )khi đưa vào sử dụng phải kiểm tra toàn bộ kết cấu máy .Để kiểm tra tiến hành thử máy với hai bước là thử tĩnh và thử động .

          Bước thữ tĩnh :treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,25 lần trọng lượng nâng danh nghĩa của cầu trục thiết kế và để trong thời gian từ 10 đến 20 phút .

          Theo dõi biến dạng của toàn bộ các cơ cấu máy .Nếu không có sự cố gì xảy ra thì tiếp tục tiến hành thử động .

          Bước thử động :Treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,1 trọng lượng nâng danh nghĩa sau đó tiến hành mở máy nâng, di chuyển, hạ vật ,mở máy đột ngột , phanh đột ngột .Nếu không có sự cố xảy ra thì đưa máy vào hoạt động .

          Trong công tác an toàn sử dụng cầu trục người quản lý có thể cho lắp thêm các thiết bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nhân khi làm việc .

          Một số thiết bị an toàn có thể sử dụng đó là : Sử dụng các công tắc đặt trên những vị trí cuối hành trình của xe lăn hay cơ cấu di chuyển cổng trục .Các công tắc này được nối với các thiết bị đèn hoặc âm thanh báo hiệu nhằm báo cho người sử dụng biết để dừng máy .Đồng thời củng có thể nối trực tiếp với hệ thống điều khiển để tự động ngắt thiết bị khi có sự cố xảy ra .

          Như vậy để hạn chế tối đa tai nạn xảy ra đòi hỏi người công nhân sử dụng máy phải có ý thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên.

     II. GIỚI THIỆU VỀ CƠ CẦU TRỤC:

     1.Phân loại cầu trục:

     a.Theo công dụng:

          -Cầu trục có công dụng dùng chung

          -Cầu trục chuyên dụng

     b.Theo kết cấu dầm cầu:

          -cầu trục một dầm

          -Cầu trục hai dầm

     c.Theo cách tựa của dầm:

          -Cầu trục tựa

          -Cầu trục treo

     d.Theo cách bố trí cơ cấu cơ cấu di chuyển cầu trục:

          -Cầu trục dẫn động chung

          -Cầu trục dẫn động riêng

     2.Tải trọng:

     2.1. Tải trọng nâng dang nghĩa Q,N.

          -Là trọng lượng lớn nhất mà máy có thể nâng được.

              Q = Q_m +Q_h

         Qm :Trọng lượng thiết bị mang

          Qh:trọng lượng danh nghĩa của vật nâng ma máy có thể nâng được

     2.2. Tải trọng do trọng lượng bản thân.

          -Trong khi tính toán, thiết kế máy mới thường bỏ qua trọng lượng các chi tiết (trừ một số chi tiết có trọng lượng lớn)

     2.3. Tải trọng của gió.

          -Đối với máy làm việc trong nhà thì áp lực gió không đáng kể có thể bỏ qua

     2.4.Tải trọng phát sinh khi vận chuyển.

          -Bao gồm các tải trọng do trọng lượng bản thân và các tải trọng động phát sinh khi vận chuyển:

          +Tải trọng theo phương đứng khi vận chuyển trên ray lấy bằng 60% ÷ 80% tải trọng do trọng lượng bản thân

          +Tải trọng động theo phương ngang lấy bằng 80% ÷  90% tải trọng do trọng lượng của bản thân.

     2.5. Tải trọng khi dựng lắp.

          -Khi này tải trọng do trọng lượng bản thân lấy tăng 15%  ÷ 20%. Và phải kể đến tải trọng gió cũng như các lực phát sinh trong quá trình lắp.

     2.6. Tải trọng động :

          -Để khảo sát động lực học máy cần xây dựng mô hình bài toán về động lực học của máy. Các cơ cấu máy nên tìm cách qui về sơ đồ đơn giản nhất .

     3. Đặc điểm tính toán của cầu trục:

     3.1. Trình tự tính toán của cầu trục.

          -Xác định các thông số cơ bản.

