Thiết kế cầu trục 1 tấn phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm

ế ñộ trung bình Chế ñộ nặng Chế ñộ rất nặng 1,0 1,1 1,2 1,4 1,6 47 Wt = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 Trong ñó: W1 – lực cản do ma sát, tính theo công thức: W1 = D fdQGk t ++ µ2)( 0 Với: kt = 1,2 - hệ số tính ñến ma sát thành bánh, lấy theo bảng (2-6) – [tr.64]. µ = 0,3 ÷ 0,5 – hệ số ma sát lăn, chọn µ = 0,3. f = 0,015 – hệ số ma sát trong ổ trục, tra bảng (2-9). G0 = 4000 N – trọng lượng xe con kể cả vật mang. Q = 10000 N – trọng lượng vật nâng. D = 130 mm – ñường kính bánh xe. d = 40 mm – ñường kính ngỗng trục. Bảng (2-9). Hệ số ma sát trong ổ trục bánh xe. Loại ổ ổ trượt ổ lăn Kết cấu ổ Để hở Có hộp trục bôi dầu ổ bi và ổ thanh lăn ổ nón f 0,10 0,08 0,015 0,02 Vậy: W1 = 155130 40.015,03,0.2)100004000(2,1 =++ N W2 – lực cản theo ñộ dốc, tính theo công thức (3-41) – [tr.65]. W2 = α (G0 + Q) = 0,002(4000 +10000) = 28 N W3 – lực cản của gió, do thiết bị làm trong nhà xưởng nên W3 = 0. W4 – lực cản do ma sát thành bánh vào ray. W4 = ( ) h rfQG 210 + Với: f1 ≈ 0,17 – hệ số ma sát trượt của bánh xe trên ray h - khoảng cách từ M ñến A (ñiểm tiếp xúc của thành bánh xe ñến ñiểm lăn của bánh xe). r – bán kính trung bình của bánh xe, mm; thông thường r h = 0,4 ÷ 0,7 48 Vậy: W4 = ( ) 2025,0.17,0100004000 2 =+ N W5 – lực cản do trượt ngang khi xe bị xiên lệch so với ñường ray hình (2- 14) W5 = ( ) rB fQG + + σ 10 Với: σ - tổng khe hở hai bên thành bánh và ray, mm. σ = K – k ; Sơ bộ chọn σ = 1mm. B – khoảng cách trục giữa hai bánh xe, sơ bộ chọn B = 200mm. r = 67,5mm – bán kính trung bình của bánh xe. Vậy: W5 = ( ) 95,67200 117,0.100004000 = + + N W6 – lực cản do trượt hình học của bánh xe hình côn. W6 = ( ) ( )21 21 10 2 rr rrfQG + − + r1 = 75mm, r2 = 60mm – bán kính lớn nhất và nhỏ nhất của bánh xe (theo các bánh xe ñã chế tạo). W6 = ( ) ( ) 13260752 607517,0.100004000 = + − + N ⇒ Wt = 155 + 28 + 0 + 202 + 9 + 132 = 526 N Hình 2.13. Sơ ñồ tính lực cản do thành bên. K M r h 49 Hình 2.14. Xe lăn trên dầm chữ I. Công suất tĩnh yêu cầu ñối với ñộng cơ ñiện, ñược xác ñịnh theo (3-60) – [tr.71]. 21,0 85,0.1000.60 20.526 .1000.60 === ñc xt t vWN η kW Trong ñó: ñcη = 0,85 kW – hiệu suất cơ cấu di chuyển, theo bảng (1-9) – [tr.15] Tương ứng với chế ñộ làm việc của cơ cấu là nhẹ có CĐ 15%, ta chọn ñộng cơ ñiện ñã ñược tiêu chuẩn hóa có kèm theo hộp số và phanh.Với phương án này sẽ giảm bớt ñược công việc tính toán và tiết kiệm ñược giá thành mà vẫn ñảm bảo ñược ñộ tin cậy khi làm việc. Hình 2.15. Động cơ ñiện VIGE. 4-Ø12 Ø1 31 Ø1 50 16 5 49 15 7 65 165 250.8 293.8 B K 50 Căn cứ vào công suất tĩnh yêu cầu, ta chọn ñộng cơ VIGE của hãng HITACHI có các thông số sau: Kiểu ñộng cơ: VIGE. Công suất danh nghĩa: Nñc = 0,3 kW. Số vòng quay ở ñầu ra hộp số: nhs = 150 v/ph. Khối lượng: G = 9,9 kg. 2.2.2.3. Xác ñịnh tỷ số truyền bộ truyền hở. Số vòng yêu cầu của bánh xe ñể ñảm bảo vận tốc di chuyển xe con. nbx = 50130,0 20 == pipi bx x D V v/ph Tỷ số truyền cần có ñối với bộ truyền hở . inh = 350 150 == bx hs n n 2.2.2.4. Thiết kế bộ truyền hớ, bánh răng trụ - thẳng Do ñặc ñiểm dẫn ñộng của cơ cấu là dẫn ñộng một phía bằng cả hai bánh sẽ truyền ñộng cho hai bánh còn lại, nên khi thiết kế ta chỉ cần tính toán cho một bánh chủ ñộng là ñủ. Từ tỷ số truyền vừa tính ñược ta tíến hành thiết kế cặp bánh răng trụ thẳng, một cấp. Các thông số tính ñược là: số vòng quay, mômen xoắn và công suất trên trục của cặp bánh răng trụ thẳng ñược ghi trên bảng sau: Trục Thông số I II i 3 n (v/ph) N (kW) M (N.mm) 150 0,3 28650 50 0,288 82512 51 a. Chọn vật liệu và phương pháp chế tạo Đặc ñiểm của bộ truyền hở bánh răng trụ thẳng là chịu tải lớn, vì vậy ñòi hỏi vật liệu chế tạo phải có cơ tính cao.Tuy nhiên chọn vật liệu phải tính ñến giá thành sản xuất và khả năng công nghệ cho phép. Căn cứ vào những yêu cầu trên ta chọn loại vật liệu cho cặp bánh răng thiết kế như sau: - Đối với bánh răng nhỏ, chọn thép C50 thường hóa có ñộ cứng HB = 220, bσ = 620 N/mm2, chσ = 320 N/mm2, ñường kính phôi nhỏ hơn 100mm. - Đối với bánh răng lớn, chọn thép C45 thường hóa, có ñộ cứng HB = 190, bσ = 580 N/mm2, chσ = 320 N/mm2, ñường kính phôi 100 ÷ 300 mm. b. Xác ñịnh ứng suất cho phép - Ứng suất tiếp xúc cho phép: [ ] Ntx KHB..5,2=σ Trong ñó: KN – hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc. KN = 6 0 tdN N Với: N0 =106 - 107 số chu kỳ của ñường cong mỏi tiếp xúc, ta chọn: N0 = 107. Ntd – số chu kỳ ứng suất tương ñương. N1 = 60 n1Tu = 60.100.10573.1 = 6,34.107 > 107 N2 = 60 n2Tu = 60.50.10573.1 = 3,17.107 > 107 Cho nên KN1 = KN2 = KN = 1 Vậy ứng suất tiếp xúc cho phép là: [ ] 5501.220.5,21 ==txσ N/mm2 [ ] 4751.190.5,22 ==txσ N/mm2 - Ứng suất uốn cho phép: [ ] ( ) σ σ σ Kn K N u . ..6,14,1 '1−÷ = Trong ñó: 1−σ - giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ ñối xứng có thể xác ñịnh theo công thức: 52 1−σ = (0,45 ÷ 0,5) bσ n = 1,1 – hệ số an toàn. σK = 1,8 – hệ số tập trung ứng suất ở chân răng. m td N N N K 0' = - hệ số chu kỳ ứng suất uốn. Với: m = 6 – bậc ñường cong mỏi uốn. N0 = 5.106 – số chu kỳ cơ sớ của ñường cong mỏi uốn. 65,0 10.34,6 10.5 6 7 6 ' 1 ==NK 73,0 10.17,3 10.5 6 7 6 ' 2 ==NK Vậy: [ ] 137 8,1.1,1 65,0.620.45,0.5,1 1 ==uσ N/mm 2 [ ] 144 8,1.1,1 73,0.580.45,0.5,1 2 ==uσ N/mm 2 - Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải. Bánh nhỏ: [ ] [ ] 1373550.5,25,2 1max1 === txH σσ N/mm2 Bánh lớn: [ ] [ ] 1195478.5,25,2 2max2 === txH σσ N/mm2 - Ứng suất uốn cho phép khi quá tải. Bánh nhỏ: [ ] 484220.2,2.2,2 max1 === HBFσ N/mm 2 Bánh lớn: [ ] 418190.2,2.2,2 max1 === HBFσ N/mm 2 c. Sơ bộ chọn hệ số tải trọng Ksb, hệ số chiều rộng mΨ và số răng Z Giá trị Ksb có thể chọn sơ bộ trong khoảng 1,2 ÷1,6. Khi chọn chú ý khả năng chạy mòn của vật liệu chế tạo, cách bố trí bộ truyền và môi trường làm việc của bộ truyền. Giá trị hệ số mΨ = b/m = 12 ñược chọn theo bảng 40 – TKCTM. Số răng Z ñược chọn theo kinh nghiệm thỏa mãn ñiều kiện: Z1 > Z1min =17 răng, chọn Z1 = 25 răng 53 Z2 = inh.Z1 = 3.25 = 75 răng d. Xác ñịnh môñun ăn khớp theo sức bền tiếp xúc và khoảng cách trục. - Sơ bộ tính ñường kính vòng lăn bánh răng nhỏ theo công thức: [ ]3 6 ... ..10.1,19 um sb nzy NK m σψ ≥ Trong ñó: K = 1,5 – hệ số quá tải. N = 0,3 – công suất ñộng cơ. y = 0,429 – hệ số dạng răng, xác ñịnh theo (bảng 36) dựa vào số răng tương ñương. [ ]uσ = 137 N/mm2 - ứng suất uốn cho phép. n = 150 – số vòng quay của ñộng cơ. Vậy: 48,1 137.12.150.25.429,0 3,0.5,1.10.1,19 3 6 =≥sbm Theo tiêu chuẩn ta chọn msb = 2. Tính khoảng cách trục A, sơ bộ Asb = ( ) ( ) 100 2 7525.2 2 21 = + = + ZZmsb mm e. Chọn cấp chính xác ñể chế tạo bánh răng Để chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng ta cần xác ñịnh vận tốc vòng của răng V = ( ) 2,0)13(10.6 150.50.2 110.6 ..2 10.6 .. 