Bài giảng Tính toán cơ cấu di chuyển cổng trục

Phần 5 Tính toán cơ cấu di chuyển cổng trục 5.1. Giới thiệu Cổng trục di chuyển được nhờ bánh xe đặt trên ray, ở 4 chân có bố trí 4 cụm bánh xe truyền động nhờ truyền động trục vít thông qua hệ thống bánh răng với 50% số bánh xe được dẫn động. Ngoài ra việc bố trí cơ cấu di chuyển như vậy tiện cho việc bố trí đường ray phía dưới hoặc giúp cho phương tiện vận tải khác dễ lấy hàng và giải phóng bến bãi 1 cách dễ dàng, nhanh chóng. Các bánh xe di chuyển trên ray có khẩu độ 35 m, các ray được gắn cố định trên nền cầu cảng. Để dừng xe chính xác cơ cấu được trang bị phanh và cơ cấu cũng được trang bị thiết bị kẹp ray để đảm bảo an toàn khi gió bão. 5.2. Chọn sơ đồ truyền động của cơ cấu di chuyển Việc chọn sơ đồ truyền động có ý nghĩa rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng làm việc, giá thành chế tạo và yêu cầu công nghệ lắp ráp của cơ cấu di chuyển. Có các dạng sơ đồ truyền động như sau: \ Sơ đồ truyền động chung \ Sơ đồ truyền động riêng ở đây ta chọn sơ đồ truyền động riêng do có các ưu điểm sau: + Kết cấu gọn, đảm bảo xe, tàu di chuyển được ở trong lòng cổng trục . + Kích thước động cơ, hộp giảm tốc và bộ truyền bánh răng nhỏ. + Thuận tiện cho công tác bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế. Trên cơ sở đó ta có sơ đồ truyền động 5.3. Tính chọn bánh xe và ray Dựa vào trọng lượng của cổng trục và chế độ làm việc ta chọn bánh có hình trụ có 2 thành bên với các kích thước theo GOST 3569- 60. Sơ bộ chọn bánh xe có các kích thước sau: Đường kính bánh xe là: D = 710 mm Đường kính ngõng trục là: d = 120 mm Chiều rộng bánh xe là : B = 150 mm B1 = 200 mm Chọn ray theo GOST 4121- 62 có ký hiệu là: KP140 với các kích thước sau: Bề rộng ray là : b = 140 mm Chiều cao đỉnh ray là: h = 50 mm Chiều cao ray là: H = 190 mm 5.4. Xác định tải trọng tác dụng lên bánh xe Tải trọng tác dụng lên bánh xe gồm có: trọng lượng bản thân, trọng lượng xe con và trọng lượng hàng. \áp lực nhỏ nhất khi xe con không mang hàng ở giữa khẩu độ là: Trong đó: G = 520000 N là trọng lượng của cổng trục Gx = 42720 N là trọng lượng của xe con và thiết bị mang hàng \ Khi xe con mang hàng ở đầu công xol thì áp lực đặt lên chân đỡ là lớn nhất Ta có: SMB = 0 Û 35PA = yII( Gx + Q)41 + 17,5GD + 35GC + 10,5Pgh + 11Pg1 + 13,2Pg2 + 14,7Pgx đ Trong đó: + Pgh: là tải trọng gió tác dụng lên hàng ở độ cao 10,5m so với mặt đất, ta có: Pgh = qo. n. c. b. Fh - qo: là cường độ áp lực gió tuỳ thuộc vào vị trí địa lý nơi đặt cổng trục ở trạng thái làm việc người ta thường lấy: qo = 15ữ 20 kG/ m2 đ chọn qo = 200 N/ m2 - n: là hệ số bổ sung tính đến độ tăng cường áp lực gió theo chiều cao, với cổng trục có H = 10ữ 20m đ lấy n = 1,3 - c: là hệ số khí động học của kết cấu phụ thuộc vào hình dáng của kết cấu có kể đến tính chất xuyên dòng của dòng khí tác dụng lên kết cấu. Thông thường đối với kết cấu dàn làm bằng thép góc thì: đc = 1,6 b: là hệ số tải trọng động của gió, nó phụ thuộc vào hình dạng và chiều cao của kết cấu hay nói cách khác nó phụ thuộc vào chu kỳ dao động của cổng trục và chiều cao của cổng trục. Với những cổng trục có chiều cao H < 20m thì người ta lấy b = 1 Fh: là diện tích hứng gió của hàng, người ta lấy theo kinh nghiệm phụ thuộc vào sức nâng, với Q = 12 T đ chọn Fh = 10 m2 đ Pgh = 200. 