          -Xác định các các kích thước hình học của các bộ phận trên cầu trục và tải trọng tính toán

          -Xác dịnh các vị trí tính toán

          Thiết kế các cơ cấu: cơ cấu nâng thiết bị mang, cơ cấu di chuyển xe,…

          -Thiết kế, tính toán kết cấu thép

          -Thiết kế các hệ thống  điều khiển

          -Thiết kế thiết bị an toàn

3.2. Xác định khoảng cách giữa các bánh xe di chuyển cầu trục trên dầm cuối.

          - Khi bị xô lệch thì bị sinh ra lực cản phụ W nên sinh ra môn men xô lệch          

                     M =   mô men này sinh ra phản lực N giữa thành bánh xe và cạnh ray :        N = =

Để đảm bảo cho bánh xe vẫn quay thì:

           f

       f : hệ số giữa thành bánh xe và cạnh ray

         f =   ÷

                               Hình 1:sơ đồ lực tác dụng giữa bánh xe và ray

3.3. Đặc điểm tính toán của dầm chính cầu trục

     -Độvõng lớn nhất của dưới tác dụng của trọng lượng xe và tải trọng danh nghĩa, cùng thiết bị mang vật đặt ở giữa dầm không được vượt quá :

     +  với cầu trục dẫn động bằng tay

     +  với cầu trục một dầm dẫn động bằng máy

     +   với cầu trục hai dầm dẫn động bằng máy

-       Đối với có dầm hộp phải kiểm tra thời gian dao đọng tắt dần ủa kết cấu thép

3.4. Tính trục truyền của cơ cấu di chuyển.

     -Tính trục phải thực hiện đầy đủ các phép tính trụcthông thường tính sơ bộ, tính độ bền mỏi, có thể kiểm tra độ cứng xoắn và dao động Cơ

                    Chương I: PHÂNTÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

1. Lựa chọn kết cấu dầm

     a.Phương án 1: Hai dầm kết cấu dạng hộp

     -Trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn di chuyển

-Kết cấu dầm dạng hộp nên việc tính toán đơn giản,thời gian chế tạo và lăp ghép nhanh,việc bảo dưỡng cũng đơn giản. Do đó giá thành giảm

     b.Phương án 2 :Kết cấu hai dầm kiểu giàn

     -Dầm là một khung giàn gồm các thanh liên kết với nhau bằng hàn và bắt bulung

     Với kết cấu kiểu này thì khối lượng dầm nhỏ, nhưnng phức tạp, khó chế tạo vì nhiều chi tiết , quá trình chế tạo và lắp ráp mất thời gian , việc kiểm tra bảo dưỡng khó khăn .Do đó giá thành chế tạo cầu trục cao

     c.Phưong án 3: Kết cấu loại một dầm

     -Kết cấu dầm có dạng chữ I

            -Dạng kết cấu này đơn giản , dễ tính toán, chế tạo, lắp ghép đơn giản, bảo dưõng kiểm tra dễ dàng, nhưng chịu tải ít. Phù hợp với những cầu trục có tải trọng nhỏ dưới 5 tấn và khẩu đọ nhỏ

     Kết luận :Từ yêu cầu về số liệu ban đầu về cầu trục , như vậy ta chọn kết cấu dầm dạng: hai dầm dạng hộp, thì đủ khả năng chịu tải và kết cấu đơn giản

2. Chọn phương án truyền động  cơ cấu nâng

a.Phưong án 1:         

1. Động cơ điện .
2. Khớp nối.
3. Khớp nối và phanh.
4. Hộp giảm tốc

   -Với kết cấu này động cơ truyền động đến hộp giảm tốc qua khớp nối trục ra của hộp giảm tốc không trùng với trục tang, mà truyền qua bộ truyền bánh răng. Kết cấu này thích hợp khi dùng palăng đơn. Kết cấu này phức tạp nhiều chi tiết, tốn nhiều ổ, còn có bộ truyền ngoài không an toàn

b. Phương án 2:

1. Động cơ điện
2. Khớp nối kết hợp phanh
3. Hộp giảm tốc
4. Tang

           -Với phương án này kết cấu nhỏ gọn .Trục tang và hộp giảm tốc là một nên khó chế tạo, lắp rắp và bảo dưỡng lục phân bố trên tang không ổn định làm ảnh hưởng đến hộp giảm tốc

c.Phương án 3:

1. Động cơ điện
2. Khớp nối kết hợp với phanh
3. Hộp giảm tốc
4. Tang
5. Khớp nối

       Trường hợp này giống phương án 2 nhưng có thêm khớp nối, nên cố thể khắc phục được một số nhược điểm của phương án trên như: Dễ chế tạo, lắp ghép, bảo dưỡng

       Kết luận: với các ưu điểm trên nên ta chọn phương án 3 là phù hợp

   3.Phương án truyền động và di chuyển xe lăn:

   a.Phương án 1:

                                            1. Động cơ điện.

