Đồ án Nghiên cứu động lực học cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn công trình thuỷ điện sêsan 4

Lời nói đầu Cầu trục là loại máy trục kiểu cầu có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đường ray chuyên dùng nên còn gọi là cầu lăn được sử dụng phổ biến trong các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng chuyển vật nặng trong các phân xưởng, nhà kho cũng có thể dùng để xếp dỡ hàng. Chính khả năng làm việc của cầu trục với các thiết bị có trọng lượng, lưu lượng lớn nên đã trở thành nhân tố chính để nâng cao năng suất lao động. Khi nghiên cứu thiết kế, chế tạo cầu trục, trong thực tế thường sử dụng phương pháp thông thường đó là thiết kế cầu trục khi đang làm việc ổn định với gia tốc bằng không. Xét thấy rằng gia tốc trong chuyển động của cầu trục cũng là một nhân tố ảnh hưởng đến sự làm việc ổn định cũng như độ bền, độ cứng của cầu trục, cho nên tôi đã chọn đề tài về nghiên cứu động lực học cầu trục để làm đồ án tốt nghiệp. Những nội dung chính được trình bày trong đồ án là: giới thiệu về cầu trục nói chung, cầu trục chân dê đập tràn của công trình thuỷ điện SêSan 4, tính toán động lực học cầu trục, mô phỏng chuyển động của cầu trục bằng OpenGL và mô phỏng trạng thái tĩnh bằng phần mềm Cosmos. Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Chỉ Sáng, PGS.TS Đinh Văn Phong, ThS Phan Đăng Phong cùng các thầy cô thuộc bộ môn Cơ Học ứng Dụng – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và các anh chị kỹ sư phòng Tự Động Hoá Thiết Kế thuộc Viện Nghiên Cứu Cơ Khí đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn tôi hoàn thành đồ án này. Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót, tôi mong các thầy cô thông cảm và chỉ bảo nhiều hơn. Hà Nội, Ngày….tháng….năm 2007 Sinh viên Vũ Duy Phước Một số kí hiệu dùng trong đồ án s : ứng suất tính toán [s] : ứng suất cho phép của vật liệu E : Môđun đàn hồi của vật liệu F : Lực tác dụng m : Khối lượng g : Gia tốc trọng trường R : Bán kính w : Vận tốc góc h : Hiệu suất k : Hệ số an toàn i : Tỉ số truyền động n : Số vòng quay của vật quay Q : Tải trọng G : Trọng lượng M : Mômen J, j : Mômen quán tính S : Lực căng (2.1) : Công thức 2.1 [10] : Theo tài liệu 10 Cosmos : COSMOSDesignSTAR Chương I Giới thiệu về cầu trục chân dê đập tràn và phạm vi của đồ án tốt nghiệp 1. Tổng quan về cầu trục. Cầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho, bãi tổ hợp thiết bị để nâng hạ và vận chuyển hàng hoá với lưu lượng và trọng lượng lớn. Kết cấu của một cầu trục dạng dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng. Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm... Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng từ 1 đến 500 tấn, khẩu độ dầm cầu đến 32 m, chiều cao nâng đến 16 m, tốc độ nâng vật từ 2 đến 40 m/ph, tốc độ di chuyển xe con đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph. Cầu trục nâng trên 10 tấn thường được trang bị hai đến ba cơ cấu nâng vật: một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ. Tải trọng nâng của loại cầu trục này thường được ký hiệu bằng một phân số với các tải trọng nâng chính