Bài giảng Khái niệm tổng quan về cầu trục

Chöông I : TOÅNG QUAN VEÀ CAÀU TRUÏC I. Khaùi nieäm: Caàu truïc laø moät trong nhöõng loaïi maùy naâng –vaän chuyeån ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc ngaønh kinh teá nhö: giao thoâng vaän taûi, xaây döïng ,coâng nghieäp vaø quoác phoøng... Sau ñaây laø moät soá hình aûnh veà caàu truïc: II. Phaân loaïi: Coù 2 loaïi chính : Caàu truïc moät daàm vaø caàu truïc 2 daàm . a) Caàu truïc 1 daàm : bao goàm kieåu töïa vaø kieåu treo b) Caàu truïc 2 daàm : cuõng coù 2 kieåu kieåu töïa vaø kieåu treo Hình treân theå hieän keát caáu toång theå cuûa caàu truïc 2 daàm .Hai ñaàu cuûa daàm chính 11 ñöôïc lieân keát cöùng vôùi daàm cuoái 4. Treân daàm cuoái coù laép caùc baùnh xe di chuyeån 3 chaïy treân ray 2 ñaët doïc theo nhaø xöôûng treân caùc vai coät .Chaïy doïc theo caùc ñöôøng ray laø xe con 8. Treân xe con coù cô caáu naâng 7. Cô caáu di chuyeån xe con 12. Cô caáu di chuyeån caàu truïc 13 ñöôïc ñaët treân keát caáu daàm caàu .Cabin ñieàu khieån 1 ñöôïc treo ôû phía döôùi daàm caàu Caùp ñieän 5 ñöôïc treo treân daây 9 ñeå caáp ñieän cho caùc ñoäng cô ñaët treân xe con. Daàm caàu coù theå chaïy treân caùc ñöôøng ray ñaët treân cao doïc theo nhaø xöôûng coøn xe con coù theå chaïy doïc theo daàm caàu .Vì vaäy caàu truïc coù theå naâng haï vaø vaän chuyeån haøng theo yeâu caàu taïi baát kyø ñieåm naøo trong khoâng gian nhaø xöôûng. Chương II: CƠ CẤU NÂNG I . Khái niệm : - Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng .Cơ cấu nâng có 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 vòng 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 vòng đàn hồi 6.Phanh Dùng sơ đồ này ta có kích thước chiều dài lớn Sơ đồ 3: Cơ cấu gồm có:động cơ điện 1, hộp giảm tốc 2, khớp nối vòng đàn hồi 3 trong đó 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 TOÁN: * Các thông 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 có 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 không có ròng 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 công thức 2-10 [I] , với loại dây đã chọn trên với giới hạn bền với loại cáp chọn đường kính cáp có lực kéo đứtN 4)Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc: - Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc: CT2-12 [I] e = 25 bảng 2-4 [I] - Ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau. -Ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20% so với ròng rọc làm việc -Chiều dài toàn 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 vòng cáp phải cuốn ở 1 nhánh: Trong đó số vòng dự trữ không sử dụng đến Vậy - Chiều dài là phần tang để cặp đầu cáp ,nếu dùng phương pháp cặp thông thường thì ta phải cắt thêm 3 vòng rãnh trên tang nữa do đó: =3*20=60mm - Vì tang đã được cắt rãnh ,cáp cuốn 1 lớp nên không 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 có thể lấy =300mm khoảng cách giữa hai ròng rọc ở ổ treo móc . = 800mm khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục ròng rọc ở ổ treo móc. , góc nghiêng cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với hướng thẳng đứng . Vậy chiều dài toàn 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 thông thường ,có giới hạn bền nén ,ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k=5 Vậy 5) Chọn động cơ điện : - Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo công 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 có 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 có các đặc tính sau : -Công suất danh nghĩa : -Số vòng quay danh nghĩa : vòng /phút -Hệ số quá tải : với -Momen vô lăng -khối lượng : . 