                                            2. Phanh kết hợp với nối trục

                                            3. Hộp giảm tốc

                                            4. Nối trục

                                            5. Bánh xe

    -Phương án nhỏ gọn gồm một hộp giảm tốc, một động cơ, bốn khớp nối. Truyền động đơn giản, chiếm ít trên xe lăn thuận tiện cho việc bố trí trên các xe lăn

   b.Phương án 2:

                                        1. Động cơ điện

                                        2. Phanh kết hợp với nối trục

                                        3. Hộp giảm tốc

                                        4. Khớp nối

                                        5. Bánh xe

   - Phương án này kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, truyền động chắc chắn có sự đồng bộ giữa hai bánh xe cao, nhưng khoảng cách giữa hai bánh xe bị hạn chế

   c. Phương án 3:

                                              1. Động cơ điện

                                            2. Phanh kết hợp với nối trục

                                            3. Hộp giảm tốc

                                            4. Khớp nối

                                            5. Bánh xe                              

-Phương án này dẫn động cho hai động cơ riêng biệt, phương án này tốn nhiều động cơ, phanh ,việc giả quyết đồng vận tốc giữa hai bánh xe khó khăn

   Kết luận: như phân tích trên ta chọn phương án 1, do nhỏ gọn dễ chế tạo, ít tốn kém, chiến ít không gian

4- Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu:

   a. Phương án 1:

                                            1. Động cơ điện

                                            2. Khớp nối kết hợp với phanh

                                            3. Hộp giảm tốc

                                            4. Khớp nối

                                            5. Bánh xe                                 

-Phương án này dùng hai hộp giảm tốc, và nhiều khớp nối, nhưng hộp giảm tốc ở gần bánh xe nên quá trình truyền mômen từ động cơ đến hộp giảm tốc nhỏ nên có thể giảm đường kính trục

   b. Phương án 2: dùng hai động cơ

                                                 1. Động cơ điện

                                                 2. Phanh kết hợp với khớp nối

                                                 3. Hộp giảm tốc

                                                 4. Khớp nối

                                                 5. Bánh xe

-Phương án này phải dùng nhiều động cơ và hộp giảm tốc, khó giải quyết vấn đề đồng vận tốc ở hai bánh xe, chỉ phù hợp với những cầu trục tải trọng lớn.

   c. Phương án 3: dùng một động cơ một hộp giảm tốc

                                       1. Động cơ điện

                                       2. Phanh kết hợp với nối trục

                                       3. Hộp giảm tốc

                                       4. Nối trục

                                       5. Bánh xe

-Phương án này dùng hộp giảm tốc gần với động cơ nên khoảng cách từ hộp giảm tốc đến bánh xe lớn nên phải dùng trục lớn

 Kết luận: Như đã phân tích trên thì ta chọn phương án một phù hợp với các số liệu theo yêu cầu  

PHẦN 2

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

 2.1.  Phân tích chung :

 2.1.1.yêu cầu khi tính toán và thiết kế cơ cấu nâng:

Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng. Ngoại lực là trọng lưc và lực quán tính tác dụng lên vật nâng.có hai loại cơ cấu nâng :cơ cấu nâng dẫn động bằng tay, và cơ cấu nâng dẫn động bằng điện. Do cơ cấu dẫn động bằng tay không phù hợp yêu cầu thiết kế nên ở đây không đi vào phân tích.

Còn cơ cấu nâng dẫn động bằng điện, do tính chất quan trọng và yêu cầu cao nên cơ cấu phải đảm độ an toàn, độ tin cậy,độ ổn định cao khi làm việc. Do đó,cơ cấu nâng phải được chế tạo nghiêm chỉnh với chất lượng tốt của tất cả các khâu, khác với cơ cấu bằng tay, ở đây dùng tang kép quấn một lớp cáp, có cắt rãnh đảm bảo độ bền lâu cho cáp.Bộ truyền phải được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín, ngâm dầu, bôi trơn tốt, các ổ trục thường dùng ổ lăn.Thiết bị phanh hãm thường dùng là phanh má thường đóng.

 2.1.2. cơ cấu nâng :       Các số liệu ban đầu:

 -trọng tải :                                    Q = 10T = 100000N

 -Trọng lượng bộ phận mang:        Q_m = 2100N

chế độ làm việc của các cơ cấu là chế độ trung bình.