và phụ, ví dụ: 15/3 t; 20/5 t;150/20/5 t... Theo công dụng được phân làm hai loại: cầu trục có công dụng chung và cầu trục chuyên dụng. Cầu trục có công dụng chung chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc. Loại cầu trục này có tải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng với gầu ngoạm, nam châm điện và thiết bị cặp để xếp dỡ một loại hàng nhất định. Cầu trục chuyên dụng được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim, xuất nhập hàng tại cảng với các thiết bị mang vật chuyên dùng và có chế độ làm việc rất nặng. Theo kết cấu dầm có các loại cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm. Cầu trục một dầm thường là dầm chữ I hoặc dầm tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm. Cầu trục một dầm thường dùng palăng điện chạy dọc theo dầm nhờ cơ cấu di chuyển palăng. Cầu trục hai dầm có các loại dầm hộp và dầm dàn không gian. Ngoài ra theo nguồn dẫn động có các loại dẫn động tay và cầu trục dẫn động máy. Theo vị trí điều khiển có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu và cầu trục điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm. Điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho loại cầu trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ. 2. Giới thiệu về cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San 4. 2.1 ý nghĩa, công dụng của cầu trục chân dê đập tràn. Cầu trục chân dê chuyên dụng, tải trọng nâng 2x25 tấn được dùng để nâng hạ cửa van sửa chữa đập tràn, công trình thuỷ điện Sê San 4, ngoài ra nó còn được sử dụng để sửa chữa, lắp ráp cho các thiết bị thuộc đập tràn. 2.2 Điều kiện vận hành. Vận tốc gió trong trạng thái làm việc : 20 m/s Vận tốc gió lớn nhất : 28 m/s Môi trường xung quanh : Trong không khí Nhiệt độ lớn nhất của môi trường : + 40,5º C Nhiệt độ nhỏ nhất của môi trường : + 9,2ºC Độ ẩm : 85,7% 2.3 Thành phần cấu tạo. Thành phần chế tạo của cầu trục chân dê bao gồm: kết cấu kim loại của cầu trục, kết cấu kim loại của xe con, cơ cấu di chuyển cầu trục, cabin điều khiển. Trong cabin được trang bị điều hoà, các thiết bị điện. Trên xe con lắp cơ cấu nâng với tải trọng nâng danh nghĩa 2x25 tấn, cơ cấu di chuyển xe con. 2.4 Đặc điểm và nguyên lý làm việc. Kết cấu kim loại của cầu trục chân dê là kết cấu hàn tổ hợp, tiết diện các dầm chịu lực hình hộp. Bên trên khung cầu trục có xe con với cơ cấu nâng có tải trọng nâng 2x25 tấn và cơ cấu di chuyển xe con. Cơ cấu nâng gồm 2 tang cuốn cáp đường kính D = 870 mm với 2 đường rãnh hình xoắn ốc, 2 hệ thống treo tải trọng 25 tấn và cơ cấu truyền động bao gồm động cơ, phanh, hộp giảm tốc. Dẫn động cho cơ cấu nâng là kiểu dẫn động chung bằng 1 động cơ. Cơ cấu nâng được trang bị các thiết bị hạn chế tải trọng nâng ( với chế độ vượt tải cho phép lớn nhất là 110% so với tải trọng nâng danh nghĩa). Cơ cấu di chuyển xe con kiểu dẫn động chung với 2 bánh xe dẫn động và 2 bánh xe bị động đường kính D = 630 mm. Xe con có hệ thống nhà che bảo vệ các cơ cấu, bộ máy. Cơ cấu di chuyển cầu trục bao gồm 2 cụm chủ động và 2 cụm bị động. Mỗi cụm chủ động được lắp trên 1 bánh xe dẫn động D=710 mm. Mỗi cụm bị