Thiết kế cầu trục 2x3 tấn

Mô men vô lăng tương đương của vật nâng (có vận tốc Vn) chuyển về trục động cơ là: (Gi.Di2)td=0,1*Q0*=0,1*31500*=2,57 Nm2 Tổng mô men vô lăng của cả hệ thống: (Gi.Di2)= (Gi.Di2)I+(Gi.Di2)td=1,1*19,6+2,57=24,13 Nm2 Tổng mô men vô lăng của phần cơ cấu từ nửa khớp phía bên hộp giảm tốc về sau kể cả vật nâng. (Gi.Di2)’= (Gi.Di2)- (Gi.Di2)’I=24,13-12,16=11,97 Nm2 Phần mô men truyền qua khớp M’d=Md*=67,85*=33,66 Nm Tổng mô men truyền qua khớp M’k=Mn+M’d=190+33,66=223,66 Nm -Khi phanh hãm vật đang nâng. Mô men đặt trên phanh là: Mp=216 Nm Tổng mô men để thắng quán tính của hệ thống là: Mqt=Mp+Mh=216+108=324 Nm Thời gian phanh khi nâng vật là xác định theo (3-6 [1]) + =0,14 (s) Mô men truyền qua khớp để thắng quán tính M”k===162 Nm Để kiểm tra điều kiện an toàn của khớp nối ta có công thức sau: M*k1*k2=162*1,2*1,3=253 Nm <Mmax=450 Nm. Trong đó, k1, k2 là hệ số tra trong bảng 9-2 [1] Vậy khớp nối làm việc an toàn. *Móc treo -Kết cấu ổ treo móc: Ở đây, ta dùng kết cấu ổ treo móc như hình vẽ (Ổ treo móc ngắn). Loại ổ treo móc này giảm được kích thước chiều dài, tăng độ tiếp cận của móc với tang, tận dụng được chiều cao nâng. Hình 4.5 Sơ đồ móc treo -Tính móc: Sử dụng loại móc rèn đơn, vật liệu chế tạo là thép 35 thường hóa, có cơ tính như sau: =520 N/mm2 =270 N/mm2 Các kích thước của móc thể hiện trên hình sau:Hình 4.6 Sơ đồ móc treo Chọn sơ bộ kích thước của móc: +Đường kính miệng móc: a=110 +l1=615 mm +l=155 mm +Tiết diện tại các vị trí A-A và B-B giống nhau. b=75 mm b1=22 mm h=92 mm Đường kính phần cắt ren dr=49 mm d0=56 mm t=5,5 mm( bước ren) lr=100 mm Tại tiết diện ngang A-A chịu đồng thời uốn và kéo, ứng suất lớn nhất xuất hiện ở thớ phía trong( Vị trí số 1 trong hình vẽ) Tiết diện hình thang của thân móc F= =mm2 Vị trí tâm tiết diện: e1===37,6 mm e2=h-e1=92-37,6=54,4 mm Bán kính cong thân móc r=+e1=+37,6=92,6 mm Ứng suất tại điểm 1 tiết diện A-A xác định theo công thức 2-1 [1] == 46N/mm2 Hình 4.7 Mặt cắt ngang A_A Trong đó, k là hệ số hình học của tiết diện hình thang được xác định theo công thức 2-4 [1] ==0,1 Ứng suất cho phép xác định theo công thức 1-6 [1] Trong đó: =270 N/mm2 [n]=1,2 Tra bảng 2-1 [1] 225 N/mm2 Ta thấy =46 <[]=225. Vậy tiết diện tại A-A làm việc an toàn. Tại tiết diện B-B xuất hiện cả ứng suất uốn và ứng suất cắt. Ứng suất uốn xác định theo công thức 2-5 [1] với tiết diện B-B giống tiết diện A-A ==23 N/mm2 Ứng suất cắt xác định theo công thức 2-6 [1] = Ứng suất tổng cộng xác định theo công thức 2-7 [1] =26 N/mm2 Ta thấy tại tiết diện B-B có <[] nên tại đó, móc làm việc an toàn. Tại tiết diện C-C ở cuống móc phát sinh ứng suất kéo nhưng cũng có lúc bị uốn trong quá trình nâng vật lên khỏi mặt đất và khi bị chao trên dây. Vì tính chất không ổn định của ứng suất uốn tiết diện cuống móc nên chỉ kiểm tra kéo với ứng suất cho phép đã giảm thấp theo công thức 2-8 [1] ==16 N/mm2 Điều kiện để móc đảm bảo an toàn là <[’]. Với [’] xác định theo bảng 2-1[1] Ta có [’]=70 N/mm2. Vậy cuống móc làm việc an toàn. Chọn chiều dài phần cắt ren của đai ốc lắp với cuống móc là H=75 mm, ứng suất cắt chân ren xác định theo công thức 2-9 [1] =5,3 N/mm2 Trong đó: d1=dr: Đường kính trong của ren k1: Hệ số điền đẩy của ren, đối với ren hệ mét, nên chọn k1=0,87 k: Hệ số tính đến sự phân bố tải trọng không đồng đều trên các vòng ren. Ta có 9< d0/t=56/5,5=10,2 <16. Vậy chọn k=0,56. Ứng suất cắt cho phép: []=0,6. [’]=0,6*70=42 N/mm2. Vậy <[]. Nên chiều dài phần cắt ren của đai ốc đã chọn là hợp lý, các kích thước đã chọn của móc treo thỏa mãn điều kiện bên và móc treo làm việc an toàn. *Bộ phận tang -Đầu cặp cáp trên tang. Để kẹp đầu cáp lên tang, ta sử dụng tấm kẹp và vít vặn chặt lên trên. Sử dụng ba tấm