Đồ án Máy nâng chuyển: cầu trục

Chương I : TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC I. Khái niệm: Cầu trục là một trong những loại máy nâng –vận chuyển được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế như: giao thông vận tải, xây dựng ,công nghiệp và quốc phòng... Sau đây là một số hình ảnh về cầu trục: II. Phân loại: Có 2 loại chính : Cầu trục một dầm và cầu trục 2 dầm . a) Cầu trục 1 dầm : bao gồm kiểu tựa và kiểu treo b) Cầu trục 2 dầm : cũng có 2 kiểu kiểu tựa và kiểu treo Hình trên thể hiện kết cấu tổng thể của cầu trục 2 dầm .Hai đầu của dầm chính 11 được liên kết cứng với dầm cuối 4. Trên dầm cuối có lắp các bánh xe di chuyển 3 chạy trên ray 2 đặt dọc theo nhà xưởng trên các vai cột .Chạy dọc theo các đường ray là xe con 8. Trên xe con có cơ cấu nâng 7. Cơ cấu di chuyển xe con 12. Cơ cấu di chuyển cầu trục 13 được đặt trên kết cấu dầm cầu .Cabin điều khiển 1 được treo ở phía dưới dầm cầu Cáp điện 5 được treo trên dây 9 để cấp điện cho các động cơ đặt trên xe con. Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu .Vì vậy cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong không gian nhà xưởng. Chương II: CƠ CẤU NÂNG I . Khái niệm : - Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng .Cơ cấu nâng cĩ thể là một bộ phận của máy hoặc là một máy làm việc độc lập .Theo cách truyền lực lên phần chuyển động phân ra : + Tời cáp và tời xích với tang cuốn cáp hoặc puly ma sát + Kích thanh răng ,kích vít với truyền động bánh răng thanh răng hay truyền động vít +Kích thủy lực . II)Sơ đồ nguyên lý hoạt động Sơ đồ 1: 1.Động cơ 3.Khớp nối vịng đàn hồi 5.Phanh 2.Hộp giảm tốc 4.Tang Sơ đồ 2: 1.Động cơ 4.Tang 2.Hộp giảm tốc 5.Khớp răng đặt biệt 3.Khớp nối vịng đàn hồi 6.Phanh Dùng sơ đồ này ta cĩ kích thước chiều dài lớn Sơ đồ 3: Cơ cấu gồm cĩ:động cơ điện 1, hộp giảm tốc 2, khớp nối vịng đàn hồi 3 trong đĩ nữa khớp phía bên hộp giảm tốc được sử dụng làm bánh phanh, tang 4, khớp răng đặt biệt 5 nối tang với trục ra của hộp giảm tốc, phanh 6. Ta chọn sơ đồ 3 vì động cơ và tang nằm một phía nên cho ta kích thước chiều dài của cơ cấu nhỏ gọn, đồng thời đảm bảo việc chế tạo từng cụm riêng, tháo lắp dễ dàng III . TÍNH TỐN: * Các thơng số ban đầu: - Tải trục nâng : Q = 5tấn - Chiều cao nâng : H =12m - Tầm rộng : L = 14m - Vận tốc nâng : Vn = 10 m/phút - Chế độ làm việc : CĐ% = 25 1) Chọn loại dây: - Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện vận tốc cao ta chọn cáp để làm dây cho cơ cấu, là loại dây cĩ nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác như xích hàn, xích tấm…. - Chọn dây cáp loại , với giới hạn bền = 200 2) Palăng giảm lực: - Trên các cầu lăn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang. - Tương ứng với tải trọng cầu lăn: Ta chọn a = 2 bảng 2-6 [I] CT 2-19 [I] với =0.98 bảng 2-5 [I] t = 