44 1 4 11 = + = + = pipipi i nAdn m/s Theo giá trị vận tốc vòng ñã tính chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng là cấp 9, theo bảng (10-1-CTM). f. Xác ñịnh chính xác khoảng cách trục A Hệ số tải trọng ñược xác ñịnh theo công thức: K = Ktt.Kñ Trong ñó: Ktt – hệ số tập trung tải trọng. 2 1' + = tt tt K K 54 Với 1' =ttK , tra theo (bảng 32) ứng với 4,02 13 .2.0 2 1 = + = +i Aψ Vậy: 1 2 11 = + =ttK Suy ra: K = 1.1,1 = 1,1 Với Kñ = 1,1- Hệ số tải trọng ñộng tra (bảng 33 - TKCTM). Ta thấy: K # Ktt hơn 5% do ñó ta phải ñi xác ñịnh lại khoảng cách trục A theo công thức: 97 2,1 1,1 .100 33 === sb sb K KAA mm Ta xác ñịnh lại giá trị, 94,1 2,1 1,1 .2 33 === sb sb K K mm Vì m < msb nên ta không cần tính lại. g. Kiểm nghiệm răng theo quá tải ñột ngột Để bộ truyền có khả năng chịu quá tải trong thời gian ngắn cần kiểm tra bộ truyền quá tải theo ñiều kiên : [ ] max . FqtuF K σσσ ≤= [ ] max . HqttxH K σσσ ≤= Trong ñó: uσ - ứng suất uốn theo tải trọng danh nghĩa [ ]uu nbzmy NK σσ ≤= .... ..10.1,19 2 6 Với : K = 1,5 – hệ số quá tải. N – công suất của ñộng cơ trên trục tương ứng. y = 0,429 – hệ số biên dạng răng, xác ñịnh dựa vào số răng. z – số răng tương ứng trên mỗi bánh. n – số vòng quay trên mỗi trục. b = AA .ψ = 0,2.97 = 19,4 mm, chiều rộng bánh răng. m =2 – mô ñun ăn khớp. 55 Vậy: 84,68 150.4,19.25.2.429,0 3,0.5,1.10.1,19 2 6 1 ==uσ N/mm 2 59,56 50.4,19.75.2.501,0 288,0.5,1.10.1,19 2 6 2 ==uσ N/mm 2 Ta thấy: [ ]11 uu σσ < , [ ]22 uu σσ < Thỏa mãn yêu cầu. Tương tự ta cũng tính ñược giá trị ứng suất tiếp xúc theo công thức: ( ) ( ) 609 50.4,19 288,0.5,1.13 3.97 10.05,1 . .1 . 10.05,1 36 2 36 = + = + = nb NKi iAtx σ N/mm2 Với Kqt = 2,4 – hệ số quá tải của hệ thống, ta tính ñược các ứng suất uốn quá tải tương ứng là: [ ] max1 2 1 /288,1654,2.84,68 FF mmN σσ ≤== [ ] max2 2 2 /816,1354,2.59,56 FF mmN σσ ≤== [ ] max 2/46,9434,2.609 HH mmN σσ ≤== Kết quả tính toán ñều thỏa mãn. h. Xác ñịnh các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền: - Khoảng cách trục A = 97mm - Chiều cao răng h = 2,25.m = 2,25.2 = 4,5 mm - Độ hở hướng tâm C = 0,25.m = 0,25.2 = 0,5 mm - Đường kính vòng chia dc1= m.Z1 = 2.25 = 50 mm dc2= m.Z2 = 2.75 = 150 mm - Đường kính vòng lăn d1= dc1; d2 = dc2 - Đường kính vòng ñỉnh răng De1 = dc1 + 2m = 50 + 2.2 = 54 mm De2 = dc2 + 2m = 150 + 2.2 = 154 mm - Đường kính vòng chân răng Di1 = dc1 - 2m - 2C = 45 mm Di2 = dc2 - 2m - 2C = 145 mm Để thuận tiên cho việc lắp ráp ta có thể chế tạo bánh răng gắn liền với bánh xe của cơ cấu di chuyển (hình 2-11). 56 i. Tính lực Lực tác dụng trong trong bộ truyền bánh răng ñược xác ñịnh theo hai thành phần: - Lực vòng P1 = P1 = 143240 28650.2.2 == d M x N - Lực hướng tâm Pr1 = Pr2 = P.tgα = 1432.tg200 = 521N 2.3. TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU 2.3.1. Chọn sơ ñồ tính và các thông số cơ bản Mô hình cơ cấu di chuyển cầu: Như ñã biết, cầu trục thiết kế là loại có tải trọng nâng và khẩu ñộ nhỏ do ñó yêu cầu kết cấu của cơ cấu di chuyển phải nhỏ gọn và làm việc tin cậy. Vậy ta chọn phương án cho cơ cấu di chuyển cầu là: cơ cấu di chuyển dẫn ñộng chung với trục truyền quay chậm. Kết cấu của cơ cấu di chuyển cầu bao gồm: trục ñộng cơ ñiện 1, hộp giảm tốc 2 và các ñoạn trục truyền 3 nối với nhau và nối với trục ra của hộp giảm tốc bằng các khớp nối 4. Trục truyền tựa trên các gối ñỡ 5 bằng ổ bi truyền chuyển ñộng tới bánh xe 7 di chuyển cầu trục qua cặp bánh răng hở 6. Với phương án này mômen xoắn trên trục truyền sẽ nhỏ và kích thước của nó cũng nhỏ. Hình 2.16. Sơ ñồ cơ cấu di chuyển. Các thông số cơ bản: Tải trọng: Q = 1t = 10000 N. Trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật: Gx = 4000 N. 1 2 4 5 3 6 7 57 Trọng lượng cầu kể cả cơ cấu di chuyển: G0 = 20000 N ( theo các cầu ñã chế tạo). Vận tốc di chuyển cầu là : Vc = 35 m/ph. Chế ñộ làm việc của cơ cấu là : nhẹ. Sơ ñồ cơ cấu di chuyển - hình (2.16.). 2.3.2. Tính cơ cấu di chuyển cầu 2.3.2.1. Tính bánh xe và ray Ta chọn loại bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thước theo Γ OCT 3569-60. Đường kính bánh xe chọn Dbx= 320 mm, ñường kính ngỗng trục lắp ổ d = 60mm. Căn cứ vào kích thước tương ứng của bánh xe chọn chiều rộng vành bánh là 100 mm, chọn ray cầu trục KP80 ñể làm ray cho cầu lăn. Tải trọng tác dụng lên bánh xe: Bánh xe bố trí với khoảng cách bánh (khẩu ñộ dầm) L = 8000 mm và khoảng cách trục B = 1200 mm. Khi ñó tải trọng tác dụng lên các bánh xe gồm trọng lượng bản thân cầu Gc, trọng lượng bản thân xe lăn Gx và trọng lượng vật nâng Q. Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mỗi bánh xe là khi xe con mang cơ cấu nâng có vật nâng lớn nhất tại một ñầu giới hạn bên trái (phải) cầu, hình (2-17). Hình 2.17. Sơ ñồ tải trọng tác dụng. Pmax = P1 = P2 = ( ) cx GL lLQG 4 1 2 1 + − + = = ( ) 1165020000 4 1 8 4,08100004000 2 1 =+ − + N Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên mỗi bánh xe khi xe lăn không có vật nâng tại ñầu giới hạn bên trái (phải) cầu. l = 400 Gx + Q Gc A L = 8000 B RB 4000 RA 58 Pmin (1;2) = =+− cx GL lLG 4 1 2 1 = 690020000 4 1 8 4,08 .4000 2 1 =+ − N Tải trọng tương ñương tác dụng lên bánh xe, xác ñịnh theo công thức Pbx =γ kbxPmax Trong ñó:γ - hệ số tính ñến sự thay ñổi của tải trọng, xác ñịnh theo công thức: 82,0 200004000 100001 11 2 1 1 11 2 1 33 0 =                     + + +=                     + += G Q γ kbx = 1,1 – hệ số tính ñến chế ñộ làm việc của cơ cấu, bảng (2-8). Vậy: Pbx = 0,82.1,1.11650 = 10508 N Bánh xe ñược chế tạo bằng thép ñúc 55Л làm tốt có ñộ rắn HB = 300 ÷ 320. Sức bền dập ñược kiểm tra theo công thức: Trong ñó: b = 60 mm – chiều rộng mặt làm việc. r = 160 mm – bán kính bánh xe. Vậy: 199 160.60 10508190 ==dσ N/mm 2 Ứng suất dập cho phép trong bảng (2-19) – [tr.44] là: [ ]dσ = 750 N/mm2 Vậy kích thước bánh xe ñã chọn là an toàn. 2.3.2.2. Chọn ñộng cơ ñiện Lực cản chuyển ñộng do ma sát, xác ñịnh theo công thức: ( ) bxD dfQGW .201 ++= µ Trong ñó: µ = 0,5 – Hệ số ma sát lăn, bảng (3-7) f = 0,02 – hệ số ma sát trong ổ trục, bảng (2-9). [ ]dbxd rb P σσ ≤= . 190 59 Vậy: ( ) 234 320 60.02,05,0.210000240001 = + +=W N Lực cản do ñộ dốc ñường ray, xác ñịnh theo công thức: ( ) 34)1000024000.(001,002 =+=+= QGW α N Trong ñó: α = 0,001 – ñộ dốc ñường ray, tra bảng(2-9) Tổng lực cản tĩnh chuyển ñộng, xác ñịnh theo công thức: Wt = ktW1 + W2 = 3,2.234 +34 = 783 N Trong ñó: kt = 3,2 – hệ số kể ñến lực cản do ma sát thành bánh và mặt ñầu moay ơ bánh xe, tra bảng (3-6) ứng với tỷ số L/B =1. Công suất tĩnh yêu cầu ñối với ñộng cơ ñiện, xác ñịnh theo công thức: 537,0 85,0.1000.60 35.783 .1000.60 . === ñc ct t VW N η kW Trong ñó: ñcη = 0,85 – hiệu suất của cơ cấu di chuyển (hiệu suất của bộ truyền) Tương ứng với chế ñộ làm việc của cơ cấu là nhẹ, sơ bộ ta chọn ñộng cơ ñiện ĐK 32-6 có các ñặc tính sau: - Công suất danh nghĩa Nñc = 0,6 kW - Số vòng quay danh nghĩa nñc = 930 v/ph - Hệ số quá tải dnM M max = 1,9 - Mômen bánh ñà của roto ( ) rotoii DG 2 = 0,2 Nm2 - Khối lượng 27 kg 2.3.2.3. Tỷ số truyền chung Số vòng quay yêu cầu của bánh xe là: 35 32,0. 35 === pipi bx bx bx D V n Tỷ số truyền chung yêu cầu ñối với bộ truyền 5,26 35 930 === bx ñc c n ni 60 2.3.2.4. Kiểm tra ñộng cơ ñiện về mômen mở máy - Gia tốc lớn nhất ñể ñảm bảo hệ số bám 2,1≥bk ñược tính từ công thức:       −+= 0 0 max0 2,1 tbx d d W D dfGG G gj ϕ Trong ñó: g = 9,81 m/s2 – gia tốc trọng trường. G0 = 24000 N – trọng lượng cầu kể cả cơ cấu di chuyển. Gd = 6900 N – tổng áp lực lên các bánh dẫn khi không có vật nâng. ϕ = 0,20 – hệ số bám của bánh xe vào ray khi làm việc trong nhà. f = 0,02 – hệ số ma sát trong ổ trục, bảng (2-9). 0 tW - Tổng lực cản tĩnh chuyển ñộng của cơ cấu khi không có vật nâng = 0 tW = + bxD dfG .20 µ 160 320 60.02,05,0.224000 =+ N Vậy: 41,0160 3,0 05,002,0.6900 2,1 2,0.6900 24000 81,9 max0 =      −+=j m/s2 - Mômen mở máy tối ña cho phép, xác ñịnh theo công thức ( ) 0 1 2 02 1 2 0 0 0 3753752 m Iii ñcmñc bx ñcñc bxt m t nDG ti nDG i DW M ∑++= β ηη Trong ñó: iñc = 25 - tỷ số truyền chung ñối với bộ truyền. ñcη = 0,85 – hiệu suất của bộ truyền. n1= 930 – số vòng quay của trục ñộng cơ. 0 mt - thời gian mở máy tương ứng, 4,141,0.60 35 60 max0 0 === j v t cm s β = 1,1 – hệ số kể ñến ảnh hưởng quán tính của các tiết máy quay trên các trục sau trục ñộng cơ. Iii DG )( 2∑ - tổng mômen vô lăng của các tiết máy quay trên trục I, Nm2 β ≈∑ Iii DG )( 2 β [ khopiirotoii DGDG )()( 22 + ] = 1,1[0,2 + 0,13] = 0,363 Nm2 Vậy: 43,26 4,1.375 930.363,0 85,0.4,15,26.375 930.32,0.24000 85,0.5,26.2 32,0.160 2 2 0 =++=mM Nm 61 - Mômen danh nghĩa của ñộng cơ ñã chọn 16,6 930 6,0 .95509550 === ñc ñc dn n N M Nm - Mômen mở máy trung bình của ñộng cơ ( ) 5,1016,6.7,17,1 2 1,15,28,1 )( === +÷ = dn dndn ñcm M MM M Nm Ta thấy: 0)( mñcm MM < , mặc dù ñã chọn Mm max = 1,9Mdn ñộng cơ vẫn có mômen mở máy nhỏ hơn so với trị số cho phép, vậy ñộng cơ chọn là hợp lý. 2.3.2.5. Tính chọn phanh Để phanh ñược nhỏ gọn, ta sẽ ñặt phanh ở trục thứ nhất tức là trục ñộng cơ. Khi ñó việc tính chọn phanh gồm các bước sau. - Mômen phanh ñược xác ñịnh theo công thức ( ) 0 1 2 02 1 2 0 0 3753752 ph Iii phñc ñcbx ñcñc bxt ph t nDG ti nDG i DW M ∑++−= βη η Trong ñó: 0pht - thời gian phanh khi không có vật nâng: 42,1 41,0.60 35 60 0 0 === ph c ph j v t s 0 phj = 0,75 – gia tốc hãm, theo bảng ( ) tùy theo tỷ lệ số bánh dẫn và hệ số bám ϕ . Vậy: 97,6 42,1.375 930.363,0 42,1.5,26.375 85,0.930.32,0.24000 85,0.5,26.2 32,0.160 2 2 =++−=phM Nm Ta chọn phanh cho cơ cấu là phanh ñĩa ñiện từ với nhiều mặt ma sát vì có kích thước nhỏ gọn, làm việc tin cậy (hình 2.5.). Kết cấu và nguyên tắc làm việc của nó ñược trình bầy trong phần (2.1.2.8.). Để ñơn giản thời gian cho việc thiết kế và tiết kiệm chi phí ñồng thời vẫn ñảm bảo ñộ tin cậy cho cơ cấu trong quá trình làm việc, ta chon phương án mua săn căn cứ vào mômen phanh yêu cầu. 62 2.3.2.6. Thiết kế bộ truyền Bộ truyền của cơ cấu bao gồm hộp giảm tốc và bộ truyền bánh răng hở, tỷ số truyền tương ứng của chúng ñược tính theo công thức: ic = inh.ih Trong ñó: ic – tỷ số truyền chung. inh – tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hở. ih – tỷ số truyền của hộp giảm tốc. Từ tỷ số truyền ta tiến hành thiết kế các cặp bánh răng trụ thẳng, căn cứ vào yêu cầu về tỷ số truyền trung bình của bộ truyền bánh răng trụ thẳng mà ta có thể chọn: inh = 3 ÷ 5, ih = 3 ÷ 7. Vậy sơ bộ ta chọn inh = 5 thì tỷ số truyền của hộp giảm tốc sẽ là: ih = i/inh = 26,5/5 = 5,3 Tính chọn hộp giảm tốc: Ta tiến hành thiết kế hộp giảm tốc dựa vào các thông số ñã biết: Ih = 5,3 – tỷ số truyền chung. Nñc = 0,6 kW – công suất của ñộng cơ ñiện. nñc = 930 – số vòng quay trên trục ñộng cơ. Sơ bộ ta chọn hộp giảm tốc có kết cấu như hình (2-18). Ta lập bảng phân phối các giá trị thông số ñộng – ñộng lực học các cấp của hệ truyền dẫn như sau: Bảng (2-11). Giá trị thông số ñộng – ñộng lực học các cấp của hệ truyền dẫn. Trục Thông số I II III I I12 = 2,65 I23 = 2 n, v/ph 930 351 175,5 N, kW 0,6 0,576 0,553 Mx, (N.mm) 6161 15673 30092 Với: n1 = nñc =930 v/ph ; n2 = 12 1 i n ; 23 2 3 i n n = 63 N1 = Nñc =0,6kW; N2 =η N1; N3 = η N2 M1 = Mx = 6161(N.mm); M2 = i12.η .M1; M3=i23.