Tài liệu Thiết kế cầu trục 5 tấn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẦU TRỤC 5 TẤN Người hướng dẫn: ThS. LƯU ĐỨC HÒA Người duyệt: ThS. NGUYỄN THANH VIỆT Sinh viên thực hiện: ĐƯỜNG NHÂN TÍN Số thẻ sinh viên: 101140121 Lớp: 14C1B Đà Nẵng, 2019 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa ở nước ta hiện nay, ngành cơ khí đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống sản xuất. Cơ khí giúp chế tạo các loại máy móc để phục vụ trong quá trình sản xuất của các ngành công nghiệp, chế tạo ra các loại máy móc để phục vụ đời sống hằng này của người dân. Cung cấp các thiết bị hiện đại để đáp ứng các như cầu đời sống của con người. Cầu trục là một sản phẩm cơ khí rất thông dụng, được sử dụng rất phổ biến trong hầu hết các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng chuyển vật có trọng lượng từ nhỏ đến rất lớn. Chính vì sự quan trọng của cầu trục trong nền kinh tế, em đã được thầy Th.S Lưu Đức Hòa đồng ý với đề tài làm Đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế cầu trục 5 tấn ”. Đề tài “ Thiết kế cầu trục 5 tấn ” bao gồm 7 chương: • Chương 1: Giới thiệu chung về máy nâng chuyển • Chương 2: Tính toán thiết kế cơ cấu nâng • Chương 3: Tính toán thiết kế xe lăn • Chương 4: Tính toán thiết kế xe cầu • Chương 5: Thiết kế hệ thống dầm chính • Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển • Chương 7: An toàn vận hành và bảo dưỡng máy Sau khi hoàn thành Đồ án tốt nghiệp dưới sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Lưu Đức Hòa đã giúp em củng cố vững vàng kiến thức đã học suốt năm năm qua. Vì kiến thức hạn hẹp nên còn nhiều thiếu sót, em mong nhận được nhiều đóng góp ý kiến của thầy để có thể thực hiện tốt hơn. Đà Nẵng, Ngày 30 tháng 5 năm 2019 Sinh viên thực hiện Đường Nhân Tín SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 1 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ...................................... Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định. Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN ............................. 4 1.1Các định nghĩa và thực trạng hiện nay ............................................................ 4 1.1.1 Các định nghĩa ........................................................................................ 4 1.1.2 Thực trạng hiện nay ................................................................................ 4 1.2 Phân loại máy nâng chuyển............................................................................ 4 1.2.1 Căn cứ vào chuyển động chính................................................................ 4 1.2.2 Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc ............................................. 8 1.3 Các thông số cơ bản của máy nâng .............................................................. 14 1.3.1 Tải trọng nâng và tải trọng tính toán...................................................... 14 1.3.2 Các thông số hình học ........................................................................... 14 1.3.3 Các thông số động học .......................................................................... 15 Chương 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG................................................................ 16 2.1 Lựa chọn phương án dẫn động ..................................................................... 16 2.1.1 Phương án 1 .......................................................................................... 16 2.1.2 Phương án 2 .......................................................................................... 16 2.1.3 Phương án 3 .......................................................................................... 17 2.2 Tính toán cơ cấu nâng .................................................................................. 17 2.2.1 Chọn loại dây ........................................................................................ 18 2.2.2 Palang giảm lực .................................................................................... 18 2.2.3 Kích thước dây...................................................................................... 19 2.2.4 Tính các kích thước của tang và ròng rọc .............................................. 