6) Tỷ số truyền chung : Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang . CT 3-15 [I] - Số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước . a = 2 = 10m/s -Tỷ số truyền cần có 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 có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu khi làm việc với vật nâng có trọng lượng bằng trọng tải do đó ta phải kiểm tra về nhiệt . * Các thông số : - Trọng lượng vật nâng cùng bộ phận mang : - Lực căng dây trên tang khi nâng vật: - Hiệu suất của cơ cấu không tính hiệu suất của palăng khi làm việc với vật nâng trọng lượng bằng tải trọng - Mômen 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 , - Mômen 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 :mômen 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 có bảng kết quả : Các thông số cần tính Công 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 : - Mômen trung bình bình phương trên trục động cơ: CT 2-73 [I] =101.3Nm -Công 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% có công suất danh nghĩa là là hoàn toàn 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. Mômen phanh được xác định : CT 3-14 [I] với n=1.75 hệ số an toàn phanh đối với chế độ trung bình (bảng 3-2 [I] ) -Dựa vào mômen phanh yêu cầu ta chọn loại phanh hai má thường đóng kiểu TKT, ký hiệu với mômen phanh danh nghĩa là 500 Nm 9) Bộ truyền: - Căn cứ vào công suất đã truyền với CĐ25%, số vòng quay trục vào, tỉ số truyền và yêu cầu về lắp ráp. Chọn hộp giảm tốc ký hiệu PM-500 có 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. + Công suất truyền được với CĐ 25 %, số vòng 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 vòng đàn hồi, là loại khớp nối di động có thể lắp và làm việc khi hai trục không đông trục tuyệt đối, khớp này còn 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, mômen lớn nhất khớp có thể truyền được là , mômen vôlăng của khớp - Mômen lớn nhất mà khớp phải truyền có 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 mômen mở máy lớn nhất bằng: - Phần dư để thắng quán tính của cả hệ thống: Nm - Một phần mômen này tiêu hao trong việc thắng quán tính các tiết máy quay bên trong trục động cơ (rôto động cơ điện và nữa khớp )còn lại mới là phần truyền qua khớp. - Mômen vô lăng nữa khớp phía động cơ lấy bằng 40% mômen vô lăng của cả khớp. - Mômen vô lăng các tiết máy quay trên giá động cơ : =9 + 3 =12N -Mômen vôlăng tương đương của vật nâng (có vận tốc ) chuyển về trục động cơ - Tổng mômen vôlăng của cả hệ thống : - Tổng mômen vô lăng của phần cơ cấu từ nửa khớp bên phía hộp giảm tốc về sau kể cả vật nâng: - Phần mômen dư truyền qua khớp : - Tổng mômen truyền qua khớp : - Khi phanh hãm vật đang nâng ,mômen đặt trên phanh là : - Tổng mômen để thắng quán tính của cả hệ thống: - Ta có thể tính được mômen truyền qua khớp để thắng quán tính các tiết máy quay trên phía động cơ bằng cách tương tự như trên.Mặt khác cũng có thể tính xuất phát từ thời gian phanh : =0.116 + 0.006 =0.122s -Mômen truyền qua khớp để thắng quán tính : Nm - Như vậy khi phanh vật đang nâng khớp phải truyền mômen lớn hơn ,do đó cần kiểm tra khả năng truyền tải của khớp theo mômen truyền yêu cầu là 182.3Nm.Kiểm tra điều kiện làm việc an toàn 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 toàn . b) Móc và ổ treo móc : *Kết cấu ổ treo móc: ta dùng palăng có bội suất bằng 2 nên ổ treo móc ở đây ta dùng ổ treo ngắn, để giảm kích thước chiều dài, tăng độ tiếp cận của móc đối với tang,tận dụng được chiều cao nâng . * Tính móc :với số liệu đã cho Q=50000 N, chế độ làm việc trung bình (CĐ25%) ta chọn móc tiêu chuẩn theo Katôlô :mã số chế tạo móc là 13. Móc chế tạo bằng vật liệu thép 20, có giới hạn mỏi ,giới hạn bền và giới hạn chảy ,các thông số móc 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: - Dieän