η .M2 Trong ñó: Mx – mô men xoắn trên trục ñộng cơ ;η = (0,95 ÷ 0,97) – hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ, chọnη = 0,96 Căn cứ vào yêu cầu vào công suất phải truyền với CĐ15%, số vòng quay trục vào, tỷ số truyền và yêu cầu về lắp ráp, ta chọn phương án mua sẵn hộp giảm tốc tiêu chuẩn dựa vào các thông số ñộng – ñộng lực học của các cấp ñược ghi trên bảng (2-11). Với phương án này sẽ giảm ñược chi phí và tính toán. Hình 2.19. Sơ ñồ hộp giảm tốc. Thiết kế bộ truyền bánh răng hở Từ tỷ số truyền vừa tính ñược ta ta tíến hành thiết kế cặp bánh răng trụ thẳng răng thẳng, một cấp. Các thông số tính ñược là: số vòng quay, mômen xoắn và công suất trên trục của cặp bánh răng trụ thẳng. a. Chọn vật liệu và phương pháp chế tạo Đặc ñiểm của bộ truyền hở bánh răng trụ thẳng là chịu tải lớn, vì vậy ñòi hỏi vật liệu chế tạo phải có cơ tính cao. Tuy nhiên chọn vật liệu phải tính ñến giá thành sản xuất và khả năng công nghệ cho phép. Căn cứ vào những yêu cầu trên ta chọn loại vật liệu cho cặp bánh răng thiết kế như sau: Trục Thông số I II i 5 n (v/ph) N (kW) Mx (N.mm) 175,5 0,553 30092 35 0,531 144441 nñc n tr 64 - Đối với bánh răng nhỏ, chọn thép C50 thường hóa có ñộ cứng HB = 220, bσ = 620 N/mm2, chσ = 320 N/mm2, ñường kính phôi 100 ÷ 200mm. - Đối với bánh răng lớn, chọn thép C45 thường hóa, có ñộ cứng HB = 190, bσ = 580 N/mm2, chσ = 320 N/mm2, ñường kính phôi 200 ÷ 400 mm. Các bước tiếp theo làm tương tự như ñã trình bày ở phần 2.2.2.4 ta xác ñịnh ñược các ñại lượng chính sau: b. Ứng suất cho phép - Ứng suất tiếp xúc cho phép: [ ] 5501.220.5,21 ==txσ N/mm2 [ ] 4751.190.5,22 ==txσ N/mm2 - Ứng suất uốn cho phép: [ ] 137 8,1.1,1 65,0.620.45,0.5,1 1 ==uσ N/mm 2 [ ] 144 8,1.1,1 73,0.580.45,0.5,1 2 ==uσ N/mm 2 - Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải. Bánh nhỏ: [ ] [ ] 1373550.5,25,2 1max1 === txH σσ N/mm2 Bánh lớn: [ ] [ ] 1195478.5,25,2 2max2 === txH σσ N/mm2 - Ứng suất uốn cho phép khi quá tải. Bánh nhỏ: [ ] 484220.2,2.2,2 max1 === HBFσ N/mm 2 Bánh lớn: [ ] 418190.2,2.2,2 max1 === HBFσ N/mm 2 c. Hệ số tải trọng Ksb, hệ số chiều rộng mΨ và số răng Z Giá trị Ksb có thể chọn sơ bộ trong khoảng 1,2 ÷1,6. Khi chọn chú ý khả năng chạy mòn của vật liệu chế tạo, cách bố trí bộ truyền và môi trường làm việc của bộ truyền. Giá trị hệ số mΨ = b/m = 12 ñược chọn theo bảng 40 – TKCTM. Số răng Z ñược chọn theo kinh nghiệm thỏa mãn ñiều kiện: Z1 > Z1min =17 răng, chọn Z1 = 30 răng 65 Z2 = inh.Z1 = 5.30 = 150 răng d. Xác ñịnh môñun ăn khớp theo sức bền tiếp xúc và khoảng cách trục. 56,1 137.12.186.30.451,0 553,0.5,1.10.1,19 3 6 =≥sbm Theo tiêu chuẩn ta chọn msb = 2 Tính khoảng cách trục A, sơ bộ Asb = ( ) ( ) 180 2 150300.2 2 21 = + = + ZZmsb mm e. Cấp chính xác ñể chế tạo bánh răng Cấp chính xác chế tạo bánh răng là cấp 9. f. Xác ñịnh chính xác khoảng cách trục A khoảng cách trục: 192 2,1 47,1 .180 33 === sb sb K KAA mm Mô ñun ăn khớp xác ñịnh lại có giá trị bằng: 14,2 2,1 47,1 .2 33 === sb sb K K mm g. Kiểm nghiệm răng theo quá tải ñột ngột Để bộ truyền có khả năng chịu quá tải trong thời gian ngắn cần kiểm tra bộ truyền quá tải theo ñiều kiện : [ ] max . FqtuF K σσσ ≤= [ ] max . HqttxH K σσσ ≤= Kết quả tính ñược là: [ ] max1 2 1 /92,854,2.799,35 FF mmN σσ ≤== [ ] max2 2 2 /32,614,2.55,25 FF mmN σσ ≤== [ ]3 6 ... ..10.1,19 um sb nzy NK m σψ ≥ 66 [ ] max 2/62,5894,2.6,380 HH mmN σσ ≤== Kết quả tính toán ñều thỏa mãn. h. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền: - Khoảng cách trục A = 192mm - Chiều cao răng h = 2,25.m = 2,25.2,14 = 5,45 mm - Độ hở hướng tâm C = 0,25.m = 0,25.2,14 = 0,535 mm - Đường kính vòng chia dc1= m.Z1 = 2,14.30 = 64,2 mm dc2= m.Z2 = 2,14.150 = 321 mm - Đường kính vòng lăn d1= dc1; d2 = dc2 - Đường kính vòng ñỉnh răng De1 = dc1 + 2m = 64,2 + 2.2,14 = 68,48 mm De2 = dc2 + 2m = 321 + 2.2,14 = 325,28 mm - Đường kính vòng chân răng Di1 = dc1 - 2m - 2C = 58,85 mm Di2 = dc2 - 2m - 2C = 315,56 mm Để thuận tiện cho việc lắp ráp ta có thể chế tạo bánh răng gắn liền với bánh xe của cơ cấu di chuyển (hình 2-20). i. Tính lực Lực tác dụng trong trong bộ truyền bánh răng ñược xác ñịnh theo hai thành phần: - Lực vòng P1 = P1 = 481560 144441.2.2 == d M x N - Lực hướng tâm Pr1 = Pr2 = P.tgα = 4815.tg200 = 1753 N 2.3.2.7. Tính bánh xe và ray Ta chọn bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thước theo ΓOCT 3569- 60 . Ta chọn ñường kính bánh xe Dbx = 320 mm, ñường kính ngỗng trục lắp ổ d = 60 mm Bánh xe ñược bố trí với khoảng cách bánh (khoảng cách hai ray) Lr = 8000 mm và khoảng cách trục 1200 mm. Tải trọng tác dụng lên bánh xe gồm trọng lượng cổng trục Gct, trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật Gx và trọng lượng vật nâng Q. Vậy tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe khi nâng vật là: 67 ( ) ( ) 8500 4 10000400020000 4max = ++ = ++ = QGG P xc N Tải trọng tương ñương tác dụng lên bánh xe tính theo công thức: Pbx =γ .kbx.Pmax = 0,8 .1,1.8500 = 7480 N Trong ñó: γ = 0,8 – hệ số tính ñến sự thay ñổi tải trọng, tương ứng với 1 400 10000 >= xG Q , tra bảng 2- kbx = 1,1 – hệ số tính ñến chế ñộ làm việc của cơ cấu, bảng (2-8). Ứng suất dập ñược kiểm tra theo công thức: [ ]dd Pm σρσ ≤= 3 2max..3600 Trong ñó: maxρ = 320 mm - bán kính tương ñương lớn nhất, ñối với ñường kính bánh xe là 320 mm, ta chọn ray P15 có 146min =ρ mm. m - hệ số, phụ thuộc hệ số: 45,0 320 146 min max == ρ ρ , theo bảng (2- )ta chọn m = 0,536. Vậy: 807 320 7480 .536,0.3600 3 2 ==dσ N/mm 2 Đối với bánh xe làm bằng vật liệu là thép 40 XH, ứng suất dập cho phép là: [ ] 2200=dσ N/mm2, có ñộ cứng HB = 300 ÷ 400. So sánh kết quả ta thấy [ ]dd σσ < , vậy bánh xe và ray làm việc an toàn. Hình 2.20. Bánh xe và ray. b2 h2 h1 R r1 r2 r 4 b 1 320 60 20 100 60 68 Bảng (2-12). Hệ số m. Bảng (2-13). Các thông số của ray P15. Kiểu ray h1 (mm) h2 (mm) b1 (mm) b2 (mm) r1 (mm) r2 (mm) r4 (mm) R (mm) P15 120 24 50 76 36 52 45 146 2.3.2.8. Tính trục truyền Trục truyền chuyển ñộng quay từ ñộng cơ tới các bánh