19 2.2.5 Chọn động cơ điện ................................................................................ 20 2.2.6 Tỉ số truyền chung ................................................................................ 21 2.2.7 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy ............................................ 21 2.2.8 Tính và chọn phanh ............................................................................... 24 2.2.9. Hệ thống truyền động cầu trục ............................................................. 26 2.2.10 Các bộ phận khác của cơ cấu nâng ...................................................... 43 Chương 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XE LĂN ..................................................... 46 3.1 Lựa chọn phương án dẫn động ..................................................................... 46 3.1.1 Phương án 1 .......................................................................................... 46 3.1.2 Phương án 2 .......................................................................................... 46 3.1.3 Phương án 3 .......................................................................................... 47 3.2 Tính toán cơ cấu di chuyển xe lăn ................................................................ 47 3.2.1 Chọn bánh xe và ray.............................................................................. 47 3.2.2 Tải trọng lên bánh xe ............................................................................ 47 3.2.3 Động cơ điện......................................................................................... 49 3.2.4 Tỷ số truyền chung................................................................................ 50 3.2.5 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy ............................................ 50 3.2.6 Phanh .................................................................................................... 51 3.2.7 Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển xe lăn ...................................... 51 Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XE CẦU ...................................................... 57 4.1. Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu ......................................... 57 4.1.1 Phướng án 1 .......................................................................................... 57 SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 2 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn 4.1.2 Phương án 2 .......................................................................................... 57 4.1.3 Phương án 3 .......................................................................................... 58 4.2 Tính toán cơ cấu di chuyển xe cầu ............................................................... 58 4.2.1 Bánh xe và ray ...................................................................................... 58 4.2.2 Động cơ điện......................................................................................... 60 4.2.3 Tỷ số truyền chung................................................................................ 61 4.2.4 Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy ............................................ 61 4.2.5 Phanh .................................................................................................... 62 Chương 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẦM CHÍNH ............................................... 63 5.1 Lựa chọn kết cấu dầm .................................................................................. 63 5.1.1 Phương án 1: Hai dầm kết cấu dạng hộp ............................................... 63 5.1.2 Phương án 2: kết cấu 2 dầm kiểu giàn ................................................... 63 5.1.3 Phương án 3: kết cấu loại một dầm ....................................................... 63 5.2 Tính kết cấu kim loại ................................................................................... 