động được lắp trên 1 bánh xe bị động D=710 mm. Đối với cả cơ cấu di chuyển cầu trục và xe con đều sử dụng phanh guốc điện có cần đẩy thuỷ lực đảm bảo sự trơn tru trong quá trình làm việc. Trên cầu trục cũng như xe con có lắp đặt các cữ hạn vị hành trình nâng, hành trình di chuyển và các cửa lên xuống sàn thao tác có đặt các cầu dao bán tự động đảm bảo an toàn. Trên trục tang cuốn cáp có lắp thiết bị điều khiển đóng mở các hoạt động khi nâng của cửa van sửa chữa đập tràn, và các thiết bị hạn chế vị trí giới hạn hành trình lên và xuống của hệ thống móc treo. Phía trên mái che của xe con có thiết bị đo tốc độ tức thời gió và phát tín hiệu khi vận tốc gió lớn hơn tốc độ gió cho phép. Để hạn chế sự trôi của cầu trục do gió khi không làm việc, tại 2 cụm di chuyển bị động được lắp 2 thiết bị chống xô ray. Thiết bị này được hoạt động liên động với toàn bộ mọi hoạt động của cầu trục. 2.5 Đặc tính kỹ thuật. Nguồn điện, tần số (Hz), điện áp (V) Xoay chiều; 50Hz; 380/220V Điều khiển cầu trục Từ ca bin Cấp điện cho cầu trục Bằng Trolley Cấp điện cho xe con Bằng cáp mềm Tải trọng nâng chính, T 2x25 Chiều cao nâng lớn nhất của móc nâng, m 28 Cao hơn cao trình sàn, m 7,5 Thấp hơn cao trình sàn, m 20,5 Vận tốc nâng móc chính, m/ph 0,8/4 Vận tốc dịch chuyển cầu trục, m/ph 4,5/15 Đường kính bánh xe, mm 710 Tổng số bánh xe 4 Số bánh xe dẫn động 2 Loại ray di chuyển cầu trục KP80 Vận tốc dịch chuyển xe con, m/ph 4,5 Đường kính bánh xe, mm 630 Tổng số bánh xe 4 Số bánh xe dẫn động 2 Loại ray di chuyển xe con KP70 3. Phạm vi của đồ án tốt nghiệp. 3.1 Tính toán động lực học cầu trục. Xây dựng mô hình chuyển động của cầu trục với cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu trục. Viết phương trình chuyển động trong thời gian khởi động của các cơ cấu dưới ảnh hưởng các lực cản chuyển động. 3.2 Kiểm nghiệm làm việc ổn định của cầu trục. Trong thời gian chuyển động có gia tốc của cầu trục thì cầu trục phải ổn định theo phương vuông góc với đường ray, ổn định theo phương dọc đường ray và dây cáp đủ vững chắc khi đột ngột nâng vật nặng lên. 3.3 Thiết kế khung dầm cầu trục. Với các điều kiện đầu vào là khẩu độ cầu trục và trọng lượng nâng danh nghĩa để thiết kế sơ bộ bộ khung dầm của cầu trục với các dầm chính, chân cầu trục, giằng trên, giằng dưới. 3.4 Kiểm tra khung dầm bằng phần mềm Cosmos. Trên cơ sở những thiết kế trên ta dựng mô hình 3D của cầu trục trong SolidWork và kiểm tra sự làm việc an toàn, ổn định của cẩu trục trên phần mềm Cosmos. 3.5 Mô phỏng chuyển động của cầu trục. Với khả năng đồ hoạ của thư viện OpenGL trong môi trường Visual C++, hình ảnh mô hình của cầu trục sẽ được thể hiện trên màn hình và có thể cho chúng chuyển động. Phần này sẽ giới thiệu về khả năng của môi trường đồ hoạ OpenGL và chương trình mô phỏng cầu trục. Chương II Tính toán động lực học cầu trục chân dê tải trọng nâng 2x25 tấn công trình thuỷ điện Sê San 4 1. Cơ sở tính toán thiết kế cầu trục theo phương pháp thông thường. Cầu trục thông thườngđược tính toán thiết kế theo các bước tính toán chung sau[1]: a) Xác định các thông số cơ bản của cầu trục như tải trọng nâng, chiều cao