xe nên trong trường hợp này mômen tác dụng lên chục chỉ là mômen xoắn, với giá trị mômen xoắn cầu truyền trên trục nên trong trường hợp này ta xác ñịnh ñược ñường kính trục theo mômen xoắn. Giá trị ñường kính trục sơ bộ ñược xác ñịnh theo công thức: [ ]3 .2,0 x x sb Md τ ≥ Trong ñó: Mx – mômen xoắn truyền trên trục, Mx = 30092 N.mm. [ ]xτ - ứng suất xoắn cho phép, [ ]xτ = 10 N/mm2. Vậy: 68,24 20.2,0 30092 3 =≥sbd mm So bộ chọn d = 30 mm, trục truyền là trục ñặc. mãρ ρmin 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 m 1,28 0,97 0,80 0,716 0,6 0,536 0,49 0,468 0,44 0,42 0,40 0,38 69 CHƯƠNG III TÍNH KẾT CẤU THÉP CỦA CẦU TRỤC 70 Cầu gồm dầm chính kiểu chữ I nối cứng với hai dầm cuối. Trên dầm cuối ñặt các bánh xe ñể cầu di chuyển dọc phân xưởng. Xe lăn di chuyển trên cạnh dưới của dầm chữ I. Kết cấu kim loại của cầu ñược tính theo các số liệu ban ñầu sau: - Tải trọng: Q = 1t = 10000 N - Trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật Gx = 4000 N - Trọng lượng cầu với cơ cấu di chuyển Gc = 20000 N - Khẩu ñộ dầm cầu L = 8 m - Trọng lượng khung giàn thép Gt = 1500 N 3.1. TÍNH DẦM CHÍNH 3.1.1. Chọn vật liệu Trong cầu trục kết cấu dầm chính chiếm một phần rất lớn, khối lượng kim loại dùng cho dầm chính chiếm ñến 60 ÷ 80% khối lượng kim loại máy trục. Là kế cấu chịu tải chính nên ñòi hỏi kết cấu phải ñủ bền trong trường hợp phải chịu tải trọng lớn nhất. Ngoài việc phải ñảm bảo ñộ bền khi làm việc, kết cấu kim loại cần dễ dàng ra công, ñẹp có giá thành thấp, bề mặt ngoài của kết cấu cần phẳng ñể dễ ñánh gỉ và dễ sơn. Vì thế việc chọn kim loại thích hợp cho dầm chính ñể sứ dụng chúng một cách kinh tế nhất là rất quan trọng. Căn cứ vào yêu cầu trên ta chọn loại thép cho dầm là: thép CT3 với lượng lưu huỳnh không chứa quá 0,05%, lượng phốt pho không quá 0,045%. Đây là loại thép thường dùng cho các dầm chịu tải của máy trục. 3.1.2. Xác ñịnh các tải trọng tác dụng lên dầm chính Các tải trọng tác dụng lên dầm chính gồm: tải trọng không di ñộng, tải trọng di ñộng, lực quán tính khi phanh các cơ cấu. - Tải trọng không di ñộng: là tải trọng của khung giàn thép và cơ cấu di chuyển cầu, tải trọng này coi như phân bố ñều dọc theo chiều dài kết cấu, ñược tính như sau: q = 325 8 110015000,11 = + = + L GGk dt N/m Trong ñó: k1 = 1,0 – hệ số ñề chỉnh kể ñến các hiện tượng va ñập khi di chuyển 71 máy trục, ứng với vận tốc di chuyển v < 60 m/ph. Gt, Gd – trọng lượng của khung giàn thép và cơ cấu di chuyển, sơ bộ chọn Gt = 1500 N; Gd = 1100 N. L = 8 m – khẩu ñộ dầm cầu. - Tải trọng di ñộng: là tải trọng do áp lực thẳng ñứng của các bánh xe của xe lăn tạo ra khi di chuyển dọc theo két cấu kim loại ñặt ở ñiểm tiếp xúc của bánh xe với ñường ray. Tải trọng này sinh ra do trọng lượng vật nâng và trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật, trị số của các tải trọng này bằng: P = k2 4 Q + 4 xG = 1,1 4 10000 + 4 4000 = 3750 N Trong ñó: k2 = 1,1 – hệ số ñiều chỉnh ứng với chế ñộ làm việc nhẹ. Tải trọng tác dụng lên các bánh xe không kể ñến hệ số ñiều chỉnh: 3500 4 4000 4 10000 44 ' =+=+= x GQP N - Lực quán tính khi phanh xe con và cơ cấu di chuyển cầu: Lực quán tính khi phanh xe con với vật nâng di chuyển dọc cầu: 5003500 7 1 7 1 ' 1 === Ppqt N Lực quán tính khi phanh cơ cấu di chuyển cầu: 3400 10 20000400010000 102 = ++ = ++ = cx qt GGQ P N 3.1.3. Chọn kết cấu dầm chính và kiểm tra bền 3.1.3.1. Chọn kích thước tiết diện dầm chính Phần chịu tải của cầu trục một dầm là thép hình kiểu chữ I, dầm ñược chọn theo ñiều kiện ñảm bảo ñộ cứng và khả năng di chuyển của palăng theo gờ dưới của nó. Với tải trọng như ñã tính ở trên, theo tiêu chuẩn TOCT 8239-56, sơ bộ ta chọn loại thép có kí hiệu là N070 với thông số ñược gi trên bảng 3-1. d x R h b d r y x y Hình 3.1. Mặt cắt thép I. 72 Bảng (3-1). Các thông số của thép N070. Kích thước (mm) Các trị số ñối với trục x - x y - y Số hiệu thép hình Trọng lượng 1m dài (N) h b d t R r Diện tích mặt cắt cm2 Jx cm4 Wx cm3 Ix cm Sx cm3 Iy cm4 Wy cm4 Jy cm4 N070 1840 700 210 17,5 28,5 24 10 234 175370 5010 27,4 2940 3910 373 4,09 3.1.3.2. Kiểm tra bền tiết diện ñã chọn Kết cấu kim loại ñược tính theo phương pháp ứng suất cho phép dựa trên hai trường hợp phối hợp tải trọng: Trường hợp 1: dưới tác dụng của toàn bộ các tải trọng không di ñộng và tải trọng di ñộng, ứng suất cho phép [ ] 1601 =σ N/mm2. Trường hợp 2: ngoài các tải trọng chính trên còn tính ñến các tải trọng do lực quán tính lớn nhất có thể xảy ra khi phanh hay mở cổng trục và xe lăn, ứng suất cho phép là [ ] 1802 =σ N/mm2. a. kiểm tra ñộ võng Độ võng của thanh thép chữ I ñược xác ñịnh theo công thức: [ ]f EJ LPf x ≤= ∑ 48 3 Trong ñó: ∑P = Q + Gx – tải trọng di ñộng. = 10000 + 4000 = 14000 N L = 8 m – chiều dài của dầm. E = 2,1.105 N/mm2 – môñun ñàn hồi kéo của thép. Jx = 175370cm4– mômen quán tính của tiết diện dầm ñối với trục ngang. [f] = L/700 = 8000/700 = 11,43 mm – ñộ võng cho phép của dầm. Vậy: 4,0 10.175370.10.1,2.48 8000.14000 45 3 ==f mm < [f] = 11,43 mm Vậy dầm ñảm bảo an toàn. 73 b. Kiểm tra bền Khi kiểm tra dầm chữ I chịu tải theo ñộ bền ta cần tính ñến khả năng làm việc của gờ dưới. Ở ñây, ngoài ứng suất chung của toàn kết cấu, dưới áp lực của bánh xe P, xuất hiện ứng suất cục bộ, gờ dưới chịu uốn dọc theo dầm ở ñoạn aa và uốn theo hướng ngang trên chiều rộng gờ b. Vị trí kiểm tra là vị trí khi xe con mang vật với tải trọng Q ở chính giữa dầm chính. Tùy theo vị trí của lực P trên gờ, ứng suất uốn lớn nhất có thể xuất hiện hoặc ở thớ trên tại ñiểm bắt ñầu của bán kính nối gờ với thành ñứng hoặc ở thớ dưới ở biên tự do của gờ. Ứng suất uốn cục bộ của gờ ñược xác ñịnh theo các công thức sau: - Ở tiết diện sát thành ñứng do uốn trong mặt phẳng xz 6,17 2,28 7000.0,2. 22 1 ±=±=±= t Pk xσ N/mm 2 - Ở tiết diện sát thành ñứng do uốn trong mặt phẳng yz 3,5 2,28 7000.6,0. 22 2 ±=±=±= t Pk yσ N/mm 2 - Ở biên tự do của gờ do uốn trong mặt phẳng yz 4,5 5,25 7000.5,0. 