64 5.2.1 Tính tải trọng ........................................................................................ 64 5.2.2 Xác định kích thước tiết diện của dầm chính ......................................... 65 5.2.3 Ứng suất ở tiết diện giữa dầm chính ...................................................... 67 5.2.4 Tính tiết diện gối tựa của dầm chính ..................................................... 70 5.2.5 Tính độ bền của ray dưới xe lăn ............................................................ 71 5.2.6 Tính mối ghép hàn ................................................................................ 71 5.2.7 Tính dầm cuối ....................................................................................... 73 5.2.8 Tính dầm đặt ray di chuyển cầu............................................................. 75 Chương 6 : THIẾT KẾ HỆ THÔNG ĐIỀU KHIỂN .............................................. 77 6.1 Yêu cầu về hệ thông điều khiển ................................................................... 77 6.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển ............................................................................ 77 Chương 7 : AN TOÀN VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY ............................ 79 7.1 An toàn vận hành ......................................................................................... 79 7.2 Bảo dưỡng máy............................................................................................ 79 7.2.1 Bảo dưỡng cầu trục hằng ngày .............................................................. 79 7.2.2 Bảo dưỡng cầu trục định kì ................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 81 SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 3 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY NÂNG CHUYỂN 1.1 Các định nghĩa và thực trạng hiện nay 1.1.1 Các định nghĩa a/ Máy nâng chuyển là thiết bị dùng để thay đổi vị trí của đồi tượng nhờ thiết bị mang vật trực tiêp như móc treo, hoặc thiết bị gian tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng tải,… b/ Máy trục là một loại máy nâng và vận chuyển, một trong những phương tiện quan trọng của việc cơ giới hoá các quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp và xây dựng. 1.1.2 Thực trạng hiện nay Ở các nước tiên tiến, ngành máy nâng chuyển là một ngành công nghiệp phát triển cao, về thiết bị nâng chuyển của các máy trục. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp, luôn mong muốn nâng cao năng suất lao động, do vậy phải phát triển không ngừng cải tiến kỹ thuật máy nâng và vận chuyển. Trong ngành công nghiệp mỏ thì cần có các loại thang tải, xe kíp băng tải … Trong ngành luyện kim có những cần trục nặng phục vụ kho chứa quặng và nhiên liệu… Máy nâng và vận chuyển phục vụ nhà ở, những nhà công cộng, các cửa hiệu lớn và các ga tàu điện ngầm như thang máy, trong đó có thang điện cao tốc cho các nhà cao tầng, buồng chở người và thang điện liên tục.Trong các siêu thị người ta dùng rất nhiều các cầu thang cuốn… Trong nhà máy hay phân xưởng cơ khí thì người ta trang bị nhiều máy nâng chuyển di động như cần trục, cầu trục, cổng trục dùng điện hay khí nén, thuỷ lực năng suất cao để di chuyển các chi tiết máy hoặc máy… Ngành máy nâng và vận chuyển hiện đại đang thực hiện rộng rãi việc cơ giới hoá quá trình vận chuyển trong các ngành công nghiệp và kinh tế quốc dân. Sự phát triển của kỹ thuật nâng – vận chuyển phải theo cải tiến các máy móc, tinh xảo hơn, giảm nhẹ trọng lượng, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sử dụng, tăng mức sản xuất, đơn giản hoá và tự động hoá việc điều khiển và chế tạo những máy mới nhiều hiệu quả để thoả mãn yêu cầu ngày một tăng của nền kinh tế quốc dân. Ở nước ta, máy nâng và vận chuyển cũng đã sử dụng rộng rãi trong một số ngành như xếp dỡ hàng hoá ở các bến cảng nhà ga và đường sắt. Trong công nghiệp xây dựng nhà ở, trong các nhà máy luyện kim và lâm nghiệp, xây dựng công nghiệp và quốc phòng. Trong tình hình kinh tế phát triển như hiện nay, máy nâng và vận chuyển ngày càng trở thành nhu cầu cấp bách do nhu cầu sản xuất ngày càng cao. 1.2 Phân loại máy nâng chuyển 1.2.1 Căn cứ vào chuyển động chính Chia