0 vì khơng cĩ rịng rọc đổi hướng . N với N m = 2 vì số nhánh dây quấn lên tang là 2. N. Hiệu suất palăng: CT 2-21 [I] 3) Kích thước dây : - Kích thước dây cáp CT 2-10[I] n = 5.5 bảng 2-2 [I] N - Xuất phát từ điều kiện theo cơng thức 2-10 [I] , với loại dây đã chọn trên với giới hạn bền với loại cáp chọn đường kính cáp cĩ lực kéo đứtN 4)Tính các kích thước cơ bản của tang và rịng rọc: - Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và rịng rọc: CT2-12 [I] e = 25 bảng 2-4 [I] - Ta chọn đường kính tang và rịng rọc giống nhau. -Rịng rọc cân bằng khơng phải là rịng rọc làm việc cĩ thể chọn đường kính nhỏ hơn 20% so với rịng rọc làm việc -Chiều dài tồn bộ của tang : CT 2-14 [I] - Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H = 6m và bội suất palăng a=2. l = H * a =12*2=24m -Số vịng cáp phải cuốn ở 1 nhánh: Trong đĩ số vịng dự trữ khơng sử dụng đến Vậy - Chiều dài là phần tang để cặp đầu cáp ,nếu dùng phương pháp cặp thơng thường thì ta phải cắt thêm 3 vịng rãnh trên tang nữa do đĩ: =3*20=60mm - Vì tang đã được cắt rãnh ,cáp cuốn 1 lớp nên khơng cần phải làm thành bên,tuy nhiên ở hai đầu tang trước khi vào phần cắt rãnh ta để trừ lại một khoảng. Khoảng cách ngăn cách giữa hai nữa cắt rãnh : Ta cĩ thể lấy =300mm khoảng cách giữa hai rịng rọc ở ổ treo mĩc . = 800mm khoảng cách nhỏ nhất cĩ thể giữa trục tang với trục rịng rọc ở ổ treo mĩc. , gĩc nghiêng cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với hướng thẳng đứng . Vậy chiều dài tồn bộ của tang là: - Bề dày thành tang xác định theo kinh nghiệm: mm Kiểm tra sức bền của tang: CT 2- 15 [I] k : hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên tang , k=1 vì lớp cáp cuốn 1 lớp . : hệ số giảm ứng suất ,tang bằng gang , = 0.8 =13257N Tang được đúc bằng gang C H 15-32 là loại vật liệu thơng thường ,cĩ giới hạn bền nén ,ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an tồn k=5 Vậy 5) Chọn động cơ điện : - Cơng suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo cơng thức: CT 2-78 [I] hiệu suất của cơ cấu bao gồm : hiệu suất palăng hiệu suất tang bảng 1-9 [I] hiệu suất bộ truyền cĩ kể cả khớp nối vớigiả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ : - Tương ứng với chế độ làm việc trung bình sơ bộ chọn động cơ điện MTB 311-8 cĩ các đặc tính sau : -Cơng suất danh nghĩa : -Số vịng quay danh nghĩa : vịng /phút -Hệ số quá tải : với -Momen vơ lăng -khối lượng : . 