kẹp, trên mỗi tấm kẹp có rãnh hình thang và bắt một bu lông. Bu lông được chế tạo từ thép CT4 có []=90100 N/mm2 Hình 4.8 Sơ đồ tấm kẹp cáp Dựa vào dây cáp, tra trong bảng 3-5 [4], ta chọn sơ bộ kích thước của tấm kẹp như sau: dc=9,1 mm a=40 mm b=35 mm c=10 mm d=11,5 mm d1=M10 (d1=8,2 mm) e=24 mm k=10 mm l0=11 mm Lực tính toán đối với cặp cáp tính theo công thức 2-16 [1] S0= Smax=7954 N: Lực căng lớn nhất trên nhánh dây cuốn trên tang. f= 0,14: là hệ số ma sát giữa tang và mặt cáp( f= 0,120,16) =4 là góc ôm của các vòng dự trữ () àS0==1371 N Lực kéo vít cấy xác định theo công thức sau: P===4896 N Lực uốn các vít cấy xác định theo: P0=P*f=4896*0,14=685 N Ứng suất tổng xuất hiện trong thân vít cấy xác định theo công thức 2-17 [1] z=3: Số bu lông kẹp cáp (do sử dụng 3 tấm kẹp) =86 N/mm2 <[]=90100 N/mm2 Vậy có thể chọn vật liệu làm vít là thép CT4 -Trục tang. Vì sử dụng pa lăng kép nên vị trí của hợp lực căng dây trên tang sẽ không thay đổi và nằm ở điểm giữa. Ổ sử dụng để lắp trên tang là ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy. Trị số hợp lực này bằng: R=2*Smax=2*7954 =15908 N Kết cấu bộ phận tang như sau: Hình 4.9 Kết cấu bộ phận tang Sơ đồ tính trục tang thể hiện trên hình sau: Hình 4.10 Sơ đồ xác định tải trọng Tải trọng tại điểm C và điểm D là như nhau, ta có: RC=RD=15908*=7954 N Phản lực tại ổ A: RA==7954 Phản lực tại ổ B: RB=7954 N Mô men uốn tại D và C: MD=MC=RA*160=7954*160=1,27.106 Nmm Trục tang vừa truyền mô men xoắn vừa truyền mô men uốn. Nhưng do hai nhánh dây cáp mắc ở hai phía của tang nên mô men xoắn triệt tiêu một phần nào đó của nhau, đồng thời trục quay cùng với tang khi làm việc, vì vậy trục tang sẽ chịu ứng suất uốn theo chu kỳ đối xứng nên ta xem trục như chịu uốn và tính trục theo mô men uốn. Chọn vật liệu làm trục tang là thép 45 có =610 N/mm2, =430 N/mm2. Giới hạn mỏi =0,43*=0,43*610=262 N/mm2 Ứng suất uốn cho phép với chu kỳ đối xứng xác định theo công thức 1-12[1] ==82 N/mm2 [n]=1,6: Hệ số an toàn cho phép (Bảng 1-8[1]) k’=2: Hệ số tính đến tập trung ứng suất (Bảng 1-5[1]) Kích thước của trục tại vị trí D và C xác định theo công thức sau: d==53,7 mm Do kết cấu tại D và C lắp may ơ nên kích thước của các đoạn trục này là dD=dC=55 mm. Đoạn trục lắp khớp nối có đường kính 42 mm. Các đoạn trục khác lấy kích thước như trên hình sau: Hình 4.11 Trục tang Do các đoạn trục còn lại có kích thước như nhau nên ta chỉ cần kiểm tra trục tại một tiết diện nguy hiểm A-A Có đường kính 50 mm Ứng suất uốn lớn nhất: ===102 N/mm2 Theo bảng 1-1[1] ta có tuổi bền tính toán là A=15 năm. Số giờ làm việc tổng cộng được xác định: T=24*365*A*kn*kng=24*365*15*0,5*0,67=44000 giờ. Trong đó: kn: Hệ số sử dụng trong năm; Kng: Hệ số sử dụng trong ngày. Các hệ số tra trong bảng 1-1[1] Số chu kỳ làm việc tổng cộng Z0=60.T.n1.(CD)=60*44000*55,6*0,25=6,6.107 n: Số vòng quay của tang trong một phút. CD%=25%=0,25 Sơ đồ phân bố tải trọng Hình 4.12 Sơ đồ phân bố tải trọng Số chu kỳ làm việc tương đương với tải trọng Q1, Q2, Q3. Z1===1,3.107 Z2===3,3.107 Z3===2.107 Số chu kỳ làm việc tương đương: Ztd=++ Ztd=1,3.107*18+ 3,3.107*0,758+2.107*0,28=1,6.107 Hệ số chế độ làm việc kc===0,94 Giới hạn mỏi tính toán =.kc=262*0,94=246 N/mm2 Theo bảng 7-4[2], lấy hệ số chất lượng bề mặt =1( Không dùng các phương pháp tăng bền). =0,78 Theo bảng 7-6[2], với D/d=55/50=1,1, r/d=4/50=0,08 và =610 N/mm2, chọn hệ số tập trung ứng suất là =1,4 Hệ số an toàn xác định theo công thức 1-8[1] ==1,43 : Ứng suất trung bình trong chi tiết. Theo bảng 1-8[1], ta có hệ số an toàn cho phép là [n]=1,6. Vậy hệ số an toàn của trục lớn hơn hệ số an toàn cho phép nên trục làm việc an toàn. -Ổ trục Ổ đỡ của trục tang ta sử dụng ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy, loại ổ đỡ này có đặc điểm là cho phép độ không đồng tâm giữa hai ổ, sai lệch cho phép của vòng dưới loại ổ này là 20, đồng thời hệ số khả năng làm việc cao. Loại ổ này chịu được tải trọng hướng tâm lớn và có thể lắp với trục có độ võng cao. Đường kính trục lắp ổ là 50 mm. Tải trọng lớn nhất tác dụng lên ổ là tải trọng hướng tâm bằng phản lực tại gối đỡ A, RA=7954 N Tải trọng lớn nhất tác dụng lên trong ổ trong trường hợp không có lực chiều trục: Rt1=RA.kv.kt.kn (8-2[2]) Rt1=9754*1*1,2*1=9545 N Trong đó: kv=1: Hệ số xét đến vòng nào quay của ổ (Bảng 8-5[2]) kt=1,2: Hệ số tải trọng (Bảng 8-3[2]) kn=1:Hệ số nhiệt độ (Bảng 8-4[2]) Tải trọng trên tính với trọng lượng vật nâng là Q1=Q. Theo sơ đồ gia tải, đối với tải trọng vật nâng có trọng lường Q2=0,75Q và Q3=0,2Q, tải trọng tác dụng lên ổ được xác định như sau: S2=6061NàRt2=7273 N S3=1894 NàRt3=2273 N Trong đó, S2, S3 là lực căng cáp với các tải trọng Q2, Q3. Tỷ lệ thời gian tác dụng của ba loại tải trọng này theo sơ đồ gia tải là 2:5:3. Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ xác định theo công thức 8-8[2] Rtd= Trong đó: ===0,2; ===0,5; ===0,3 ==1 (Số vòng quay của tang xem như không đổi khi làm việc với các tải trọng khác nhau) Thay vào ta được: Rtd==7275 N=727,5 daN Theo bảng 1-1[1] ta có thời gian phục vụ của ổ là 5 năm (Chế độ trung bình) ta co tổng số giờ T=5*365*24*kng*kn=5*365*24*0,67*0,5=14673 giờ. Thời gian làm việc thực tế của ổ: h=T(CD)=14763*0,25=3668 giờ Số vòng quay của ổ bằng số vòng quay của tang n=n1=55,6 Vong/phút Hệ số khả năng làm việc của ổ yêu cầu xác định theo công thức 8-1[2] C=Rtd.(nh)3=727,5*(55,6*3668)0,3=28489 (Trong công thức trên, Rtd có thứ nguyên là daN) Theo bảng 15P[2] chọn ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy kí hiệu 1211 có C=33000 Ổ tại vị trí B cũng chọn tương tự. 4.2 Tính cớ cấu di chuyển xe lăn. 4.2.1 Sơ đồ dẫn động. Hình 4.13 Sơ đồ dẫn động 4.2.2 Bánh xe và ray Các lực tác dụng lên bánh xe của cơ cấu di chuyển xe lăn xác định trong phần 3.2 và thể hiện trên hình vẽ trên. Đối với bánh xe của cơ cấu di chuyển xe, ta chọn bánh xe hình trụ có hai thành bên. Đường kính bánh xe theo bảng 9-4[1] chọn sơ bộ Dbx=200 mm, đường kính ngõng trục d=60 mm. Vật liệu làm bánh xe là thép đúc 50có =600 N/mm2; =350 N/mm2. Bề mặt tôi đạt độ cứng HB=300320. Ray đặt trên cầu cho xe lăn chạy chọn thép vuông kích thước 45x45 Hình 4.14 Sơ đồ phân bố lực -Kiểm tra bánh xe theo sức bền dập theo sơ đồ sau: Ứng suất dập xác định theo công thức 2-67[1] =190*=336 N/mm2 Hình 4.15 Bánh xe Trong đó: b: Chiều rộng mặt ray tiếp xúc với bánh xe r: Bán kính bánh xe Ứng suất dập cho phép theo bảng 2-19[1] ta có =750 N/mm2 Ta thấy < Vậy bánh xe đã chọn làm việc an toàn. 4.2.3 Động cơ điện Trong phần 3.2 đã xác định công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ là 0,57 kw. Với công suất tĩnh yêu cầu như trên, chọn sơ bộ động cơ dây cuốn ký hiệu AOC2-21-6 có các đặc tính sau: -Công suất danh nghĩa: N=0,8 kw -Số vòng quay danh nghĩa: n=870 vong/phut -Mô men vô lăng: 0,19 Nm2 -Khối lượng: m=18 kg (Các số liệu trên tra trong bảng 4P[2]) Tỷ số truyền chung: Số vòng quay của bánh xe cần có để đảm bảo vận tốc di chuyển xe là 40 m/phut nbx==63,7 vòng/phút Tỷ số truyền chung cần có đối với bộ truyền cớ cấu di chuyển xe ix===13,7 4.2.4 Kiểm tra động cơ điện về mô men mở máy Khi thiết kế thường xuất phát từ gia tốc cho phép lớn nhất để không xảy ra trượt trơn. Gia tốc lớn nhất để đảm bảo hệ số an toàn kb>1,2 tính cho trường hợp lực bám ít nhất (Khi không có vật nâng) Xác định theo công thức sau: (3-51[1]) Trong đó: g=9,81 m/s2 G0=10000N Trọng lượng xe lăn Gd=5000N Tổng áp lực lên bánh dẫn khi không có vật nâng. d=60 mm: Đường