1,3. 1,6. 1. 10 = 4160 N + Pg1: là tải trọng gió tác dụng lên chân đỡ pg1 = q.n.c.b.Fc Tương tự như vậy ta có: q = 200 (N/m2) n = 1,3 c = 1,6 b = 1 Fc = 72 (m2): là diện tích hướng gió của chân đỡ đ Pg1 = 200.1,3.1,6.1.72 = 29952 (N) + Pg2: là tải trọng gió tác dụng lên dàn đ pg2 = q.n.c.b.Fd q = 200 N/ m2 n = 1,3 c = 1,6 b = 1 Fd = 4 (m2): là diện tích chắn gió của dàn đ Pg2 = 200.1,3.1,6.1.4 = 1664 (N) Pgx: là tải trọng gió tác dụng lên xe con pgx = q.n.c.b.Fx q = 200 N/ m2 n = 1,3 c = 1,2 đối với các chi tiết của cổng trục như : xe con, đối trọng, ca bin... b = 1 Fx = 3 (m2): là diện tích hứng gió của xe con Px = 200.1,3.1,2.1.3 = 636 (N) đ PA = 466437,828 + = 459481,485 (N) Vậy áp lực lớn nhất tác dụng lên bánh xe là: Pmax = (N) Tải trọng tương đương tác dụng lên bánh xe là: Ptđ = g.kbx.Pmax Trong đó: kbx: là hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu CĐ25% đ kbx = 1,2 g: là hệ số tính đến sự thay đổi tải trọng Dựa vào tỷ số Tra bảng (3-13) sách TTMT đ g = 0,9 Vậy Ptđ = 0,9.1,2.57435,185 = 62029,9 (N) Kiểm tra bền bánh xe Bánh xe được kiểm tra theo điều kiện bền dập. Bánh xe được chế tạo bằng thép 55Л, để đảm bảo lâu mòn thì vành bánh xe được tôi đạt độ cứng là: HB = 300á320 ứng suất dập cho phép là: [sd] = 750 N/ m2 ứng suất dập của bánh xe được xác định theo công thức (2-67) sách TTMT sd = 190 sd = 212,26 < [sd] Vậy kích thước bánh xe đã chọn là an toàn. 5.6. Chọn động cơ. 5.6.1. Xác định lực cản di chuyển cổng Lực cản tác động trong mọi thời kỳ chuyển động ổn định và không ổn định của máy, đó là các thành phần lực cản sau: lực cản ma sát, lực cản do độ dốc của đường ray và lực cản do gió. Tổng lực cản tính được xác định theo công thức: Wt = kt.W1 + W2 + W3 Trong đó: W1: là lực cản chuyển động do ma sát. W2: là lực cản chuyển động do độ dốc của đường ray. W3: là lực cản do gió. Kt: là hệ số tính đến ma sát thành bánh, theo bảng (3-6) tương ứng với khoảng cách các bánh xe bằng đ lấy Kt = 2,9 W1 = c[G +y(Gx +Q)] () Trong đó: m = 0,8: là hệ số ma sát lăn theo bảng (3-7) TTMT với loại ray đầu vồng kiểu KP ứng với đường kính bánh xe D = 710 (mm) c = 1,2 : là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại ổ và cổng trục. f = 0,02: là hệ số ma sát trong ổ theo bảng (3-8) với ổ đũa côn. W1 = 1,2[52000 + 1,3(42720 + 12000)] () W1 = 4945,59 (N) Lực cản chuyển động do độ dốc của đường ray được tính theo công thức sau: W2 = a[G +yII(Gx +Q)] a = 0,002: là độ dốc của đường ray lấy theo bảng (3-9) sách TTMT W2 = 0,002[520000 +1,3(42720 +120000)] = 1463,072 (N) W3 : là lực cản do gió được tính theo công thức W3 = q.n.c.b.Fc Trong đó: q: là cường độ áp lực gió đ chọn q = 200 N/ m2 n: là hệ số bổ sung tính đến sự tăng áp lực của gió theo chiều cao với H = 10 á 20 (m) đ n = 1,3 c: là hệ số khí động học của kết cấu, đối với dàn làm thép góc thì c = 1,6 b: là hệ số tải trọng động của gió, hệ số b chỉ tính cho cổng trục có chiều cao H> 20 (m),, còn cổng trục có H< 20 (m) thì b = 1 Fc = 89 