6) Tỷ số truyền chung : Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang . CT 3-15 [I] - Số vịng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước . a = 2 = 10m/s -Tỷ số truyền cần cĩ là : 7) Kiểm tra động cơ điện về nhiệt : -Sơ đồ thực tế sử dụng cầu lăn theo trọng tải như trên hình: -Theo hình thì cơ cấu nâng sẽ làm việc với các trọng lượng vật nângvà tỉ lệ thời gian làm việc với các trọng lượng này tương ứng là 3:1:1 -Động cơ điện ta đã chọn cĩ cơng suất danh nghĩa nhỏ hơn cơng suất tĩnh yêu cầu khi làm việc với vật nâng cĩ trọng lượng bằng trọng tải do đĩ ta phải kiểm tra về nhiệt . * Các thơng số : - Trọng lượng vật nâng cùng bộ phận mang : - Lực căng dây trên tang khi nâng vật: - Hiệu suất của cơ cấu khơng tính hiệu suất của palăng khi làm việc với vật nâng trọng lượng bằng tải trọng - Mơmen trên trục động cơ khi nâng vật : CT 2-79 [I] N mm - Lực căng dây trên tang khi hạ vật : CT 2-22 [I] với a = 2 , t = 0 ,m = 2 , = 0.98 , - Mơmen trên trục động cơ khi hạ vật : CT 2-80 [I] - Thời gian mở máy khi nâng vật : CT 3-3 [I] với =1.1 Với :mơmen mở máy của động cơ, đối với động cơ đã chọn là động cơ điện xoay chiều kiểu dây cuốn , được xác định: CT 2-75 [I] Với ÷ với Nm = 258.75Nm Nm Nm Vậy khi =0.7 + 0.05 = 0.75 (s) -Gia tốc khi mở máy với tải trọng = Q - Thời gian mở máy khi hạ vật : CT 3-9 [I] -Đối với trường hợp ta cũng tính tương tự như trường hợp . Ta cĩ bảng kết quả : Các thơng số cần tính Cơng thức tính Q1=Q Q2=0.5Q Q3=0.3Q Q0(N) Q0=Qi+Qm 52500 26250 15750 Sn(N) CT 2-19 [I] 13257 6628.78 3977.3 h Hình 2-24 [I] 0.87 0.84 0.75 Mn(Nm) CT 2-79 [I] 138.19 72.4 48.64 Sh (N) CT 2-22 [I] 12992 6496.2 3897.7 Mh (Nm) CT 2-80 [I] 104.88 50.05 26.8 tnm(s) CT 3-3 [I] 0.75 0.725 0.717 thm(s) CT 3-9 [I] 0.107 0.104 0.102 - Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định : - Mơmen trung bình bình phương trên trục động cơ: CT 2-73 [I] =101.3Nm -Cơng suất trung bình bình phương động cơ phải phát ra : . -Vậy qua kiểm tra về nhiệt cho thấy động cơ được chọn là MBT311-8 với CĐ 25% cĩ cơng suất danh nghĩa là là hồn tồn thõa mãn yâu cầu trong khi làm việc. 8) Phanh : -Để phanh được nhỏ gọn ta sẽ đặt phanh ở trục thứ nhất tức là trục động cơ. Mơmen phanh được xác định : CT 3-14 [I] với n=1.75 hệ số an tồn phanh đối với chế độ trung bình (bảng 3-2 [I] ) -Dựa vào mơmen phanh yêu cầu ta chọn loại phanh hai má thường đĩng kiểu TKT, ký hiệu với mơmen phanh danh nghĩa là 500 Nm 9) Bộ truyền: - Căn cứ vào cơng suất đã truyền với CĐ25%, số vịng quay trục vào, tỉ số truyền và yêu cầu về lắp ráp. Chọn hộp giảm tốc ký hiệu PM-500 cĩ các đặc tính sau: + Kiểu hộp:2 bánh răng trụ răng nghiêng. + Tỷ số truyền: i= 48.57 ( phương án ( I )) + Kiểu lắp: trục ra và trục vào quay về một phía. + Cơng suất truyền được với CĐ 25 %, số vịng quay trục 695 v/p N = 10.1 KW - Sai số tỷ số truyền - Sai số này chấp nhận được.Vậy mua hộp giảm tốc loại PM-500 10) Các bộ phận khác của cơ cấu nâng: a) Khớp nối trục động cơ với hộp giảm tốc: - Ở đây sử dụng khớp vịng đàn hồi, là loại khớp nối di động cĩ thể lắp và làm việc khi hai trục khơng đơng trục tuyệt đối, khớp này cịn giảm được chấn động và va đập khi mở máy và khi phanh đột ngột. Phía nữa khớp bên hộp giảm tốc kết hợp làm bánh phanh. Căn