kính ngõng trục. Dbx=200 mm: Đường kính bánh xe. =0,2: Hệ số bám với xe lăn trong nhà. f=0,015: Hệ số ma sát trong ổ trục theo bảng 3-8[1] : Tổng lực cản tĩnh khi không có vật ==686*=172 N Thay vào công thức, ta được: =0,671 m/s2 Thời gian mở máy tương ứng với gia tốc cho phép trên là: =0,99 (s) Mô men mở máy tối đa cho phép để không xảy ra hiện tượng trượt trơn xác định theo công thức 3-54[1] =17,6 Nm Trong đó, (Gi.Di2)khop=3,79 (Chọn loại khớp nối vòng đàn hồi có bánh phanh đường kính D=200 mm) Đối với động cơ điện đã chọn có mô men danh nghĩa : Mdn=9550*=9550*=8,8 Nm Mô men mở máy xác định theo công thức 2-75[1] =1,5.Mdm Mm=1,5*8,8=13,2 Nm Ta thấy Mm<M0m như vậy động cơ thỏa mãn về điều kiện lực bám, động cơ hoạt động an toàn. 4.2.5 Phanh Mô men phanh phải xác định xuất phát từ yêu cầu sao cho khi xe lăn di chuyển trển đường ray, trong mọi trường hợp sẽ không xảy ra hiện tượng trượt trơn trong thời kỳ phanh. Chọn trục đặt phanh là trục ra của động cơ. Gia tốc hãm khi không có vật nâng theo bảng 3-10[1] tương ứng với tỷ lệ số bánh dẫn so với tổng số bánh xe là 50% và hệ số bám =0,2, chọn j0ph=0,75 m/s2 Thời gian phanh khi không có vật nâng xác định theo công thức 3-61[1] t0ph==0,89 (s) Mô men phanh xác định theo công thức 3-58[1] Mph= Trong đó Wt0*=G0*=10000*=75 N (3-40[1]) =13,9 Nm Căn cứ vào mô men phanh trên ta chọn phanh má TKT-100 co mô men phanh Mph=20 Nm 4.2.6 Bộ truyền. Theo sơ đồ cơ cấu di chuyển xe lăn, ta sử dụng hộp giảm tốc hai cấp bánh răng đặt đứng. Hộp giảm tốc này có một trục vào và hai trục ra. Hộp giảm tốc phải đảm bảo các yêu cầu sau: -Số vòng quay trục vào n=870 vòng/phút -Công suất truyền N=0,8 kw -Tỷ số truyền ix=13,7 *Phân phối tỷ số truyền: Goi: in: Tỷ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh ic: Tỷ số truyền cặp bánh răng cấp chậm Để đảm bảo điều kiện bôi trơn, ta chọn in=(1,21,3)*ic Chọn in=1,2*ic in*ic=13,7~13,6 in=1,2*ic àin=4 àic=3,4 -Số vòng quay: nI=870 Vong/phut nII=nI/in=870/4=217,5 vong/phut nIII=nII/ic=217,5/3,4=64 vong/phut -Công suất: NI=Nct*=0,8*0,995=0,796kw NII=NI**=0,796*0,97*0,995=0,768 kw NIII=NII**=0,768*0,97*0,995=0,741 kw Các giá trị của hiệu suất tra trong bảng 2-1 [2] -Mô men xoắn tính theo công thức sau: M=9,55*106* Nmm MxI=9.55*106*=8738 Nmm MxII=9.55*106*=33721 Nmm MxIII=9.55*106*=110571 Nmm *Chọn sơ bộ kích thước bộ truyền +Đối với bộ truyền bánh răng cấp nhanh: -Mô đun: m=3 -Số răng bánh lớn: Z1=120 răng -Số răng bánh nhỏ: Z2=30 răng -Chiều cao răng: h=2,25*m=2,25*3=6,75 -Khoảng cách trục A=0,5(Z1+Z2)*m=0,5*(120+30)*3=225 mm -Bề rông răng: B=*A=0,3*225=67,5 mm -Độ hở hướng tâm: c=0,25*m=0,25*3=0,75 -Đường kính vòng chia: dc1=m*Z1=3*120=360 mm dc2=m*Z2=3*30=90 mm -Đường kính vòng đỉnh răng: De1=dc1+2*m=360+2*3=366 mm De2=dc2+2*m=90+2*3=96 mm -Đường kính vòng chân răng: Di1=dc1-2*m-2*c=360-2*3-2*0,75=352,5 Di2=dc2-2*m-2*c=90-2*3-2*0,75=82,5 +Đối với bánh răng cấp chậm: -Mô đun: m=3 -Số răng bánh lớn: Z1=102 răng -Số răng bánh nhỏ: Z2=30 răng -Chiều cao răng: h=2,25*m=2,25*3=6,75 -Khoảng cách trục A=0,5(Z1+Z2)*m=0,5*(102+30)*3=198 mm -Bề rông răng: B=*A=0,45*198=89,1 mm -Độ hở hướng tâm: c=0,25*m=0,25*3=0,75 -Đường kính vòng chia: dc1=m*Z1=3*102=306 mm dc2=m*Z2=3*30=90 mm -Đường kính vòng đỉnh răng: De1=dc1+2*m=306+2*3=312 mm De2=dc2+2*m=90+2*3=96 -Đường kính vòng chân răng: Di1=dc1-2*m-2*c=306-2*3-2*0,75=298,5 mm Di2=dc2-2*m-2*c=90-2*3-2*0,75=82,5 mm *Tính toán sơ bộ trục Theo công thức 7-1[2] ta tính sơ bộ đường kính các trục như sau: -Trục I: dI==14,6 Chọn dI=16 mm -Trục II: dII==22,9 Chọn dII=24 mm -TrụcIII: dIII==34,05 Chọn dIII=36 mm *Chọn then cho các trục: Dựa vào bảng 7-23[2] ta chọn then cho các trục như sau: -Trục I: bxh=5x5 mm2 -Trục II: bxh=6x6 