22 3 ±=±=±= tb b y t Pk σ N/mm2 Trong ñó: k1, k2, k3 – hệ số, phụ thuộc vào tỷ số 62,0105 65 === b cξ t = 28,2 mm – chiều dày của gờ theo ñường cắt mặt phẳng trên của. gờ với thành ñứng dầm chữ I. ttb = 25.5 mm – chiều dầy trung bình ở tiết diện giữa. P = 7000 2 14000 2 == ∑P N – tải trọng tập trung. Trong các công thức ñã tính ở trên, dấu (+) dùng cho các thớ kim loại ở trên, dấu (-) dùng cho thớ dưới. Ứng suất uốn toàn toàn phần ở mặt phẳng yz ñược tính theo công thức: 74 z z y x 0,5 0,5 0,9 1,3 1,7 2,1 2,5 2,9 0,6 0,7 0,8 0,9 c/b k1 k3 k2 k P pp cc bb tttb d x u W M =σ Trong ñó: M – mômen uốn của dầm trong mặt phẳng ñang xét do tải trọng tập trung ∑P và tải trọng phân bố ñều của q gây ra. 6 22 10.664 8 4000.325 4 4000.14000 84 =+=+= ∑ qLLPM N.mm Wx = 5010 cm3 mômen chống uốn ñối với thớ tương ứng của gờ dưới. Vậy: 132 10.5010 10.664 3 6 ==uσ N/mm 2 Ứng suất uốn tổng ở gờ bằng: - Ở tiết diện sát thành ñứng: ( ) ( ) [ ]122 σσσσσσσσ ≤+−++= xyuyuxt ( ) ( ) 1296,173,51323,51326,17 22 =+−++= N/mm2 < [ ]1σ - Ở biên tự do của gờ: 4,1374,5132 =+=+= byu σσσ N/mm 2 < [ ]2σ Trong ñó: [ ]1σ = 160 N/mm2; [ ]2σ = 180 N/mm2. Vậy thép chữ I ñã chọn là ñủ bền. a a Hình 3.2. Biên dạng gờ dưới của dầm Hình 3.3. Đồ thị hệ số k1,k2,k3. do ảnh hưởng của uốn cục bộ. 75 3.2. TÍNH DẦM CUỐI Kết cấu dầm cuối gồm hai thanh thép chữ I ñặt song song ñược liên kết với nhau bởi các liên kết thép bằng phương pháp hàn và gối trên hai trục của bánh xe di chuyển. Do kết cấu dầm cuối ở hai bên là giống nhau nên khi tính ta chỉ cần tính cho một bên là ñủ. 3.2.1. Chọn vật liệu cho dầm cuối: Vật liêu cho dầm cuối chọn tương tự như ñã chọn cho dầm chính (phần 3.1.1). 3.2.2. Xác ñịnh các tải trọng tác dụng lên dầm cuối Tải trọng tác dụng lên dầm cuối cũng bao gồm các tải trọng không di ñộng, tải trọng di ñộng và lực quán tính khi phanh các cơ cấu, các tải trọng này ñã ñược tính tương tự như ở trên. 3.2.3. Chọn kết cấu dầm cuối và kiểm tra bền Phần chịu tải của cầu trục một dầm là thép hình kiểu chữ I, dầm ñược chọn theo ñiều kiện ñảm bảo ñộ cứng vững khi chịu tả trọng tập chung ở chính giữa tâm. Với tải trọng như ñã tính ở trên, theo tiêu chuẩn TOCT 8239-56 sơ bộ ta chọn loại thép có kí hiệu là N020 với thông số ñược gi trên bảng . Bảng (3-2). Các thông số của thép N020. Kích thước (mm) Các trị số ñối với trục x - x y - y Số hiệu thép hình Trọng lượng 1m dài (N) h b d t R r Diện tích mặt cắt cm2 Jx cm4 Wx cm3 Ix cm Sx cm3 Iy cm4 Wy cm4 Jy cm4 N020 207 200 100 5,2 8,2 9,5 4,0 26,4 1810 181 8,27 102 112 22,4 2,06 Kiểm tra bền tiết diện ñã chọn: Dầm cuối ñược tính khi xe lăn với vật nâng nằm ở sát nó nhất (vị trí giới hạn khẩu ñộ dầm). Kết cấu kim loại ñược tính theo phương pháp ứng suất cho phép dựa trên hai trường hợp phối hợp tải trọng. Vị trí ñược kiểm tra là vị trí nằm tại chính giữa của dầm cuối (mặt cắt I-I - vị trí có tiết diện nguy hiểm nhất). Xét tại mặt cắt I-I, lực tập chung lớn nhất tác dụng là: 76 q P 400 4000 Gc L = 8000 B Hình 3.4. Sơ ñồ tính lực tác dụng lên dầm cuối tại tiết diện I-I. 2555010000 2 8000.325,0 8000 40080003750.4 22 .4004 =++−=++−= cI GLq L LPP N Lực quán tính tác dụng tại mặt cắt I-I (tại gối B). 390021 =+= qtqtqt PPP N Phản lực tại các gối ñỡ tương ứng là: - Phản lực do lực tập chung gây ra tại hai gối: 12775 2 25550 221 ==== IPRR N - Phản lực do lực quán tính gây ra tại hai gối: 1950 2 3900 2 ' 2 ' 1 ==== qtPRR N Hình 3.5. Sơ ñồ tính dầm cuối. Kiểm tra bền tại tiế diên I-I. - Theo trường hợp1, mômen uốn lớn nhất tại tiết diện I-I là: 3 1 1 10.7665 2 120012775 2 . === ARM u N.mm R 1 R 1 R 2 R 1 A I I P I + P qt 77 Vậy: 34,42 10.181 10.7665 3 31 1 === x u W M σ N/mm2 < [ ]1σ Ứng suất cho phép [ ]1σ = 160 N/mm2 , ñể ñảm bảo cho dầm cuối ñủ cứng vững, ứng suất uốn cho phép ở ñây không lấy lớn hơn 80 ÷ 100 N/mm2. - Theo trường hợp 2, mômen uốn lớn nhất tại tiết diện I-I là: ( ) ( ) 3'112 10.88352 1200195012775 2 . =+=+= ARRM u N.mm Vậy: 81,48 10.181 10.8835 3 32 2 === x u W M σ N/mm2 < [ ]2σ Ứng suất cho phép tương ứng với trường hợp phối hợp tải trọng này là [ ]2σ = 180 N/mm2. Qua kết quả vừa tính ñược ta thấy thép chọn làm dầm cuối là ñủ bền: 78 CHƯƠNG IV TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ VÀ SƠ BỘ TÍNH GIÁ THÀNH 79 4.1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC CƠ CẤU CÔNG TÁC 4.1.1. Khái niêm chung Thiết kế hệ thống ñiều khiển cho các cơ cấu công tác có nghĩa là ñi thiết kế hệ thống ñiện ñiều khiển cho các cơ cấu. Mỗi hệ thống ñiều khiển của một cơ cấu bao gồm ñộng cơ ñiên và các thiết bị ñiện tạo thành một khối thống nhất. Mục ñích chính của hệ thống là ñiều khiển sự hoạt ñộng ñồng thời ñảm bảo sự an toàn và tin cậy cho các cơ cấu trong quá trình làm việc. Những yêu cầu chung ñối với các hệ thống ñiện ñiều khiển: - Đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc và năng suất cho cầu trục. - Chịu sự va ñập, rung ñộng, lắc, sự thay ñổi nhiệt ñộ và quá tải cao. - Cho phép làm việc theo chế ñộ ngắn hạn lặp lại và số lần khởi ñộng lớn. - Đảm báo ñộ tin cậy cao, cho phép sửa chữa và phục hồi nhanh chóng. - Giảm nhẹ ñiều kiện lao ñộng, ñặc biệt là tự ñộng ñiều khiển. Căn cứ vào yêu cầu ñặt ra ta ñi thiết kế hệ thống ñiều khiển cho các cơ cấu. 4.1.2. Hệ thống dây dẫn và các thiết bị bảo vệ 4.1.2.1. Hệ thống dây dẫn cung cấp ñiện cho cầu trục Cầu trục ñược ñặt trong phân xưởng, nên hệ thống dây dẫn cung cấp ñiện cho các cơ cấu cầu trục ñều phải là cáp ñiện có vỏ bọc cách ñiện tốt và ñược sử dụng rộng rãi trong ngành máy trục. Do cầu trục di chuyển trên ray ñặt trên cao trong phân xưởng ñể thực hiện chức năng của nó trên mặt bằng làm việc cho phép ñược ñịnh ra trong quá trình thiết kế. Khi cầu trục di chuyển thì hệ thống cáp ñiện cững di chuyển theo, ñể tránh rối cáp ñiện trong quá trình làm việc của cầu trục ta cần phải bố trí thiết bị thu nhả cáp tự ñộng theo quãng ñường di chuyển của cầu trục. Trong cầu trục thiế kế, thiết bị thu nhả cáp ñược mô tả như sơ ñồ hình 4.1. Kât cấu và nguyên lý làm việc của cơ cấu thu nhả cáp: Cáp ñiện 2 