làm hai loại: a/ Máy nâng: SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 4 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn Hình 1.1- Cổng trục - Đặc điểm làm việc: chủ yếu phục vụ các quá trình nâng vật thể khối. Đặc điểm làm việc các cơ cấu của máy nâng là ngắn hạn, lặp đi lặp lại và có thời gian dừng. Chuyển động chính của máy là nâng hạ vật theo phương thẳng đứng, ngoài ra còn có một số chuyển động khác để dịch chuyển vật trong mặt phẳng ngang như chuyển động quay quanh trục máy, di chuyển máy, chuyển động lắc quanh trục ngang (nâng hạ cần). Bằng sự phối hợp các chuyển động, máy có thể dịch chuyển vật đến bất cứ vị trí nào trong không gian làm việc của nó. - Công dụng: máy nâng dùng để vận chuyển vật liệu xây dựng và các cấu kiện lên cao, lắp ráp các cấu kiện trong xây dựng, xếp đỡ, vận chuyển hàng hóa tại các kho bãi sản xuất, trong các nhà xưởng, nha ga, bến cảng,... mấy nâng còn được thiết kế chuyên dùng để vận chuyển người lên cao. SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 5 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn - Phân loại: trong xây dựng, trọng lượng vật cần nâng có thể từ vài chục kg đến vài trăm tấn, độ cao nâng từ vài cm đến vài trăm mét. Để áp dụng vùng thông số rộng như vậy, máy nâng có rất nhiều loại. Dựa vào kết cấu chung của máy, có thể chia máy nâng thành 4 nhóm sau: + Máy nâng đơn giản: chỉ cần một cơ cấu nâng, kết cấu máy đơn giản, làm việc độc lập, dễ di dời đến nới làm việc mới, khi làm việc máy thường đẩy hoặc kéo vật theo một phương. Nhóm này có các loại như sau: kích, palang xích, palang điện, tời. Hình 1.2 - Palang + Máy nâng kiểu cần: còn được gọi là cần trục, đặc điểm chung của nhóm này là bộ phân cần. Vị trí của vật được xác định với R góc quay trong mặt phẳng ngang và độ cao z. Nhóm máy này có các loại như cần trục tháp, cần trục tự hành, cần trục thiếu nhi,… Hình 1.3- Cần trục tháp SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 6 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn + Máy nâng kiểu cầu: có kết cấu dạng một nhịp cầu. Với vị trí của vậy được xác định theo hệ tọa độ đề các( x,y,z) tức di chuyển theo ba phương vuông góc để xác định vị trí. Nhóm này có các loại như cầu trục, cổng trục, bán cổng trục, thiết bị nâng hạ kiểu dây treo. Hình 1.4- Cầu trục + Máy nâng kiểu cột: có kết cấu máy dạng cột là giàn thép hay khung thép đặt thẳng đứng, vật được nâng hạ dọc theo cột. Nhóm này có các loại như thang máy, xe nâng hàng,… Hình 1.5- Xe nâng hàng SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 7 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn a. Máy vận chuyển liên tục: Vật nặng được vận chuyển thành một dòng liên tục, theo tuyến nhất định. Khi làm việc, quá trình vận chuyển, chất và dỡ tải được tiến hành một cách đồng thời. Máy vận chuyển liên tục phục vụ các quá trình chuyển vật liệu vụn, rời trong một phạm vi không lớn. Gồm các loại băng gầu, băng tải, máy xúc liên tục, xích tải, vít chuyển…. Hình 1.6- Máy vận chuyển liên tục 1.2.2 Căn cứ vào cấu tạo và nguyên tắc làm việc a. Cầu trục: là một loại thiết bị dùng để nâng, hạ, di chuyển hang hóa trong nhà xưởng một cách đảm bảo và rất hiệu quả đối với quá trình bốc xếp hàng hóa. Cầu trục được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế, đặc biệt là trong các nhà xưởng sản xuất công nghiệp như đóng tàu, luyện kim, gia công cơ khí, thủy điện, nhiệt điện. - Ưu điểm của cầu trục: Cầu trục là một trong những thiết bị nâng hạ được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy sản xuất công nhiệp, trong các công trình, dự án công nghiệp do tính linh hoạt và an toàn khi sử dụng của các sản phẩm cầu trục. Ngoài ra, cầu trục có thể đáp ứng được nhu cầu nâng hạ vật có tải trọng rất nặng đến cả nghìn tấn mà không một thiết bị nâng hạ nào có thể đáp ứng được. Tải trọng cầu trục đa dạng từ 500kg đến tối đa cả nghìn tấn. SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 8 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn Hình 1.7- Cầu trục - Cấu tạo cơ bản của cầu trục: về cơ bản, cầu trục gồm có: + Dầm chính cầu trục: được chế tạo từ thép tấm, thép cuộn hoặc tổ hợp từ các loại thép hình. + Dầm biên cầu trục: Chế tạo từ thép và được tổ hợp với bánh xe, động cơ di chuyển. + Palang nâng hạ: là thiết bị đồng bộ, thường được nhập khẩu từ nước ngoài. Ở Việt Nam thường chỉ tổ hợp các loại pa lăng có tải trọng lớn, yêu cầu đặc biệt. + Hệ thống cấp điện: đảm bảo cung cấp điện cho pa lăng và cho toàn bộ cầu trục. Hệ điện điều khiển được đấu nối song song với hệ điện động lực và tách rời khỏi hệ điện động lực. - Phân loại cầu trục: + Phân loại theo công dụng: . Cầu trục có công dụng chung: Chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, di chuyển lắp ráp và sửa chữa máy móc . Cầu trục chuyên dùng: Được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng và chế độ làm việc rất nặng + Phân loại theo cách dẫn động cơ cấu: . Cầu trục dẫn động bằng tay: Các cơ cấu được dẫn động bằng hệ thống tời kéo tay (hệ thống đĩa xích kéo tay...) . Cầu trục dẫn động bằng điện: Các cơ cấu được dẫn động cơ điện (Palăng...) + Phân loại theo kết cấu dầm: SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 9 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn . Cầu trục dầm đơn: dầm cầu của cầu trục một dầm thường là dầm chữ I hoặc dầm tổ hợp với các dầm thép tăng cứng cho dầm, cầu trục một dầm thường dùng pa lăng điện chạy dọc theo dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển pa lăng . Cầu trục dầm đôi: Hay còn gọi là cầu trục 2 dầm . Cầu trục dầm kép: có các loại dầm hộp và dầm giàn không gian . Cầu trục dầm hộp . Cầu trục dầm giàn + Phân loại theo phạm vi phục vụ: . Cầu trục cho cầu cảng: Với sức nâng hàng hóa lớn . Cầu trục phòng nổ: Cho các nhà máy gas,khí, hầm lò than,... . Cầu trục thủy điện: Phục vụ quá trình vận hành và làm việc khi lắp đặt sửa chữa thay thế tua bin máy phát, trạm nguồn,... . Cầu trục luyện kim: Cầu trục làm việc trong các phân xưởng luyện kim có nhiệt độ rất cao . Cầu trục gầu ngoạm: Cầu trục có móc cẩu dạng gầu ngoạm chuyên dụng để bốc vật liệu rời (than, cát...) . Cầu trục mâm từ: Cầu trục có móc cẩu là các cụm nam châm điện chuyên dùng để bốc thép tấm,... + Phân loại theo cách tựa của dầm: . Cầu trục tựa . Cầu trục treo + Theo cách bố trí cơ cấu cơ cấu di chuyển cầu trục: . Cầu trục dẫn động chung . Cầu trục dẫn động riêng b. Cổng trục: Cổng trục là một loại thiết bị chuyên dùng để nâng – hạ- di chuyển hàng hóa ngoài bến bãi, nơi tập kết vật liệu. Nó rất tiện dụng, và có hiệu quả cao trong quá trình bốc xếp hàng hóa với tải trọng từ 1 tấn – 1000 tấn, cổng trục di chuyển được nhờ hệ thống motor điện bố trí dưới hai chân cổng. - Ưu điểm: + Chiều cao nâng hạ không hạn chế + Tải trọng nâng hạ lớn, không phụ thuộc vào nhà xưởng có sẵn + Chi phí lắp đặt thấp hơn so với dùng xe nâng, xe cẩu + Ít xảy ra sự cố trong quá trình làm việc + Bảo hành, bảo dưỡng đơn giản + Thời gian gia công chế tạo nhanh - Nhược điểm: Hệ thống đường ray chạy có thể ảnh hưởng đến quá trình làm việc của các thiết bị khác. - Cấu tạo cơ bản: bao gồm + Dầm chính: có kết cấu bằng thép, dạng hộp. + Chân cổng trục: dạng chữ A + Dầm đầu cổng trục ( dầm biên ) + Hệ thống palang nâng hạ + Hệ thống điện + Sàn thao tác SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 10 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn + Cabin điều khiển + Thang leo - Phân loại cổng trục: + Phân loại theo dầm chính: . Cổng trục dầm đơn: hay còn gọi là cổng trục một dầm, kết cấu thép của cổng trục gồm một dầm chính liên kết với hai dầm biên ở hai đầu bằng bulong cường độ cao. Trước kia thường dùng hộp hình chữ I làm dầm chính. Hiện nay, với quy mô sản xuất lớn và công nghệ hiện đại người ta thường dùng dầm hộp được tổ hợp từ thép tấm CT3. Cổng trục một dầm đảm bảo hình dáng công nghiệp đẹp được sử dụng trong trường hợp khẩu độ dầm nhỏ, tải trọng nâng không lớn. Hình 1.8- Cổng trục dầm đơn . Cổng trục dầm đôi: là thiết bị nâng hạ hàng hóa có tải trọng lớn Hình 1.9- Cổng trục dầm đôi SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 11 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn + Phân loại cổng trục theo công dụng: có 2 loại . Cổng trục có công dụng chung: là loại thông dụng và phổ biến nhất, chuyên dùng để xếp dỡ và vận chuyển hàng hóa, vật liệu rời kho bãi, bến cảng, nhà ga,… lọai này