mm2 -Trục III: bxh=10x8mm2 4.3 Cơ cấu di chuyển cầu Cơ cấu di chuyển cầu sử dụng là loại động cơ dẫn động riêng cho từng phía. Loại cơ cấu này cho phép truyền động ở khẩu độ xa, gọn nhẹ. 4.3.1 Sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu Hình 4.16 Sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu Hình 4.17 Bánh xe và ray 4.3.2 Bánh xe và ray Dựa vào bảng 9-4[1], chọn loại bánh xe có thành bên, đường kính bánh xe Dbx=700 mm, đường kính ngõng trục lắp ổ là d=90 mm. Chiều rộng vành bánh là 130 mm. Chọn ray bằng có chiều rộng tiếp xúc với bánh xe là 80 mm. Theo tính toán trong phần 3.3, tải trọng tương đương tác dụng lên bánh xe là Pbx=129000 N Bánh xe được chế tạo bằng thép đúc 55 và bề mặt tôi đạt độ cứng HB=300320 Kiểm tra bánh xe theo sức bền dập Ứng suất dập được xác định theo công thức 2-67[1] Ta có: ==408 N/mm2 r=350: Bán kính bánh xe. Ứng suất dập cho phép tra theo bảng 2-19[1] ta được =750 N/mm2. Như vậy, điều kiện bền dập của bánh xe được đảm bảo, bánh xe với kích thước chọn đảm bảo yêu cầu làm việc. 4.3.3 Động cơ điện. Lực cản tĩnh chuyển động của xe bao gồm lực cản do ma sát và lực cản do độ dốc của đường ray. Lực cản do gió =0 do cầu trục hoạt động trong nhà. Lực cản do ma sát tính theo công thức 3-40[1] W1=(G0+Q).=(100000+60000)*=777 N Trong đó =0,8: Hệ số ma sát lăn tra bảng 3-7[1] f=0,02: Hệ số ma sát trong ổ trục bánh xe, tra bảng 3-8[1] Lực cản do độ dốc của đường ray xác định theo công thức 3-41[1] W2=.(G0+Q)=0,001*(100000+60000)=160 N Trong đó: =0,001: Độ dốc đường ray (Bảng 3-9[1]) Tổng lực cản tĩnh xác định theo công thức 3-39[1] Wt=kt*W1W2 Ta có tỷ số khoảng cách bánh/ khoảng cách trục là 20000/3500=5,7, tra bảng 3-6[1] chọn kt=2,54 àWt=2,54*777+160=2134 N (Tính lực cản tối đa nên dùng dấu “+”) Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ điện xác định theo công thức 3-60[1] Nt===4,18 kw Trong đó =0,85: Hiệu suất cơ cấu di chuyển, xác định theo bảng 1-9[1] Với công suất tĩnh yêu cầu như trên, chọn sơ bộ động cơ dây cuốn ký hiệu AOC2-42-6 có các đặc tính sau: -Công suất danh nghĩa N=4,7 kw -Số vòng quay danh nghĩa n=860 vòng/phút -Mô men vô lăng 1,7 Nm2 -Khối lượng m=65 kg (Các số liệu tra trong bảng 4P[2]) Tỷ số truyền chung: -Số vòng quay của bánh xe cần có để đảm bảo vận tốc di chuyển xe nbx===45,5 vòng/phút Tỷ số truyền cần có đối với bộ truyền cơ cấu di chuyển cầu lăn ix===18,9 4.3.4 Kiểm tra động cơ điện về mô men mở máy Gia tốc lớn nhất để đảm bảo hệ số an toàn bám kb=1,2 tính cho trường hợp lực bám ít nhất (Khi không có vật nâng) xác định theo công thức 3-51[1] Trong đó: g=9,81 m/s2 G0=100000N Trọng lượng cầu lăn Gd=50000N Tổng áp lực lên bánh dẫn khi không có vật nâng. d=90 mm: Đường kính ngõng trục. Dbx=700 mm: Đường kính bánh xe. =0,2: Hệ số bám với xe lăn trong nhà. f=0,02: Hệ số ma sát trong ổ trục theo bảng 3-8[1] : Tổng lực cản tĩnh khi không có vật ==2134*=1334 N Thay vào công thức, ta được: =0,699m/s2 Thời gian mở máy tương ứng với gia tốc cho phép trên là: =2,4 (s) Mô men mở máy tối đa cho phép để không xảy ra hiện tượng trượt trơn (3-54[1]) =189 Nm Trong đó, (Gi.D2i)khop=3,79 (Chọn loại khớp nối vòng đàn hồi có đường kính bánh phanh D=200 mm) Đối với động cơ điện đã chọn có mô men phanh danh nghĩa Mdn== Mô men mở máy xác định theo công thức 2-75[1] =1,5.Mdm Mm=1,5*52=78 Nm <M0m=189 Nm. Như vậy, động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện về lực bám, động cơ hoạt động an toàn. 4.3.5 Phanh Chọn trục ra của động cơ làm trục đặt phanh. Gia tốc hãm khi không có vật nâng, theo bảng 3-10[1] tương ứng tỉ lệ số bánh dẫn trong tổng số bánh xe là 50% và hệ số bám =0,2, ta chọn j0ph=0,75 m/s2 Thời gian phanh khi không có vật nâng là: t0ph===2,22 (s) Mô