nâng, khẩu độ dầm cầu, các tốc độ nâng hạ vật, di chuyển cầu trục, di chuyển xe con, chế độ làm việc và các điều kiện làm việc cụ thể của cầu trục (môi trường làm việc, loại hàng cần bốc dỡ v.v…). Từ các thông số cơ bản và điều kiện làm việc cụ thể của cầu trục, ta có thể phân tích và chọn phương án thiết kế. b) Xác định các kích thước hình học và các bộ phận trên cầu trục và tải trọng tính toán. - Các kích thước hình học và trọng lượng bản thân các bộ phận của cầu trục có thể xác định sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm hoặc từ các loại cầu trục đã có tương đương. Các thông số này được kiểm tra chính xác lại sau khi thiết kế cầu trục. - Ngoài trọng lượng bản thân, các tải trọng tác dụng lên cầu trục cần xác định là: trọng lượng vật nâng cùng thiết bị mang vật, các tải trọng do dốc, quán tính và các tải trọng đặc biệt khác như tải trọng lắp dựng, động đất v.v… Tải trọng gió cần được tính toán theo các phương khác nhau và với áp lực gió trong điều kiện làm việc bình thường, áp lực gió lớn nhất trong điều kiện làm việc và áp lực gió trong trạng thái không làm việc nếu cầu trục hoạt động ngoài trời. - Xác định lực nén bánh của các bánh xe di chuyển cầu trục và di chuyển xe con. c) Xác định các vị trí tính toán và tổ hợp tải trọng. Các vị trí tính toán và tổ hợp tải trọng phải được xây dựng phù hợp với quá trình làm việc của bộ phận hay chi tiết được tính. d) Thiết kế các cơ cấu công tác của cầu trục như cơ cấu nâng cùng thiết bị mang vật, cơ cấu di chuyển xe con và cầu trục. e) Tính toán kết cấu thép của cầu trục và các chi tiết liên kết giữa các bộ phận của cầu trục. f) Thiết kế hệ thống điện điều khiển cho các cơ cấu công tác, hệ thống chiếu sáng và thiết kế cabin điều khiển (nếu có). Thiết kế các thiết bị an toàn cơ - điện của cầu trục như thiết bị hạn chế tải trọng nâng, thiết bị hạn chế chiều cao nâng, các công tắc hạn chế hành trình di chuyển của cầu trục và xe con, các giảm chấn và thiết bị kẹp ray nếu cầu trục làm việc ngoài trời. 1.1. Cơ sở tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển. Cơ cấu di chuyển ở đây là cơ cấu di chuyển cầu trục, cơ cấu di chuyển xe con dẫn động bằng động cơ điện. Những số liệu ban đầu cần có để tính toán cơ cấu di chuyển là: - Sơ đồ hình học của cầu với các kích thước cơ bản như khoảng cách vết bánh xe, khoảng cách trục bánh xe… - Trọng tải máy trục Q (N) - Trọng lượng bản thân cầu trục kể cả bộ phận mang vật G0 (N) - Sơ đồ cấu tạo di chuyển - Vận tốc di chuyển (m/ph) - Diện tích chịu gió của phần dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng góc với phương chuyển động F0 (m2) - Chế độ làm việc của cơ cấu. Trình tự tính toán như sau[4]: 1) Xác định các kích thước bánh xe. Muốn vậy phải: - Chọn loại kích thước, bánh xe và đường ray. - Xác định các tải trọng lên bánh xe, gồm: + Tải trọng lớn nhất Pmax (khi có vật nâng, vị trí các bộ phận là bất lợi nhất đối với bánh xe tính toán) + Tải trọng nhỏ nhất Pmin (khi không có vật nâng, vị trí các bộ phận là có lợi nhất đối với bánh xe tính toán), tải trọng tương đương để tính bánh xe Pbx theo công thức[2]: Trong đó: Pmax : áp