cứ vào đường kính bánh phanh D =300mm, mơmen lớn nhất khớp cĩ thể truyền được là , mơmen vơlăng của khớp - Mơmen lớn nhất mà khớp phải truyền cĩ thể xuất hiện trong 2 trường hợp: khi mở máy nâng và khi phanh hãm vật đang nâng. - Khi mở máy nâng vật: với hệ số quá tải lớn nhất đã quy định, sẽ xuất hiện mơmen mở máy lớn nhất bằng: - Phần dư để thắng quán tính của cả hệ thống: Nm - Một phần mơmen này tiêu hao trong việc thắng quán tính các tiết máy quay bên trong trục động cơ (rơto động cơ điện và nữa khớp )cịn lại mới là phần truyền qua khớp. - Mơmen vơ lăng nữa khớp phía động cơ lấy bằng 40% mơmen vơ lăng của cả khớp. - Mơmen vơ lăng các tiết máy quay trên giá động cơ : =9 + 3 =12N -Mơmen vơlăng tương đương của vật nâng (cĩ vận tốc ) chuyển về trục động cơ - Tổng mơmen vơlăng của cả hệ thống : - Tổng mơmen vơ lăng của phần cơ cấu từ nửa khớp bên phía hộp giảm tốc về sau kể cả vật nâng: - Phần mơmen dư truyền qua khớp : - Tổng mơmen truyền qua khớp : - Khi phanh hãm vật đang nâng ,mơmen đặt trên phanh là : - Tổng mơmen để thắng quán tính của cả hệ thống: - Ta cĩ thể tính được mơmen truyền qua khớp để thắng quán tính các tiết máy quay trên phía động cơ bằng cách tương tự như trên.Mặt khác cũng cĩ thể tính xuất phát từ thời gian phanh : =0.116 + 0.006 =0.122s -Mơmen truyền qua khớp để thắng quán tính : Nm - Như vậy khi phanh vật đang nâng khớp phải truyền mơmen lớn hơn ,do đĩ cần kiểm tra khả năng truyền tải của khớp theo mơmen truyền yêu cầu là 182.3Nm.Kiểm tra điều kiện làm việc an tồn của khớp nối : - Với M =182.3Nm : hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu = 1.3 bảng 9-2 [I] :hệ số tính đến điều kiện làm việc của khớp nối = 1.2 bảng 9-2 [I] Vậy khớp nối đã chọn làm việc an tồn . b) Mĩc và ổ treo mĩc : *Kết cấu ổ treo mĩc: ta dùng palăng cĩ bội suất bằng 2 nên ổ treo mĩc ở đây ta dùng ổ treo ngắn, để giảm kích thước chiều dài, tăng độ tiếp cận của mĩc đối với tang,tận dụng được chiều cao nâng . * Tính mĩc :với số liệu đã cho Q=50000 N, chế độ làm việc trung bình (CĐ25%) ta chọn mĩc tiêu chuẩn theo Katơlơ :mã số chế tạo mĩc là 13. Mĩc chế tạo bằng vật liệu thép 20, cĩ giới hạn mỏi ,giới hạn bền và giới hạn chảy ,các thơng số mĩc D=75mm,d=52mm -Tại tiết diện ngang A-A ứng suất lớn nhất xuất hiện ở thớ phía trong. Hình dạng và kích thước tiết diện này: - Diện tích tiết diện hình thang của thân móc F = =2550 mm2 -Vị trí trọng tâm tiết diện. e1 = e2 = h – e1 = 75 – 32.35 = 42.65mm - Bán kính cung thân móc r = mm s đường kính miệng móc hệ số hình học của tiết diện k = - 1 + = -1 + = 0.75 - Ứng suất tại điểm thớ phía trong tiết diện A – A = = 30.2N/mm2. - Ứng suất cho phép N/mm2 - Tại tiết diện đứng B - B xuất hiện đồng thời ứng suất uốn và ứng suất cắt. - Ứng suất uốn xác định theo công thức (2 – 5). - Ứng suất cắt xác định theo công thức (2 – 