men phanh xác định theo công thức 3-58[1] Mph= Trong đó Wt0*=G0*=100000*=486 N (3-40[1]) =116 Nm Căn cứ vào mô men phanh trên ta chọn phanh má TKT-200 co mô men phanh Mph=160 Nm 4.3.6 Bộ truyền Theo sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu, ta sử dụng hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ đặt đứng, một trục vào và một trục ra. Hộp giảm tốc phải thỏa mãn các yêu cầu sau: -Số vòng quay trục vào n=860 vong/phut -Công suất N=4,7 kw -Tỷ số truyền ix=18,9 Ta tính được các thông số cơ bản của bộ truyền như sau: *Phân phối tỷ số truyền: Goi: in: Tỷ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh ic: Tỷ số truyền cặp bánh răng cấp chậm Để đảm bảo điều kiện bôi trơn, ta chọn in=(1,21,3)*ic Chọn in=1,2*ic in*ic=18,9 in=1,2*ic àin=4,8 àic=4 -Số vòng quay: nI=860 Vong/phut nII=nI/in=860/4,8=179 vong/phut nIII=nII/ic=179/4=44,75 vong/phut -Công suất: NI=Nct*=4,7*0,995=4,677kw NII=NI**=4,677*0,97*0,995=4,514 kw NIII=NII**=4,514*0,97*0,995=4.357 kw Các giá trị của hiệu suất tra trong bảng 2-1 [2] -Mô men xoắn tính theo công thức sau: M=9,55*106* Nmm MxI=9.55*106*=51936 Nmm MxII=9.55*106*=240937 Nmm MxIII=9.55*106*=929818 Nmm *Chọn sơ bộ kích thước bộ truyền +Đối với bộ truyền bánh răng cấp nhanh: -Mô đun: m=3 -Số răng bánh lớn: Z1=120 răng -Số răng bánh nhỏ: Z2=25 răng -Chiều cao răng: h=2,25*m=2,25*3=6,75 -Khoảng cách trục A=0,5(Z1+Z2)*m=0,5*(120+25)*3=217,5 mm -Bề rông răng: B=*A=0,3*217,5=65,25 mm -Độ hở hướng tâm: c=0,25*m=0,25*3=0,75 -Đường kính vòng chia: dc1=m*Z1=3*120=360 mm dc2=m*Z2=3*25=75 mm -Đường kính vòng đỉnh răng: De1=dc1+2*m=360+2*3=366 mm De2=dc2+2*m=75+2*3=81 mm -Đường kính vòng chân răng: Di1=dc1-2*m-2*c=360-2*3-2*0,75=352,5 Di2=dc2-2*m-2*c=75-2*3-2*0,75=67,5 +Đối với bánh răng cấp chậm: -Mô đun: m=3 -Số răng bánh lớn: Z1=120 răng -Số răng bánh nhỏ: Z2=30 răng -Chiều cao răng: h=2,25*m=2,25*3=6,75 -Khoảng cách trục A=0,5(Z1+Z2)*m=0,5*(120+30)*3=225 mm -Bề rông răng: B=*A=0,45*225=101,25 mm -Độ hở hướng tâm: c=0,25*m=0,25*3=0,75 -Đường kính vòng chia: dc1=m*Z1=3*120=360 mm dc2=m*Z2=3*30=90 mm -Đường kính vòng đỉnh răng: De1=dc1+2*m=360+2*3=366 mm De2=dc2+2*m=90+2*3=96 -Đường kính vòng chân răng: Di1=dc1-2*m-2*c=360-2*3-2*0,75=352,5mm Di2=dc2-2*m-2*c=90-2*3-2*0,75=82,5 mm *Tính toán sơ bộ trục Theo công thức 7-1[2] ta tính sơ bộ đường kính các trục như sau: -Trục I: dI==26,5 Chọn dI=28 mm -Trục II: dII==44,1 Chọn dII=45 mm -TrụcIII: dIII==69,2 Chọn dIII=75 mm *Chọn then cho các trục: Dựa vào bảng 7-23[2] ta chọn then cho các trục như sau: -Trục I: bxh=8x7 mm2 -Trục II: bxh=14x9 mm2 -Trục III: bxh=20x12 mm2 PHẦN V TÍNH TOÁN KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CẦU TRỤC Các số liệu ban đầu: -Tải trọng Q=60000 N -Trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang: Qx=10000 N -Trọng lượng cầu kể cả cơ cấu di chuyển Qc=100000 N -Khẩu độ L=20 m -Khoảng cách trục các bánh xe của xe lăn: b= 1m -Khoảng cách vết các bánh xe của xe lăn 1,2 m -Chế độ làm việc trung bình Cầu gồm hai dầm kiểu hộp nối cứng với nhau bằng dầm cuối. Trên dầm cuối ta đặt các bánh xe để cầu di chuyển dọc phân xưởng. Xe lăn di chuyển trên đường ray đặt ở thanh biên trên của hộp. Cầu trục hai dầm kiểu hộp đảm bảo độ cứng theo phương thẳng đứng và theo phương nằm ngang, đồng thời cả ở tiết diện ngang dưới tác dụng của mô men xoẵn do trọng lượng cơ cấu di chuyển…gây ra. Loại hai dầm kiể hộp được sử dụng rất rộng rãi vè dễ chế tạo, cho phép dùng hàn tự động. Tuy nhiên đối với các cầu trục có tầm rộng lớn, muốn bảo đảm đủ độ cứng cần thiết, phải tăng chiều cao của dầm. Điều đó làm cho cầu nặng hơn và tải trọng tác dụng lên nhà cũng lớn hơn. 5.1 Tải trọng tính Kết cấu kim loại được tính theo hai