lực lớn nhất của bánh xe lên ray kbx : Hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu g : Hệ số tính đến sự thay đổi của tải trọng - Kiểm tra bánh xe về sức bền dập. Kiểm tra bánh xe theo ứng suất dập trong trường hợp bánh xe và ray tiếp xúc đường theo công thức[2]: Trong đó: P : áp lực tương đương của bánh xe lên ray b, r : Bề rộng mặt làm việc và bán kính bánh xe E : Môđun đàn hồi của vật liệu làm ray và bánh xe [1] E1, E2 : Môđun đàn hồi vật liệu bánh xe và vật liệu ray Đối với bánh xe bằng thép (E = 2,1.105 N/mm2)[1]: Trong trường hợp cần thiết thay đổi lại các kích thước, vật liệu, nhiệt luyện…của bánh xe và ray cho phù hợp. 2) Chọn sơ bộ động cơ điện. Với cùng cường độ CĐ% tương ứng với chế độ làm việc của cơ cấu, động cơ được chọn có công suất danh nghĩa bằng hoặc lớn hơn công suất tĩnh Nt tính theo công thức: Trong đó: Wt : Tổng lực cản tĩnh khi chuyển động ổn định v : Vận tốc di chuyển của xe lăn : Hiệu suất của động cơ Động cơ chọn phải bảo đảm khi mở máy trong mọi điều kiện vẫn có hệ số an toàn bám kb ³ 1,2 3) Tính tỉ số truyền của bộ truyền Trong đó: ndc : Số vòng quay danh nghĩa của động cơ đã chọn vg/ph. nbx : Số vòng quay yêu cầu của bánh xe để đảm bảo vận tốc cho trước v (vg/ph). Đường kính bánh xe là Dbx thì: 4) Kiểm nghiệm động cơ về mômen mở máy. Từ yêu cầu về đảm bảo hệ số an toàn bám kb ³ 1,2 ta xác định gia tốc lớn nhất cho phép trong trường hợp lực bám ít nhất a0max theo công thức: Trong đó: G0 : Tổng áp lực lên các bánh dẫn khi không có vật nâng φ : Hệ số bám của bánh xe vào ray : Tổng lực cản tĩnh chuyển động xe lăn khi không có vật nâng g : Gia tốc trọng trường m/s2 Tính thời gian mở máy theo công thức: Tính mômen mở máy lớn nhất M0m theo công thức[2]: Trong đó: : Tổng các mômen vô lăng của các trục Để đảm bảo an toàn bám, so sánh với mômen mở máy của động cơ Mm(đc), điều kiện cần có là: Mm ³ M0m Nếu điều kiện trên đây không đảm bảo cần phải tăng số bánh dẫn hoặc chọn lại động cơ khác có mômen mở máy nhỏ hơn và nếu công suất danh nghĩa của động cơ được chọn nhỏ hơn công suất tĩnh tính toán (Nt) thì phải tiến hành kiểm tra động cơ về nhiệt theo công suất trung bình bình phương. 5) Tính mômen phanh Mph với các điều chú ý để chọn và tính phanh. 6) Theo iđc tính được công suất cần truyền và các thông số khác tiến hành tính toán thiết kế (hoặc chọn) bộ truyền 7) Tính các chi tiết còn lại trong cơ cấu di chuyển như: trục truyền động, ổ trục bánh xe… 1.2 Cơ sở tính toán thiết kế cơ cấu nâng. Khi thiết kế một cơ cấu máy cần tiến hành qua nhiều bước: - Xây dựng, lựa chọn một trong nhiều phương án về kết cấu - Chọn loại và các kích thước của chi tiết và cụm chi tiết theo tiêu chuẩn hoặc theo dãy - Tiến hành kiểm tra đặc tính của cơ cấu ở các trạng thái làm việc quan trọng theo các quy định chung - Tính và kiểm tra độ bền của các chi tiết Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng. Ngoại lực là trọng lực và lực quán tính tác dụng lên vật nâng. Cơ cấu nâng có thể là một bộ phận của máy hoặc là một máy làm việc độc lập. Theo cách truyền lực 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 thuỷ lực Cơ cấu