có tải trọng nâng từ 3.2 đến 10 tấn khẩu độ tầm 10m đến 40m, chiều cao nâng từ 7m đến 16m. . Cổng trục chuyên dùng: loại này nâng vật có tải trọng cũng như chiều cao nâng lớn c. Cần trục: được sử dụng rộng rãi để xếp dỡ hàng hóa cho các phương tiện vận chuyển, nâng chuyển hàng hóa tại các kho bãi, nhà ga, bến cảng,..ngoài ra được dùng để lắp ráp các cấu kiện, hỗ trợ các máy thi công khác như thiết bị máy đóng, ép cọc và máy khoan cọc nhồi. - Phân loại: + Cần trục tháp: Cần trục tháp hay còn gọi là cẩu tháp, đây là loại cần trục có bộ phận thân tháp lắp ráp từ các đoạn tháp rời tăng dần theo chiều cao của công trình, có tầm với rất lớn (có thể đến 50 m). Thường được dùng trong xây dựng cao ốc và các công trình xây dựng lớn. . Công dụng: Được dùng để vận chuyển vật liệu xây dựng và các cấu kiện xây dựng lên cao. Cần trục tháp được lắp ráp từ các cấu kiện, trong các công trình xây dựng có độ cao lớn hơn, khối lượng công việc lớn và trong một thời gian thi công dài. Thường được sử dụng để thi công nhà cao tầng, trụ cầu lớn, công trình thủy điện. . Cấu tạo chung: gồm 2 phần: Phần quay bố trí các cơ cấu công tác gồm: tời nâng vật, tời nâng cần, tời kéo xe con, cơ cấu quay, đối trọng, trang thiết bị điện và các thiết bị an toàn. Phần không quay có thể đặt cố định trên nền hoặc có khả năng di chuyển trên ray nhờ cơ cấu di chuyển. Tất cả các cơ cấu của cần trục đều được điều khiển từ cabin treo trên cao gần đỉnh tháp. Hình 1.10- Cần trục tháp SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 12 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn + Cần trục ôtô: . Được chế tạo với tải trọng từ 4 đến 16 tấn . Loại này có các cơ cấu như: di chuyển, nâng hạ vật, nâng hạ cần, quay và có thể thay đổi chiều dài cần. Ngoài ra còn có cơ cấu điều khiển 4 chân tựa để tăng độ ổn định khi nâng chuyển vật Hình 1.11- Cần trục ôtô + Cần trục bánh xích: . Có tải trọng nâng từ 25 đến 50 tấn ( có loại 250 tấn ) . Chiều cao nâng lên tới 50m, chiều dài cần tới 40m . Vận tốc di chuyển tối đa có thể đạt được 1.5 đến 3.6 km/h . Cần trục bánh xích có độ ổn định lớn, có thể thay đổi khoảng cách giữa 2 dãy xích, không cần sử dụng các chân chống khi nâng chuyển vật Hình 1.12- Cần trục bánh xích SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 13 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn Ngoài ra còn có các cần trục buồm, cần trục chân đế và cần trục giàn được sử dụng tại các cảng sông biển. Để nâng chuyển hàng trên sông biển, trục vớt tàu đắm,.. người ta còn cần trục nổi. 1.3 Các thông số cơ bản của máy nâng 1.3.1 Tải trọng nâng và tải trọng tính toán Các tải trọng dùng trong cơ sở thiết kế máy nâng gồm có: a/ Tải trọng nâng danh nghĩa Tải trọng nâng của máy nâng là trọng lượng danh nghĩa của vật nâng mà máy có thể nâng hạ được theo tính toán thiết kế. Q = Qv + Qmt Trong đó: Qv – trọng lượng vật nâng, N; Qmt – trọng lượng bộ phận mang tải, N b/ Tải trọng từ trọng lượng bản thân máy Trọng lượng bản thân máy bao gồm trọng lượng các cơ cấu, trọng lượng phần kết cấu thép và trọng lượng các chi tiết phụ trợ. c/ Tải trọng gió Máy nâng có chiều cao lớn làm việc ngoài trời như cần trục cảng, cần trục xây dựng, phải tính tải trọng do gió gây nên. Tải trọng gió cũng có tác động đến độ bền của các bộ phận và chi tiết máy nâng, độ ổn định của máy khi làm việc. Cường độ tải trọng gió thay đổi theo chiều cao, theo cấp gió, theo thời tiết khí hậu của từng vùng và diện tích chắn gió của các bộ phận máy nâng. Khi tính toán kết cấu thép máy nâng, tải trọng gió được xét trong hai trường hợp: - Máy nâng đang vận hành: Xác định áp lực gió lớn nhất mà máy nâng có thể làm việc được. - Máy nâng không làm việc: Xác định áp lực gió lớn nhất tác dụng lên máy nâng để tính toán thiết kế bộ phận khoá hãm của máy trên đường ray. d/ Tải trọng động. Là tải trọng xuất hiện khi máy hoạt động thực. Để tính được tải trọng động, cần phải xây dựng mô hình bài toán động lực học máy nâng và giải phương trình chuyển động của cơ hệ đã lập được trên cơ sở quy về sơ đồ một, hai, ba hay nhiều khối lượng. 