 2.1.3 Sơ đồ động học cơ cấu nâng:

1.Động cơ điện

2. Khớp nối kết hợp với phanh

3. Hộp giảm tốc

4. Tang

5. Khớp nối

Dùng sơ đồ này với kiểu nối tang của trục ra hộp giảm tốc bằng nối trục, ta sẻ được kích thước chiều dài nhỏ gọn, đồng thời đảm bảo việc chế tạo từng cụm riêng, tháo lắp dễ dàng.

2.2. Tính toán cơ cấu nâng:

    2.2.1. Chọn loại dây cáp:

Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dây cho cơ cấu là loại dây có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay.

Ta không chọn dây xích vì xích nặng  hơn khoảng 10 lần so với cáp, xích có thể đứt đột ngột do chất lượng mối hàn kém (nếu là xích hàn).

Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛK -P theo ГOCT 2588-55 có tiếp xúc đường giữa với các sợi thép các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi. Vật liệu chế tạo là các sợi thép có dưới hạn bền 1200÷2100(N/mm²). chọn cáp LK-O- 6x19+7x7 (theo trang  II)  

Loại cáp này LK, với 6 dánh, mỗi dánh 19 sợi có lớp sợ thép ngoài cùng như nhau, lỏi thép của dánh được bện từ 7 dánh, mỗi dánh 7 sợi thép   

 Với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1600÷1800N/mm²,

 2.2.2.  palăng giảm lực:

Để giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tải trọng lớn ta dùng một palăng.  

Trên cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang. Do cầu lăn thực hiện việc nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy trên tang. tương ứng với trọng tải cầu lăn theo Bảng 2-6[I] chọn bội suất palăng  a=2. Palăng gồm hai ròng rọc di động và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân bằng

     Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật.

                     bảng 2. 19[I].

    Trong đó:Q₀ = Q+Q_m = 100000+2100 = 102100(N).

               λ = 0,98:hiệu suất một ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên ổ lăn.

bôi trơn tốt bằng mỡ.  Bảng 2-5(I)

                a = 2    :  bội suất của palăng

                m = 2   :  số nhánh cáp cuốn lên tang.

                t = 0   : vì số dây cáp trực tiếp cuốn lên tang không qua ròng rọc chuyển hướng.       

            vậy :

Hiệu suất của palăng  xác định theo công thức 2-21[I].

           Trong đó :  S_o =

 2.2.3 Tính kích thước dây cáp :

Kích  thước dây cáp được chọn dựa vào công thức 2-10 –[I].

                 S_d  ≥ S_max.n

           S_đ : Lực kéo đứt dây theo bảng tiêu chuẩn ,N

          S_max : Lực căng lớn nhất trong dây , N

           n = 5,5 :Hệ số an toàn bền của cáp Bảng 2-2-[I]

          S_đ = 25800.5,5 = 142000 (N)

xuất phát từ điều kiên theo công thức (2-10) với loại dây đã chọn  trên, với dưới hạn bền của sợi σ_b = 1600 N/mm².chọn đường kính dây cáp d_c = 16,5 mm có lực kéo đứt là  S_đ = 141500 (phụ lục 12 của TCVN 4244-86)

         Vậy dây cáp được chọn đạt yêu cầu.

 2.2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc

        a) Đường kính tang :

Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc phải thích hợp với cáp để tránh cáp bị uốn nhiều gây ra mỏi và đảm bảo độ bên lâu cho cáp.  

Đường kính nhỏ nhất cho phép của tang được xác định theo công thức 2-12[I].  

                         D_t  ≥  d_c.(e-1).

                         e = 25 hệ số đường kính tang, theo Bảng 2. 4-[I].

                        D_t  ≥  16,5.(25-1) = 396(mm).

          Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau : D_t = D_r = 400(mm)

Ròng rọc cân bằng không phải là rọc làm việc nên có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20%, so ròng rọc làm việc.

             D_c = 0,8. D_r = 0,8.400 = 320(mm).

b)    chiều dài tang :

Chiều dài tang phải được tính toán sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất trên vẫn còn ít nhất 1,5 vòng cáp dữ trữ, không kể những vòng cáp nằm trong kẹp (quy định về an toàn ).

         chiều dài toàn bộ của tang xác định theo công thức 2-14-[I] đối với trường hợp Palăng kép.

        L’= L₀’+2L₁+2L₂+L₃