nâng quan trọng và được dùng phổ biến là tời cáp và tang cuốn cáp Các số liệu cần biết trước để tính toán thiết kế một cơ cấu nâng là: - Tải trọng nâng Q, N - Chiều cao nâng H, m - Tốc độ nâng Vn, m/ph - Chế độ làm việc của cơ cấu. Trình tự tính toán thiết kế một cơ cấu nâng là[2]: 1) Lựa chọn sơ đồ cơ cấu cùng với những giải pháp về động học và kết cấu 2) Căn cứ vào sơ đồ luồn cáp đã chọn ở bước 1, xác định bội suất palăng cáp, lực căng cáp lớn nhất và chọn cáp 3) Xác định các kích thước cơ bản của tang và puly 4) Tính số vòng quay yêu cầu của tang để đảm bảo tốc độ nâng Vn vg/ph Trong đó: a : Bội suất palăng dT : Đường kính của tang 5) Tính chọn động cơ điện và kiểm tra động cơ điện Từ công suất cản tĩnh (kW) ta xác định được thời gian mở máy. Kiểm tra động cơ phải thoả mãn điều kiện mở máy và điều kiện nhiệt độ của động cơ Công suất cản tĩnh[2]: Trong đó: Vn : Vận tốc yêu cầu vg/ph Q : Tải trọng nâng h : Hiệu suất của bộ truyền động 6) Theo công suất, tỷ số truyền chung yêu cầu, số vòng quay trục vào, chế độ làm việc của cơ cấu, tiến hành thiết kế (hoặc chọn) hệ thống truyền động Tỷ số truyền chung yêu cầu: Trong đó: nđc : Số vòng quay dang nghĩa của động cơ vg/ph nt : Số vòng quay của tang vg/ph 7) Tính mômen phanh, chọn phanh và kiểm tra gia tốc phanh 8) Tính toán thiết kế các bộ phận chịu lực còn lại như cụm móc treo, kẹp đầu cáp trên tang, trục tang, gối đỡ trục tang vv… 1.3 Cơ sở tính toán thiết kế và kiểm tra các thiết bị khác của cầu trục. Tính toán và kiểm nghiệm bánh xe - Xác định tải trọng lên bánh xe - Tải trọng lớn nhất tác động lên bánh xe Kiểm tra bánh xe theo ứng suất dập[2]: Trong đó: P : áp lực tương đương của bánh xe lên ray. (N); E : Mô đun đàn hồi của vật liệu làm ray và bánh xe.(N/mm2); B0,R : Bề rộng mặt làm việc và bán kính bánh xe.(mm); ứng suất σd không vượt quá ứng suất cho phép Tính toán và kiểm nghiệm bánh răng Chọn bánh răng sao cho đảm bảo tỉ số truyền và đủ bền Mô men xoắn trên trục bánh răng Mw ứng suất uốn tại tiết diện nguy hiểm [10] Trong đó: Mw : Mômen tính toán lên bánh răng z1 : Số răng của bánh răng mt : Môđun của bánh răng b : Chiều rộng bánh răng y : Hệ số hình dạng răng ρ : Hệ số vận tốc ứng suất uốn cho phép[10]: Trong đó: c : Hệ số chuyển đổi : Hệ số điều kiện làm việc : Hệ số ổn định của vật liệu : Hệ số độ tin cậy làm việc Ta phải kiểm tra: Sự đứng vững của cầu trục ( sự ổn định của cầu trục) Để làm việc an toàn phải đảm bảo cho nó đứng vững, cần tránh trước bất kì khả năng nào có thể làm cho nó bị lật đổ kể cả trong những điều kiện đặt tải bất lợi nhất. Chỉ số chỉ sự đứng vững (ổn định) là tỷ số giữa mômen chống lật Mcl và mômen lật Ml k1³ 1,15 khi có tính tải trọng phụ k1³ 1,14 khi không tính tải trọng phụ Khi không mang vật nâng: lật do gió kg³ 1,15 Tính chọn hộp giảm tốc Yêu cầu: - Đảm bảo tỷ số truyền chung - Mômen xoắn cho phép trên trục quay chậm của hộp giảm tốc [Mor] Mô men xoắn tại trục chậm hộp giảm tốc Мor thì [Mor] > Мor Tính toán chọn động cơ điện 1) Khi làm việc với chế độ làm việc thực động cơ không bị nóng quá giới hạn cho phép. 2) Mômen mở máy của động cơ phải đủ để khởi động