1.3.2 Các thông số hình học a. Khẩu độ máy nâng: là khoảng cách tâm giữa hai đường ray của bánh xe di chuyển máy, được ký hiệu là L. b. Khoảng cách hai cầu: là khoảng cách tâm trục bánh trước và bánh sau của máy, ký hiệu là a, m. c. Tầm vươn: là khoảng cách nằm ngang từ tâm quay của máy đến tâm vật nâng, ký hiệu là L1, m. Tầm vươn chỉ có ở các máy cẩu có tay cần. d. Chiều cao nâng: là khoảng cách thẳng đứng từ vị trí thấp nhất đến vị trí cao nhất của cơ cấu mang vật khi làm việc, ký hiệu là H, m. a. Vận tốc nâng: là tốc độ nâng danh nghĩa của máy nâng, ký hiệu Vn ( m/s ) hay ( m/ph ). Vận tốc nâng phụ thuộc tải trọng nâng, tính chất công việc mà máy nâng phục vụ và nhiều yếu tố khác nữa SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 14 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn 1.3.3 Các thông số động học b. Vận tốc di chuyển: là tốc độ di chuyển danh nghĩa của máy nâng hoặc di chuyển xe con trên máy nâng, ký hiệu Vd ( m/s ) hoặc ( m/ph ). Vận tốc di chuyển phụ thuộc trọng lượng máy, tải trọng nâng, tính chất công việc và nhiều yếu tố khác c. Tốc độ quay: Đối với một số máy nâng như cần trục xây dựng, ôtô cẩu, cần trục nổi… có bộ phận quay theo trục thẳng đứng nhằm di chuyển vật nâng đến các vị trí khác nhau xung quanh mình nó. Tốc độ quay nq ( vg/ph ) thường chỉ lấy từ 1 ÷ 3,5 ( vg/ph) để tránh tải trọng quán tính lớn. SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 15 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn Chương 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG 2.1 Lựa chọn phương án dẫn động 2.1.1 Phương án 1 1. Động cơ điện . 2. Khớp nối và phanh. 3. Hộp giảm tốc 4. Tang 5. Khớp nối Đặc điểm: 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 2.1.2 Phương án 2 SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 16 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn 1. Động cơ điện 2. Khớp nối kết hợp phanh 3. Hộp giảm tốc 4. Tang Đặc điểm: 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 2.1.3 Phương án 3 1. Động cơ điện 2. Khớp nối kết hợp với phanh 3. Hộp giảm tốc 4. Tang 5. Khớp nối Đặc điểm: 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 2.2 Tính toán cơ cấu nâng Các số liệu ban đầu: - Trọng tải : Q = 5T = 50000N - Trọng lượng bộ phận mang: Qm = 2100N - Khẩu độ L = 10 mét - Chiều cao nâng H = 5 mét - Vận tốc nâng Vn = 14,5 m/ph Chế độ làm việc của các cơ cấu là chế độ trung bình. SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 17 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn 2.2.1 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 các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay. 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 ЛK -P 6x19=114 (theo trang II) với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1500÷1600N/mm2 2.2.2 Palang 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. Hình 2.1- Sơ đồ nguyên lý Palăng Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật, xác định theo CT 2-19 Q0 (1 −  ) 52100(1 − 0,98) S max = = = 13156( N ) a t m(1 −  ). 2(1 − 0,98 2 ).0,98 0 Trong đó: Q0 = Q+Qm = 50000+2100 = 52100(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. SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 18 GVHD: Th.S Lưu Đức Hòa Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu trục 5 tấn Hiệu suất của palăng xác định theo công thức 2-21. p = So Qo 52100 = = = 0,99 S max m.a.S max 2.2.13156 2.2.3 Kích thước dây Kích thước dây cáp được chọn dựa vào công thức 2-10 –[I]. Sd ≥ Smax.k = 13156.5,5 = 72398 (N) Với k = 5,5 :Hệ số an toàn bền của cáp Bảng 2-2 Xuất phát từ điều kiên theo công thức (2-10) với loại dây đã chọn trên, với dưới hạn bền của sợi σb = 1600 N/mm2.Chọn đường kính dây cáp dc = 16,5 mm có lực kéo đứt là Sđ = 141500 , chọn dư theo lực kéo yêu cầu. 2.2.4 Tính các kích thước 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. Dt ≥ dc.(e-1). e = 25 hệ số đường kính tang, theo Bảng 2. 4 Dt ≥ 16,5.(25-1) = 396(mm). Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau : Dt = Dr = 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. Dc = 0,8. Dr = 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 L2 L1 L0 L3 L0 L1 L2 L Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H = 5mm và bội suất Palăng a = 2. SVTH: Đường Nhân Tín Lớp 14C1B Trang 19