ñược ñặt trong rãnh thẳng nằm song song với ray của cơ cấu di chuyển cầu ñặt trên vai nhà xưởng 3. Bộ phận cuốn cáp 1 lên kết với trục của bánh xe nên luôn quay cùng chiều với bánh xe của cơ cấu di chuyển cầu ñồng thời ñảm báo 80 4 2 3 1 dung lượng chứa cáp. Khi cầu trục di chuyển tịnh tiến về phía trước, bộ phận chứa cáp 1 sẽ tự ñộng nhả cáp khi quay cùng chiều cới bánh xe cơ cấu di chuyển. Khi cầu trục di chuyển về phía ngược lại gần vị trí tụ ñiện, bộ phận chứa cáp 1 sẽ tự cuốn cáp khi quay cùng chiều với bánh xe của cơ cấu di chuyển. Tiến lùi Hình 4.1. Thiế bị thu nhả cáp tự ñộng. 4.1.2.2. Các thiết bị báo vệ Để cho các cơ cấu của cầu trục làm việc an toàn, tin cậy, không bị hỏng hóc về ñiện gây ra, cần phải có các thiết bị bảo vệ ñộng cơ ñiện không cho làm việc khi bị quá tải và mất ñiện ñột xuất. Các thiết bị báo vệ sẽ phát ra ánh sáng và âm thanh khi có sự cố về ñiện xảy ra trong quá trình hoạt ñộng, Các thiết bị bảo vệ bao gồm: cầu chì, cầu dao, công tắc tơ, rơ le nhiệt, .v.v.. Ngoài ra, ở các cơ cấu còn ñược trang bị công tắc cuối. Công tắc cuối có tác dụng giới hạn quãng ñường di chuyển của cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu trục ñể tránh trường hợp các cơ cấu di chuyển vượt quá giới hạn theo tính toán thiết kế ñã ñưa ra. 4.1.3. Thiết kế mạch ñiều khiển cho các cơ cấu công tác 4.2.3.1. Mạch ñiều khiển cơ cấu nâng: Sơ ñồ mạch ñiều khiển như hình 4.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của mạch ñiều khiển này như sau: Công tắc tơ 1K, 2K ñể ñiều khiển ñóng mở các tiếp ñiểm thường ñóng và thường mở của nó khi làm việc trên mạch ñiều khiển. Máy biến áp (MBA) ñể hạ thế cung cấp ñiện cho khởi ñộng từ (KĐT) ñiều khiển hoạt ñộng của cơ cấu nâng. Rơle nhiệt ñể bảo vệ sự quá tải cho ñộng cơ khi xảy ra sự cố. 81 Đóng cầu dao (CD) cung cấp ñiện 3 pha cho mạch, nhấn nút thường mở (CK) khởi ñộng từ nhận ñược ñiện và sẵn sàng làm việc, tuy nhiên ở thời ñiểm này cơ cấu nâng chưa làm việc. a. Điều khiển theo chiều nâng Khi ñiều khiển theo chiều nâng ta nhấn nút nâng (N), công tắc tơ 1K có ñiện sẽ ñóng các tiếp ñiểm thường mở và mở các tiếp ñiểm thường ñóng của nó cung cấp ñiện cho ñộng cơ ñiện làm ñộng cơ quay theo chiều nâng vật, do phanh mắc ñồng trục với ñộng cơ ñiện nên ñồng thời lúc ñó phanh nhận ñiện và làm việc sẽ mở phanh (loại phanh ñiện thường ñóng). Khi thả nút nâng N, sẽ ngừng cung cấp ñiện cho ñộng cơ, ñồng thời phanh ñóng lại và kết thúc quá trình nâng. b. Điều khiển theo chiều hạ Ta nhấn nút hạ (H), công tắc tơ 2K có ñiện sẽ ñóng các tiếp ñiểm thường mở và mở các tiếp ñiểm thường ñóng của nó cung cấp ñiện cho ñộng cơ ñiện làm cho ñộng cơ quay theo chiều hạ. Tương tự như trên cùng lúc ñó phanh làm việc và mở phanh. Khi thả nút nhấn (H) thì quá trình hạ kết thúc. Các công tắc cuối sẽ làm việc khi cơ cấu nâng hay hạ vật vượt quá giới hạn cho phép, nó sẽ ngắt ñiện ngừng cung cấp cho công tắc tơ 1K và 2K, khi ñó các tiếp ñiểm thường mở 1K và 2K sẽ không ñóng lại, ñộng cơ không có ñiện sẽ ngừng hoạt ñộng. 4.2.3.2. Mạch ñiều khiển cơ cấu di chuyển xe con và cơ cấu di chuyển cầu Mạch ñiều khiển cho cơ cấu di chuyển xe con và cơ cấu di chuyển cầu tương tự như cơ cấu nâng. Sơ ñồ mạch ñiều khiển như hình 4.3. Mạch ñiều khiển cũng bao gồm các bộ phận: công tắc tơ 1K, 2K; máy biến áp (MBA); khởi ñộng từ (KĐT); cộng tắc cuối và các rơ le nhệt. Chức năng của các bộ phận này cũng như ở trong cơ cấu nâng. Đóng cầu dao (CD) cung cấp ñiện cho mạch, khi nhấn nút thường mở (CK) khởi ñộng từ làm việc, tuy nhiên lúc này toàn bộ cơ cấu di chuyển chưa làm việc. Khi ñiều khiển cơ cấu sang phải, ta nhấn nút P của KĐT cung cấp ñiện cho công tắc tơ 1K nó sẽ ñóng các tiếp ñiểm thường mở và mở các tiếp ñiểm thường ñóng của 82 nó, cung cấp ñiện cho ñộng cơ và phanh làm việc theo chiều di chuyển sang phải. Khi nhả nút P ra sẽ ngừng cung cấp ñiện cho ñộng cơ và kết thúc quá trình di chuyển của cơ cấu. Khi ñiều khiển cơ cấu sang trái, ta nhấn nút T của KĐT cung cấp ñiện cho công tắc tơ 1K nó sẽ ñóng các tiếp ñiểm thường mở và mở các tiếp ñiểm thường ñóng của nó, cung cấp ñiện cho ñộng cơ và phanh làm việc theo chiều di chuyển sang trái. Khi nhả nút P ra sẽ ngừng cung cấp ñiện cho ñộng cơ và kết thúc quá trình di chuyển của cơ cấu. 83 2K CD CC K 2 K 1 RN 2 RN 1 1K HN M B A CK K Đ T CT C K 1 K 2 RN 2 RN 1 Đ C H ìn h 4. 2. Sơ ñồ m ạc h ñi ều kh iể n cơ cấ u n ân g. 84 2K CD CC K 2 K 1 R N 2 R N 1 1K TP M BA CK K Đ T CT C K 1 K 2 R N 2 R N 1 Đ C H ìn h 4. 3. Sơ ñồ m ạc h ñi ều kh iể n cơ cấ u di ch u yể n x e co n v à cầ u tr ục . 85 4.2. THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ AN TOÀN CƠ - ĐIỆN CHO CẦU TRỤC Cầu trục là một thiết bị phức hợp. Để khai thác và sử dụng nó ñược bình thường người ñiều khiển không những thường xuyên phải kiểm tra tình trạng bên ngoài mà còn phải theo dõi tính chất, trạng thái của cầu trục, của các cụm máy và chi tiết riêng biệt của nó. Người ñiều khiển cầu trục phải có trong tay các tài liệu về khẩu ñộ dầm, chiều cao nâng, trị số và khối lượng vật nâng, khả năng ñặt tải, cũng như các mối liên quan khác. Để thuận lợi cho công việc của người sử dụng và ñảm bảo an toàn cho cầu trục, người ta phải trang bị cho cầu trục những thiết bị kiểm tra và an toàn sau ñây: 4.2.1. Thiết bị hạn chế chiều cao nâng Ở các bộ máy nâng theo quy ñịnh an toàn phải lắp ñặt thiết bị hạn chế hành trình nâng, hạ móc câu. Khi nâng sẽ khống chế phía ñầu mút cáp, còn khi hạ sẽ khống chế tại vòng cáp tởi ra cuối cùng ñặt trên tang. Đối với cầu trục thiết kế ta chọn bộ hạn chế hành trình nâng móc kiểu tay xoay, vì cấu tạo ñơn giản và sứ dụng thuận lợi nhất ñối với cầu trục dẫn ñộng ñiện ñộc lập. Kết cấu của bộ hạn chế hành trình nâng móc kiểu tay xoay ñược mô tả trên hình 4.4. Bộ hạn chế hành trình 1 kiểu tay xoay ñược nối với mạch ñiện chính, cụm móc câu 2, ñối trọng 4 ñược nối với ñầu tay xoay 3 bằng dây cáp mềm, còn ñầu bên kia của tay xoay 3 kẹp vật nặng 5. Khi móc 2 lên tới chiều cao