máy với gia tốc cho trước song công suất động cơ cũng không được chọn quá lớn sẽ gây gia tốc lớn ảnh hưởng không tốt đến hoạt động của bộ máy. Ndc > Ntyc do thành phần momen cản động có giá trị tương đối lớn do khối lượng của hệ thống khởi động rất lớn, động cơ phải đủ công suất nhất là phải có momen mở máy đủ cao để đảm bảo khởi động hệ thống với gia tốc trong phạm vi cho phép. Vì vậy chọn động cơ cho máy di chuyển với công suất danh nghĩa xấp xỉ lớn hơn công suất tĩnh yêu cầu là đủ không cần tính công suất trung bình phương. Với máy nâng hạ khi ta chọn giá trị Ndc ≤ Ntyc cũng có thể chấp nhận được. Công suất tĩnh của động cơ Pst[2]: Trong đó: V : Vận tốc làm việc yêu cầu : Hiệu suất của bộ truyền Q, Gn : Trọng lượng máy và trọng lượng hàng nâng Tang tời Dùng để cuốn cáp, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến để nâng hạ hoặc kéo, di chuyển vật. Ưu điểm chủ yếu của tang có rãnh xoắn là dây cáp cuốn theo đường rãnh xoắn trên tang do đó được cuốn rất đều không bị chồng chéo lên nhau tránh được kẹt nối cáp trong lúc làm việc. Để kiểm tra ứng suất nén thì chiều dày tang tời d ³ chiều dày cho phép [d] dnmax³ [dn] ứng suất uốn và xoắn có trị số nhỏ hơn nhiều so với ứng suất nén nên thực tế thường kiểm tra ứng suất nén. Dây cáp thép Dây cáp thép được chế tạo bằng các sợi thép có thành phần cácbon cao, gia công bằng phương pháp kéo nguội chuốt đi chuốt lại nhiều lần do đó giới hạn bền của các sợi dây thép này có thể đạt tới 250 kG/mm2. với các sợi thép có giới hạn bền thấp cáp mềm, cáp mà cứng khi cuốn qua ròng rọc hoặc tang sẽ bị uốn lớn dẫn đến giảm tuổi thọ của cáp. Để chống gỉ, chống lại sự ăn mòn của nước biển và các hoá chất khác người ta còn tiến hành mạ kẽm cho các sợi thép. Người ta còn có thể bọc kín cáp tạo nhẵn bề mặt ngăn cát bụi giảm ma sát tăng khả năng chịu lực của cáp hoặc bôi trơn chống gỉ bề mặt. Tính toán cáp k : Hệ số an toàn bền Sđ : Lực kéo đứt cáp Smax : Lực kéo tối đa khi cáp làm việc [1] Tuổi thọ của cáp phụ thuộc rất nhiều vào số lần cáp bị uốn khi vòng qua ròng rọc hay tang trong quá trình sử dụng, phụ thuộc vào độ mòn, phụ thuộc vào đường kính của ròng rọc hay tang. Đường kính của ròng rọc hay tang càng nhỏ thì dây cáp càng chóng hỏng[2] D ³ (16 á 30).dc Dấu hiệu cáp bị hỏng: các sợi thép bị đứt nổ, số sợi cáp bị đứt trên một bước bện của cáp vượt quá giá trị số cho phép thì phải thay cáp. Tính và chọn dây cáp: Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật S [10]: Cáp có ưu điểm và được sử dụng rộng rãi hơn chão, xích. Xích vẫn được sử dụng làm bộ phận kéo cho bộ phận máy nâng trong những trường hợp thích hợp. Khi dùng xích, đĩa xích chủ động nhỏ hơn đường kính tang tời cáp làm cho mômen tải nhỏ. Tỷ số truyền, kích thước và trọng lượng của cơ cấu truyền động nhỏ đi nhiều. Khi nâng, vận chuyển các vật nóng ở nhiệt độ cao của vật nâng và không khí xung quanh ảnh hưởng có hại cho sức bền và tuổi thọ của cáp thép. Cho nên trong trường hợp này người ta không sử dụng cáp thép mà sử dụng các loại xích. Nhận xét : Trong tính toán thiết kế cầu trục theo phương pháp thông thường các tải trọng được sử