m2: là diện tích chắn gió của cổng W3 = 200.1,3.1,6.1.89 = 37024 (N) Vậy: Wt = 2,9.4945,59 + 1463,072 + 37024 = 52829,283 (N) 5.6.2.Tính chọn động cơ Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ điện được tính theo công thức(3-60) sách TTMT Nt = (KW) Với cổng trục dùng sơ đồ truyền động riêng và 4 chân đỡ có bố trí cụm bánh xe truyền động do đó công suất tĩnh đối với 1 cụm bánh xe là: N = (KW) Tương ứng với chế độ làm việc trung bình sơ bộ ta chọn động cơ điện có ký hiệu MT 22-6 vớicác thông số: Công suất động cơ Nđc = 11(KW) Số vòng quay động cơ n = 953 (v/ph) Mômen vô lăng (GiDi2)roto = 2,62 N/ m2 Khối lượng động cơ mđc = 218 (Kg) 5.6.3. Tỷ số truyền chung. Số vòng quay cần có để đảm bảo vận tốc di chuyển cổng trục là; nbx = (v/ph) Tỷ số truyền chung cần có đối với bộ truyền động cơ cấu di chuyển cổng là: i = 5.6.4. Kiểm tra động cơ về mômen mở máy. Để tránh hiện tượng trượt trơn trên ray trong quá trình mở máy ta cần tiến hành kiểm tra về mômen mở máy của động cơ. Động cơ điện kiểm tra trong điều kiện cổng trục di chuyển ngược chiều gió và độ dốc của đường ray là: a = 0,002. Gia tốc lớn nhất cho phép để đảm bảo hệ số an toàn bám kb ³ 1,2 được tính theo công thức sau: Jomax = Trong đó: Pd = 503000 N là tổng áp lực lên bánh dẫn j = 0,12: là hệ số bám của bánh xe vào ray Wto : là tổng lực cản chuyển động Wto = Wt. đJomax = đJomax = 0,17 m/s2 \ Thời gian mở máy tương ứng với gia tốc trên là: \ Mô men mở máy yêu cầu là: Trong đó: ồ(Gi Di2) = bồ(GiDi2)roto+ (GiDi2)khớp Dựa vào đường kính phanh D = 200 cho phanh TKT200 ta chọn khớp trục đàn hồi chốt ống lót có: (GiDi2)khớp = 6,8 N/m2 đ ồ(Gi Di2) = 2,62 + 6,8 = 9,42 N/m2 đ Mm0 = (Nm) \ Đối với động cơ điện đã chọn mômen danh nghĩa là: Mdn = 9550 (Nm) đ Mmđc = = 1,8.Mdn = 1,8.110,23 = 198,414 (Nm) đ Mmđc < Mm0 = 365,64 (Nm) 5.6. Tính toán và kiểm tra phanh. Có nhiều loại phanh khác nhau được sử dụng trong máy trục như: phanh má, phanh đai, phanh thường đóng, phanh thường mở... Đối với cơ cấu di chuyển để đảm bảo cho máy, các thiết bị và hàng hoá ta chọn loại phanh thường đóng kiểu phanh má. Phanh có 2 má ngoài đặt đối xứng với phanh không gây uốn trục và cho mômen phanh theo hai chiều quay là như nhau. giả sử khi mất điện đột ngột phanh tự động đóng lại đảm bảo thiết bị cho hàng hoá. 5.6.1. Tính toán phanh. Mômen phanh phải xác định xuất phát từ yêu cầu sao cho cổng trục di chuyển trên đường ray trong mọi trường hợp không xảy ra hiện tượng trượt trơn trong thời kỳ phanh và được tính theo công thức (3-58). Mph = - Trong đó: Wot*: là lực cản do ma sát Wot* = Wol* = G.= 2929,57 (N) Gia tốc hãm khi không có vật nâng tra theo bảng (3-10) sách TTMT tương ứng với tổng số bánh dẫn = 50% và hệ số bám j = 0,12 ta chọn j0ph= 0,45 (m/s2) do đó thời gian phanh không nâng hàng là: toph = Vậy: Mph = -(Nm) Căn cứ vào mô men phanh trên ta chọn phanh má kiểu TKT 200 có mô men phanh Mp = 160 N.m 5.6.2. Kiểm tra tình hình làm việc của phanh. Vì cổng trục có cơ cấu di chuyển riêng nên kiểm tra an toàn bám cho trường hợp có sự cố tức là khi xe con ở đầu congxol phía đối diện theo công thức (3-49). Kb = Trong đó: jom = (m/s2) đ Kb = đ Kb = 1,24 > 1,2 đ Đảm bảo về bám. Vậy phanh TKT 200 đã chọn là hợp lý. 5.7. Tính chọn hộp giảm tốc. Ta chọn hộp giảm tốc trục vít bánh vít vì bộ truyền này đảm bảo được tỷ số truyền lớn, làm việc êm và có khả năng tự hãm khi cần thiết. Như đã tính toán ở trên tỷ số truyền chung rất lớn i = 60,7. Vì vậy nếu truyền động cho bánh xe chỉ dùng hộp giảm tốc mà không qua bộ truyền hở thì lực truyền qua trục vít rất lớn mà bánh xe chưa chắc đã làm việc hết công suất. Để bánh xe làm việc chắc chắn không nguy hiểm bề mặt làm việc ta sử dụng bộ truyền bánh răng hở sẽ truyền động từ trục ra của hộp giảm tốc qua bộ truyền bánh răng hở đến bánh xe căn cứ vào. Công suất động cơ Nđc = 11(KW) Số vòng quay động cơ n = 953 (v/ph) Tỷ số truyền i =60,7 Ta chọn hộp giảm tốc trục vít bánh vít tiêu chuẩn có: Tỷ số truyền i = 59 Số vòng quay trục ra n = 1000 (v/ph) Công suất N = 13,2 (KW) Sai số tỷ số truyền là: Di = .100 Di = = 2,8% <5% 5.8. Tính chọn ổ trục bánh xe. \ Tải trọng đứng do trọng lượng gây ra là: Rt = (N) \ Tải trọng chiều trục khi cổng di chuyển lệch, tải trọng này được tính như sau: At = 0,1 Pmax = 0,1.57435,185 = 5743,5185 (N) Ngoài ra còn có tải trọng ngang do lực di chuyển sang tải trọng nỳ rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Tải trọng tính lớn nhất tác dụng lên ổ là: Qt1 = (Rt.Kv + m.At).Kt.Kn Trong đó: Kt = 1,4 Theo bảng (9-3) sách TTMT Kv = 1 ; m = 1,5 ; Kn = 1 lấy theo sách chi tiết máy. đ Qt1 = (28717,59.1+5743,5185.1,5).1,4 = 52266,014 (N) ổ trục làm việc với tải trọng trên thay đổi tương ứng với các tải trọng tác dụng lên bánh xe trong từng thời gian làm việc của cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển cụ thể: Khi làm việc với: Q1 = Q có Qt1 = 52266,014 (N) Q2 = 0,75.Q đ Qt2 = 0,82. Qt1 Q3 = 0,2.Q đ Qt3 =0,41. Qt1 Q4 = 0 đ Qt4 = 0,22 .Qt1 Thời gian làm việc với các tải trọng này phân bố theo tỷ lệ 2:5:3:10. Vậy ta có thể tính được tải trọng tương đương theo công thức tính chi tiết máy: Qtđ = Trong đó: là tỷ số vòng quay tương ứng với Qt1 so với vòng quay ổ làm việc trong thời gian dài nhất. là tỷ lệ thời gian làm việc với Qti so với tổng thời gian làm việc. Qtđ = 52266,014= 34049,98(N) Theo bảng (1-1) với thời gian phục vụ ổ là thời gian 5 năm ta có: T = 24.365.5.0,5.0,67 = 14673 (h) Thời gian làm việc thực tế của ổ lăn là: h = T.CD% = 14673.0,25 = 3668 (h) Vậy hệ số khả năng làm việc của ổ lăn là: C = 0,1.Qtđ.(h.n)0,3 = 0,1.34049,98.(15,69.3668)0,3 = 91228,94 (N) Kết hợp với đường kính lắp ổ d = 110 ta chọn ổ đũa côn loại nhẹ đặc biệt GOST 333 - 71 sách TTMT hệ dẫn động cơ khí có ký hiệu là 2007122 d = 100 (mm) D = 170 (mm) B = 36(mm) T = 38(mm) r = 3(mm) c = 161000 (N) 5.9. Tính chọn khớp Mô men của khơp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc được chọn theo công thức sau: Mk = k1.k2.Mdnk Trong đó: k1 = 1,2 là hệ số tính đến độ quan trọng của kết cấu. k2 = 1,2 là hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu Mdnk = Mdn = 9550. đ Mk = 110,23.1,2.1,2 = 158,73 (Nm) Dựa vào mô men khớp nối ta chọn khớp trục đàn hồi chốt ống lót có bánh phanh với D = 3000(mm) d = 60(mm) mk = 35 Kg Mk = 200 Nm