trương hợp phối hợp tải trọng: -Trường hợp phối hợp tải trọng thứ nhất: Dưới tác dụng của các tải trọng chính do trọng lượng vật nâng, trọng lượng xe lăn và trọng lượng của bản thân cầu gây ra. -Trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai: Dưới tác dụng của tải trọng chính đã kể trên và tải trọng phụ do lực quán tính lớn nhất có thể xảy ra khi phanh hay mở máy cầu trục và xe lăn. Tải trọng do trọng tải của xe lăn với vật nâng là tải trọng tập trung và đặt ở điểm tiếp xúc của bánh xe với đường ray. Trị số của tải trọng này là: Xét bánh xe D ở hình 3.3 ==15175 N Ở bánh xe C: ==9325 N Trong đó: k2=1,2 Hệ số điều chỉnh đối với chế độ làm việc trung bình ( theo phần 2 chương 5 [1]) Chọn sơ bộ trọng lượng dầm chính là G1=25000 N và trọng lượng cơ cấu di chuyển( không kể gối tựa) là G2=15000N. Tính dầm phía bên cơ cấu di chuyển, tức là dầm chịu tải lớn hơn. Tải trọng phân bố đều theo chiều dài dầm đặt bên phía dầm có cơ cấu di chuyển. =2000N/m k1=1,0: Hệ số điều chỉnh (Phần 2 chương 5[1]) Dầm đồng thời chịu mô men xoắn do trọng lượng cơ cấu di chuyển gây ra Mx=G2*e=15000*0,5=7500 Nm Trong đó: e=0,5: khoảng cách từ trọng tâm của cơ cấu di chuyển đến trọng tâm của tiết diện dầm. Tải trọng của các bánh xe C và D khi không kể đến hệ số điều chỉnh: ==13062,5 N == 8187,5 N Trị số lực quán tính lớn nhất khi phanh xe lăn và cầu trục: -Khi phanh xe lăn với vật nâng chuyển động dọc cầu: Theo [1] trang 96, lực quán tính khi phanh xe lăn của cầu trục tác dụng dọc theo dầm chính và lấy bằng 1/7 của tải trọng thẳng đứng tương ứng. P”qt=.P”D=*13062,5=1866 N -Do trọng lượng của dầm chính khi phanh cầu: Theo [1] trang 96, lực quán tính trong trường hợp này bằng 0,1 trọng lượng tương ứng. Hệ số 1/2 tính khi nửa số bánh xe của cầu là bánh dẫn: Pqt===100 N/m -Do trọng lượng xe lăn với vật nâng khi phanh cầu P’qt===1062,5 N Lực P’qt đặt trung tâm ở giữa dầm, lực P”qt đặt ở đầu ray đặt xe lăn và hướng dọc theo trục dầm đang tính. Lực Pqt và P’qt hướng thẳng góc với dầm. 5.2 Xác định kích thước tiết diện của dầm chính Chiều cao của dầm chính ở tiết diện giữa phụ thuộc vào tầm rộng của cầu và lấy bằng: H===14291111mm Lấy H=1200 mm Chiều cao của dầm ở tiết diện gối tựa: H1=0,5.H=0,5*1200=600 mm Chiều dài đoạn nghiêng: C=(0,10,2).L=(0,10,2)*20000=20004000 Lấy C=2200 mm Chiều rộng của thanh biên trên và dưới: B0=(0,330,5).H=(0,330,5)*1200=396600 Lấy B0=500 mm Để đảm bảo độ cứng của dầm khi xoắn, bề rộng B giữa các thành đứng lấy bằng: B===500400 mm Lấy B=450 mm Vật liệu của dầm chính là thép CT3. Thanh biên trên của dầm dùng thép tấm dày =8 mm, thanh biên dưới dầm cũng dùng thép tấm dày =6 mm, chiều dày thành đứng =6 mm. Từ các thông số trên, ta có được mặt cắt ngang dầm chính tại tiết diện giữa và tiết diện tại gối tựa như hình 5.1 Hình 5.1 Mặt cắt ngang dầm chính Từ các kích thước trên ta có thể xác định các đặc tính cơ bản của tiết diện giữa dầm (Hình 5.1 a) Diện tích tiết diện: Thanh biên trên: F1=B0. =500*8=4000 mm2 Thanh biên dưới: F2=B0. =500*6=3000 mm2 Thanh biên đứng: F3=2.h1. =2*1186*6=14232 mm2 Tổng diện tích: F=21232 mm2 Trong đó: h1=H-(+)=1200-8-6=1186 mm Mô men tĩnh của tiết diện đối với trục x1-x1: Thanh biên trên: S1=F1.(H-)=4000*(1200-)=4784000 mm3 Thanh biên dưới: S2=F2. =3000*=9000 mm3 Thanh biên đứng: S3=F3.()=14232*()=8524968 mm3 Tổng mô men tĩnh: S=13317968 mm3 Tọa độ trọng tâm của tiết diện đối với trục x1-x1 Z0===627 mm Mô men quán tính của tiết diện đối với trục x-x Thanh biên trên: Jx1=+F1.(H-Z0-)2=+ 4000*(1200-627-)2=1295.106 mm4 Thanh biên dưới: Jx2=+F2.(Z0-)2=+3000*(627-)2=1168.106 mm4 Thanh đứng: Jx3=2.+F3.