dụng để tính toán thiết kế hay để kiểm tra là các tải trọng tĩnh. Khi xét đến ảnh hưởng của tải trọng động thì chỉ xét thông qua các hệ số thực nghiệm cho nên kết quả tính toán tải trọng động không được chính xác và thuyết phục. Vì vậy tôi đã sử dụng phương trình Lagrange loại 2 để tính toán được chính xác các tải trọng động xuất hiện trong quá trình chuyển động của cầu trục từ đó có thể kiểm tra hay thiết kế cầu trục. 2. Tính toán động lực học cầu trục cầu trục chân dê đập tràn tải trọng nâng 2x25 tấn của công trình thuỷ điện Sê San. 2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán động lực học cầu trục. 2.1.1. Phương trình Lagrange loại 2. Phương trình Lagrange loại hai là phương trình vi phân chuyển động của các chất điểm và các vật rắn hôlônôm. Số phương trình đúng bằng số bậc tự do của hệ. Xét hệ hôlônôm gồm n chất điểm và có f bậc tự do. Như thế cơ hệ xác định bởi f toạ độ suy rộng đủ: q1, q2,…, qn. Ta có: Trong đó Qi là các toạ độ suy rộng. Nếu cơ hệ có các lực thế thì lực suy rộng Qi được tính theo công thức [8]: Trong đó là lực suy rộng ứng với các lực không thế Trong trường hợp lực tác dụng lên cơ hệ đều là lực có thế thì = 0. Khi đó phương trình Lagrange loại hai có dạng Phương trình Lagrange loại hai cho các chất điểm chịu lực có thế và lực không thế là: Biểu thức lực suy rộng Q có thể viết [7]: Q* = Qc + Qd Trong đó: Qd : Lực suy rộng của lực phát động, nếu động cơ có khấu ra là khâu quay thì : Qd = Md (Md là mômen của động cơ) Qc : Lực suy rộng của các lực tác dụng lên bộ phận cơ gồm các lực cản có ích, lực cản vô ích và các trọng lượng. 2.1.2. Đặc trưng động học của cơ cấu. 2.1.2.1. Mômen quán tính quy dẫn. Để tiến hành các bước tính toán ở trên, cần phải xác định các tải trọng tác dụng lên cơ cấu. Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cơ cấu máy nâng xuất hiện trong thời kỳ làm việc không ổn định (mở máy hoặc phanh). Các máy nâng làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại, có nghĩa là đóng mở máy thường xuyên. ở thời kỳ này ngoài các tải trọng tĩnh còn có tải trọng động phát sinh trong cơ cấu. Các tải trọng tĩnh mà cụ thể là các mômen cản tĩnh trong cơ cấu được xác định từ các ngoại lực Để xác định các mômen động xuất hiện trong thời kỳ chuyển động không ổn định cần phải thiết lập các sơ đồ tính động lực học máy, sau đó lập và giải phương trình của hệ thống. Một cơ cấu hoạt động cùng với kết cấu kim loại của máy có thể coi như một hệ gồm nhiều khối lượng được liên kết với nhau bởi các khâu đàn hồi. Ví dụ có thể xem vật nâng, xe lăn, rôto động cơ điện, bánh xe, là các khối lượng tập trung còn các liên kết đàn hồi là trục, dây cáp, các thanh dầm vv…Trong trường hợp này sẽ xuất hiện dao động đàn hồi tương đối giữa các khối lượng với nhau, khi này sẽ xuất hiện tải trọng động và người ta gọi là tải trọng động đàn hồi. Đặc tính dao động và đường biểu diễn sự thay đổi giữa các tải trọng đàn hồi theo thời gian chịu ảnh hưởng rất lớn của ngoại tải cũng như cách thức điều khiển động cơ dẫn động cơ cấu. Trong tính toán các cơ cấu máy, để đơn giản, hiện nay người ta sử dụng sơ đồ tính đơn giản nhất là sơ