tối ña theo quy ñịnh sẽ chạm vào và nâng ñối trọng 4 lên làm cho vật nặng 5 quay xuống tác ñộng ngắt mạch ñiện trong bộ hạn chế hành trình 1, cũng có nghĩa là ngắt mạch ñiện ñiều Hình 4.4. Bộ hạn chế chiều cao nâng. khiển cơ cấu nâng, móc câu (cặp mắc vật lệch tâm ) sẽ dừng lại. 86 4 3 12 4.2.2. Thiết bị hạn chế tải trọng nâng Cầu trục là loại máy trục có tải trọng nâng không thay ñổi, do ñó ta chỉ cần lắp trên nó thiết bị hạn chế tải trọng nâng tối ña. Chon thiết bị hạn chế tải trọng nâng tối ña có kết cấu như sau: Bộ hạn chế tải vật nâng dạng lò xo ñược cheo ở cuối nhánh cáp trong palăng nâng. Lò xo bị nén ép phụ thuộc vào trọng lượng vật nâng; khi lò xo bị nén sẽ tác ñộng vào thanh kéo làm nó dịch chuyển tác ñộng vào công tắc bộ hạn chế hành trình có tay xoay. Khi tải trọng nâng vượt quá trị số cho phép bộ hạn chế hành trình sẽ có tác dụng ngắt mạch ñiện làm ngừng hoạt ñộng cầu trục hoặc sẽ phát ra Hình 4.5. Bộ hạn chế tải trọng. tín hiệu cho người sử dụng biết ñể ñiều chỉnh tải trọng nâng cho ñúng yêu cầu. 4.2.3. Thiết bị giới hạn hành trình di chuyển và giảm chấn a. Thiết bị giới hạn hành trình di chuyển Để hạn chế hành trình di chuyển của xe con hoặc cầu trục ta cũng dùng bộ hạn chế hành trình có trục xoay tương tự như ở cơ cấu nâng móc. Bộ công tắc của hành trình ñược lắp ở ñầu mút của của khung giá di chuyển, còn thanh gạt 2 ñặt ở cuối ñường ray gần ụ chắn giới hạn. Khi cơ cấu di chuyển vượt quá vị trí giới hạn cho phép, tay xoay 2 sẽ chạm vào tay gạt 1 sẽ làm trục 3 quay và ngắt mạch ñiện ñiều khiển cơ cấu di chuyển, xe con hoặc cầu trục sẽ dừng chuyển ñộng. Hình 4.6. Thiết bị giới hạn hành trình. Hình 4.7. Thiết bị giảm chấn. 87 b. Thiết bị giảm chấn Đối với các cơ cấu di chuyển, khi ñã ngắt nguồn ñộng lực và phanh, bánh xe vẫn tiếp tục di chuyển thêm một ñoạn ngắn nữa rồi mới dừng hẳn là do còn tồn tại lực quán tính chưa ñược triệt tiêu hoàn toàn, cầu trục có thể va chạm mạnh vào ụ chắn. Để giảm nhỏ lực va chạm ta ñặt ở hai ñầu mút giá di chuyển các bộ giảm chấn bằng cao su hình 4.7. Với thiế bị này sẽ giảm nhỏ lực va chạm và tiếng ñộng khi xẩy ra va chạm nhờ lực ñàn hồi của các ñầu bám cao su 4. 4.3. SƠ BỘ TÍNH GIÁ THÀNH SẢN PHẨM Việc tính toán giá thành của một sản phẩm nào ñó phụ thuộc rất nhiều vào tình hình giá cả ở thời ñiểm mua vật liệu chế tạo ra nó, chính vì vậy mà việc xác ñịnh giá thành cúa sản phẩm chỉ ở mức tương ñối. Giá thành sản phẩm còn phụ thuộc vào ñặc tính kĩ thuật của chi tiết của các chi tiết và những ñặc ñiểm kết cấu, nguyên lý làm việc của nó. Đó là các yếu tố cơ bản ñể xác ñịnh giá thành sản phẩm của các chi tiết nói riêng và cầu trục nói chung. Căn cứ vào kết cấu và nguyên lý làm việc của cầu trục, qua tìm hiểu thực tế ta xác ñịnh ñược giá thành của sản phẩm: Giá thành sản phẩm ñược tính theo công thức: A = B + C Trong ñó: A – Giá thành sản phẩm. B - Giá thành vật liệu chế tạo các chi tiết, B = 184,96 triệu ñồng. C – Chi phí thiết kế, C = 10%B = 18,496 triệu ñồng. Vậy: A = 184,96 + 18,496 = 203,42 triệu ñồng 88 Bảng (4-1). Bảng giá thành vật liệu chế tạo các chi tiết. STT Tên chi tiết Số lượng Khối lượng Đơn vị Đơn giá (ñồng) Thành tiền (triệu ñồng) 1 Palăng ñiện 1 Cái 70.106 70 2 Cơ cấu di chuyển xe con: - Bộ truyền bánh răng hở. - Bánh xe.. - Động cơ ñiện. 1 4 1 Bộ Cái Chiếc 2.106 200 000 3.106 2 0,8 3 3 Cơ cấu di chuyển cầu: - Bánh xe. - Hộp giảm tốc. - Động cơ ñiện. - Bộ truyền bánh răng hở. 4 1 1 1 Cái Chiếc Chiếc Bộ 200 000 1.106 5.106 2.106 0,8 1 5 2 4 Thép chữ I: - N070. - N020. 1 4 1472 132 kg kg 40 000 40 000 58,88 5,28 5 Ray P15. 2 40 m 600 000 24 6 Khung giàn thép. 1 150 kg 40 000 6 7 Bu lông. 50 Cái 200 000 0,2 8 Các thiết bị phụ 6.106 6 9 Tổng cộng 184,96 89 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 90 KẾT LUẬN Sau khi tìm hiểu và hoàn thành ñề tài ñược giao, ta có thể ñưa ra một số kết luận sau: - Các thông số tính chọn là hoàn toàn chính xác, ñảm bảo ñủ bền theo ñiều kiện cho phép trong quá trình làm việc. - Cầu trục luôn ñảm bảo khả năng vận chuyển tôn tấm trong các phân xưởng. - Hình dáng, kích thước của các kết cấu phù hợp loại vật mang và không gian nhà xưởng. - Các hệ thống ñiều khiển cho các cơ cấu công tác và các thiết bị an toàn cơ- ñiện của cầu trục làm việc tin cầy, ñảm bảo an toàn cho cầu trục trong quá trình làm việc. - Giá thành chấp nhận ñược. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Qua thời gian thực hiện ñề tài tôi có ñưa ra một số ý kiến như sau: Cầu trục thiết kế chủ yếu dựa trên cơ sở ly thuyết, các chi tiết kết cấu ñược tính chọn theo ñiều kiện bền. Do ñó sẽ gây tốn kém nguyên vật liệu dẫn tới giá thành sẽ tăng. Để khắc phục nhược ñiểm trên, trong tương lai cần có sự kết hợp giữa các thầy trong bộ môn và khoa cùng toàn thể sinh viên trong khoa tập trung nghiên cứu tìm ra phương pháp thiết kế mới tích cực hơn. 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS. TRƯƠNG QUỐC THÀNH - PHẠM QUANG DŨNG Máy và thiết bị nâng. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội – 1999. 2. ĐÀO TRỌNG THƯỜNG - NGUYỄN ĐĂNG HIẾU - TRẦN DOÃN THƯỜNG - VÕ QUANG PHIÊN Máy nâng chuyển, tập I + II. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội – 1986. 3. TS. NGUYỄN ĐĂNG CƯỜNG – BÙI VĂN XUYÊN - TRẦN ĐÌNH HOÀ Máy nâng chuyển và thiết bị cửu vạn. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội – 2003. 4. NGUYỄN VĂN HỢP - PHẠM THỊ NGHĨA – LÊ THIỆN THÀNH Máy trục vận chuyển. Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội – 2000. 5. HUỲNH VĂN HOÀNG – ĐÀO TRỌNG THƯỜNG Tính toán máy trục. Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội – 1975. 6. NGHIÊM XUÂN LẠC Nguyên lý máy xếp dỡ. Trường Đại học hàng hải, Hải Phòng - 2000. 7. NGUYỄN TRỌNG HIỆP Chi tiết máy, tập I +II. Nhà xuất bản Giáo dục. 8. TS. PHẠM HÙNG THẮNG Giáo trình hướng dẫn thiết kế ñồ án môn học chi tiết máy. Nhà xuất bản Nông nghiệp, TP. Hồ Chí Minh. 9. MỘT SỐ LUẬN VĂN CÙNG CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO KHÁC.