6) - Ứng suất tổng xác định theo công thức (2 – 7) Ta có s < [s] - Tại tiết diện C - C ở cuốn móc phát sinh ra ứng suất kéo. Đường kính chân ren d1 = M42=40.5mm, đường kính ngoài d = 45mm. s = - Ứng suất kéo nằm trong phạm vi cho phép [s]’ = 70 N/mm2 (bảng 2-1) * Bộ phận tang : - Cặp đầu cáp trên tang : ta sẽ dùng kiểu cặp đầu cáp trên tang thông thường: Ở mỗi đầu cáp dùng 3 tấm cặp tương ứng với đường kính cáp dc = 14mm bước cắt rãnh t = 20mm. Vít cấy M20. - Lực tính toán đối với cặp cáp So = f = 0,14 : hệ số ma sát giữa mặt tang với áp a = 4p : góc ôm của các vòng cáp dự trữ trên tang, tương ứng zo =2 Smax = 13257N ® So = - Lực kéo các vít cấy. P = - Lực uốn các vít cấy P0 = P.f =8151.4. 0,14 = 1141.2N - Ứng thức tổng xuất hiện trong thân vít cấy. ® så = d1 = 16,75 đường kính trong của vít cấy lo = 26,5 z = 3 số bulông cặp cáp ®så = - Vậy vít này có thể bằng thép CT3 có ứng suất cho phép :[s]=40 ¸45N/mm * Trục tang : - Vì sử dụng palăng kép nên vị trí của hợp lực căng dây trên tang sẽ không thay đổi và nằm ở điểm giữa tang. - Trị số hợp lực này bằng R = 2* Smax = 2*13257=26514 N Sơ đồ tính trục tang - Tải trọng lên may ơ bên trái (điểm D) RD =26514* - Tải trọng lên may ơ bên phải (điểm C) RC = R – RD =26514 – 11984= 14530N - Phản lực tại ổ A RA = - Phản lực tại ổ B RB = R – RA = 26514 –11285 = 15229N - Mô men uốn tại D MD = 11285*200 = 2257000 N - Mômen uốn tại C MC = 15229*115 = 1751335 N - Trục tang được chế tạo bằng thép 45. Ứng suất cho phép được tính : [s] = [s] = [n], k’tra theo bảng [1 – 5] và [1 – 8] - Đường kính trục tại điểm D d = * Ổ trục : - Ổ đỡ bên trái trục tang lắp ở lòng cầu 2 dãy thanh lăn cho phép độ không đồng tâm giữa 2 ổ và có hệ số khả năng làm việc cao. Đường kính trục lắp ổ tại đây ta chọn là d = 70. Tải trọng lớn nhất tác dụng lên ổ là tải trọng hướng tâm, bằng phản lực RA = 11285N. - Tải trọng tính lớn nhất lên ổ, trong trường hợp không có lực chiều trục Rt1 = R* kv* kt *kn kv = 1, kn = 1 lấy theo bảng chi tiết máy kt = 1,2 bảng [9 – 3] R = RA =11285N ®Rt1 = 11285*1*1.2*1 = 13542N - Tải trọng này tương ứng với trường hợp cơ cấu làm việc với Q1 = 50000 N. theo sơ đồ gia tải cơ cấu làm việc ứng với ba tải trọng khác nhau, trong đó ứng với Q1 = Q là Rt1 = 13542N. - Các tải trọng khác được tính : + Ứng với Q2 = 0,5Q, ổ chịu Rt2 = 6312N + Ứng với Q3 = 0,3Q, ổ chịu Rt3 = 4125N - Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ Rtđ = = Với a1 = a2 = a3 = bi = - Với thời gian phục vụ của ổ A là 5 năm bảng [1-1], ở chế độ trung bình, tính được tổng số giờ T = 14460 giờ - Thời gian làm việc thực tế của ổ h = T* (CĐ) = 14460* 0.25 = 3620 giờ - Số vòng quay của ổ n = nt = 22.2 vòng/ phút - Vậy hệ số khả năng làm việc yêu cầu ổ phải có Cy/c = 0.1* Rtđ *(n*h)0.3 = 0.1*12728 (22.2* 3620)0.3 = 37694 Vậy ta chọn ổ thanh lăn lịng cầu 2 dãy.