tích tieát dieän hình thang cuûa thaân moùc F = =2550 mm2 -Vò trí trọng taâm tieát dieän. e1 = e2 = h – e1 = 75 – 32.35 = 42.65mm - Baùn kính cung thaân moùc r = mm s ñöôøng kính mieäng moùc heä soá hình hoïc cuûa tieát dieän k = - 1 + = -1 + = 0.75 - ÖÙng suaát taïi ñieåm thôù phía trong tieát dieän A – A = = 30.2N/mm2. - ÖÙng suaát cho pheùp N/mm2 - Taïi tieát dieän ñöùng B - B xuaát hieän ñoàng thôøi öùng suaát uoán vaø öùng suaát caét. - ÖÙng suaát uoán xaùc ñònh theo coâng thöùc (2 – 5). - ÖÙng suaát caét xaùc ñònh theo coâng thöùc (2 – 6) - ÖÙng suaát toång xaùc ñònh theo coâng thöùc (2 – 7) Ta coù s < [s] - Taïi tieát dieän C - C ôû cuoán moùc phaùt sinh ra öùng suaát keùo. Ñöôøng kính chaân ren d1 = M42=40.5mm, ñöôøng kính ngoaøi d = 45mm. s = - ÖÙng suaát keùo naèm trong phaïm vi cho pheùp [s]’ = 70 N/mm2 (baûng 2-1) * Boä phaän tang : - Caëp ñaàu caùp trên tang : ta seõ duøng kieåu caëp ñaàu caùp treân tang thoâng thöôøng: ÔÛ moãi ñaàu caùp duøng 3 taám caëp töông öùng vôùi ñöôøng kính caùp dc = 14mm böôùc caét raõnh t = 20mm. Vít caáy M20. - Löïc tính toaùn ñoái vôùi caëp caùp So = f = 0,14 : heä soá ma saùt giöõa maët tang vôùi aùp a = 4p : goùc oâm cuûa caùc voøng caùp döï tröõ treân tang, töông öùng zo =2 Smax = 13257N ® So = - Löïc keùo caùc vít caáy. P = - Löïc uoán caùc vít caáy P0 = P.f =8151.4. 0,14 = 1141.2N - ÖÙng thöùc toång xuaát hieän trong thaân vít caáy. ® så = d1 = 16,75 ñöôøng kính trong cuûa vít caáy lo = 26,5 z = 3 soá buloâng caëp caùp ®så = - Vaäy vít naøy coù theå baèng theùp CT3 coù öùng suaát cho pheùp :[s]=40 ¸45N/mm * Truïc tang : - Vì söû duïng palaêng keùp neân vò trí cuûa hôïp löïc caêng daây treân tang seõ khoâng thay ñoåi vaø naèm ôû ñieåm giöõa tang. - Trò soá hôïp löïc naøy baèng R = 2* Smax = 2*13257=26514 N Sô ñoà tính truïc tang - Taûi troïng leân may ô beân traùi (ñieåm D) RD =26514* - Taûi troïng leân may ô beân phaûi (ñieåm C) RC = R – RD =26514 – 11984= 14530N - Phaûn löïc taïi oå A RA = - Phaûn löïc taïi oå B RB = R – RA = 26514 –11285 = 15229N - Moâ men uoán taïi D MD = 11285*200 = 2257000 N - Moâmen uoán taïi C MC = 15229*115 = 1751335 N - Truïc tang ñöôïc cheá taïo baèng theùp 45. ÖÙng suaát cho pheùp ñöôïc tính : [s] = [s] = [n], k’tra theo baûng [1 – 5] vaø [1 – 8] - Ñöôøng kính truïc taïi ñieåm D d = * OÅ truïc : - OÅ ñôõ beân traùi truïc tang laép ôû loøng caàu 2 daõy thanh laên cho pheùp ñoä khoâng ñoàng taâm giöõa 2 oå vaø coù heä soá khaû naêng laøm vieäc cao. Ñöôøng kính truïc laép oå taïi ñaây ta choïn laø d = 70. Taûi troïng lôùn nhaát taùc duïng leân oå laø taûi troïng höôùng taâm, baèng phaûn löïc RA = 11285N. - Taûi troïng tính lôùn nhaát leân oå, trong tröôøng hôïp khoâng coù löïc chieàu truïc Rt1 = R* kv* kt *kn kv = 1, kn = 1 laáy theo baûng chi tieát maùy kt = 1,2 baûng [9 – 3] R = RA =11285N ®Rt1 = 11285*1*1.2*1 = 13542N - Taûi troïng naøy töông öùng vôùi tröôøng hôïp cô caáu laøm vieäc vôùi Q1 = 50000 N. theo sô ñoà gia taûi cô caáu laøm vieäc öùng vôùi ba taûi troïng khaùc nhau, trong ñoù öùng vôùi Q1 = Q laø Rt1 = 13542N. - Caùc taûi troïng khaùc ñöôïc tính : + ÖÙng vôùi Q2 = 0,5Q, oå chòu Rt2 = 6312N + ÖÙng vôùi Q3 = 0,3Q, oå chòu Rt3 = 4125N - Taûi troïng töông ñöông taùc duïng leân oå Rtñ = = Vôùi a1 = a2 = a3 = bi = - Vôùi thôøi gian phuïc vuï cuûa oå A laø 5 naêm baûng [1-1], ôû cheá ñoä trung bình, tính ñöôïc toång soá giôø T = 14460 giôø - Thôøi gian laøm vieäc thöïc teá cuûa oå h = T* (CÑ) = 14460* 0.25 = 3620 giôø - Soá voøng quay cuûa oå n = nt = 22.2 voøng/ phuùt - Vaäy heä soá khaû naêng laøm vieäc yeâu caàu oå phaûi coù Cy/c = 0.1* Rtñ *(n*h)0.3 = 0.1*12728 (22.2* 3620)0.3 = 37694 Vậy ta chọn ổ thanh lăn lòng cầu 2 dãy.