(Z0--)2=2*+14232*(627--6)2=1679.106 mm4 Tổng mô men quán tính là: Jx=4142.106 mm4 Mô men chống uốn của tiết diện đối với trục x-x -Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên trên: W’x===2,93.106 mm3 Trong đó: Z1=H-Z0=1200-627=573 mm -Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên dưới: Wx===2,68.106 mm3 Mô men quán tính đối với trục y-y Thanh biên trên: Jy1===83,3.106 mm4 Thanh biên dưới: Jy2===62,5.106 mm4  Thanh đứng: Jy3=2. +F3.=2*+14232*=911.106 mm4  Tổng mô men quán tính Jy=1056,8.106 mm4 Mô men chống uốn đối với trục y-y Wy===4,2.106 mm3 Bằng các phép tính tương tự, ta xác định được đặc tính của tiết diện dầm cuối (hình 5.1b) Diện tích tiết diện: Thanh biên trên: F1=B0. =500*8=4000 mm2 Thanh biên dưới: F2=B0. =500*6=3000 mm2 Thanh biên đứng: F3=2.h1. =2*586*6=7032 mm2 Tổng diện tích: F=14032 mm2 Trong đó: h1=H-(+)=600-8-6=586 mm Mô men tĩnh của tiết diện đối với trục x1-x1: Thanh biên trên: S1=F1.(H-)=4000*(600-)=2384000 mm3 Thanh biên dưới: S2=F2. =3000*=9000 mm3 Thanh biên đứng: S3=F3.()=7032*()=2102568 mm3 Tổng mô men tĩnh: S=4495568 mm3 Tọa độ trọng tâm của tiết diện đối với trục x1-x1 Z0===320 mm Mô men quán tính của tiết diện đối với trục x-x Thanh biên trên: Jx1=+F1.(H-Z0-)2=+ 4000*(600-320-)2=304,7.106 mm4 Thanh biên dưới: Jx2=+F2.(Z0-)2=+3000*(320-)2=301,5.106 mm4 Thanh đứng: Jx3=2.+F3.(Z0--)2=2*+7032*(320--6)2=204,3.106 mm4 Tông mô men quán tính là: Jx=810,5.106 mm4 Mô men chống uốn của tiết diện đối với trục x-x -Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên trên: W’x===2,89.106 mm3 Trong đó: Z1=H-Z0=600-320=280 mm -Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên dưới: Wx===2,53.106 mm3 Mô men quán tính đối với trục y-y Thanh biên trên: Jy1===83,3.106 mm4 Thanh biên dưới: Jy2===62,5.106 mm4  Thanh đứng: Jy3=2. +F3.=2*+7032*=450.106 mm4  Tổng mô men quán tính Jy=595,8.106 mm4 Mô men chống uốn đối với trục y-y Wy===2,38.106 mm3 5.3 Ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính Sơ đồ hình 5.2 xác định ứng suất ở tiết diện giữa của dầm chính do trọng lượng của xe lăn có vật nâng tác dụng. Do hai xe đặt trên cùng một dầm ngang của cầu trục và hợp lực của hai xe như nhau, nên khi hợp lực của xe phía bên phải trùng với trọng tâm của dầm thì lúc đó, dầm ngang của cầu trục chịu tải trọng lớn nhất, ta có trị số ứng suất lớn nhất. Hình 5.2 Sơ đồ tính lực a) b) c) Phản lực tựa A dưới tác dụng của trọng lượng xe lăn và vật nâng trong trường hợp này bằng (Hình 5.2a)-Tính theo RDM RA=26140 N Mô men uốn lớn nhất tại trọng tâm của dầm: M’1u=227276 Nm Phản lực tựa A dưới tác dụng của trọng lượng dầm và cơ cấu (hình 5.2b) R’A=20000N Mô men uốn lớn nhất tại trọng tâm của dầm: M”1u=100000 N.m Mô men uốn tổng: M1u=M’1u+M”1u=227276+100000=327276 Nm =327,3.106 N.mm Ứng suất dưới tác dụng của tải trọng chính: ==129,4 N/mm2 Ứng suất uốn cho phép đối với chế độ làm việc trung bình tra theo bảng 5-2[1] ta được =160 N/mm2. Như vậy dầm đảm bảo được sức bền uốn. Sơ đồ tính dầm dưới tác dụng của của tải trọng phụ được trình bày trên hình 5.2c và hình 5.3 Mô men uốn do lực quán tính của xe lăn và vật nâng (Lực P’qt) (Hình 5.2c) M’2u=9842203 Nmm=9842 Nm Lực quán tính này đặt ở đầu ray (Hình 5.3) và tạo thành mô men xoắn phụ. Mx=P’qt*h1. Vì lực này nhỏ nên có thể bỏ qua. Hình 5.3 Sơ đồ tính lực (a) (b) Mô men uốn do lực quán tính của trọng lượng bản thân dầm gây ra: M”2u===5000 Nm Mô men uốn tổng: M2u=M’2u+M”2u=9842+5000=14842 Nm Ứng suất uốn phụ: ==3,53 N/mm2 Mô men uốn do lực quán tính dọc khi phanh xe lăn (Hình 5.2b) M3u=2*P”qt*h1=2*1866*0,673=2512 Nm (Do có hai xe lăn nên ta nhân thêm cho 2) Ứng suất uốn phụ do mô men này gây ra ==0,94 N/mm2 Ứng suất uốn tổng trên tiết diện đang xét dưới tác dụng của tải trọng chính và phụ (trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai) =++=129,4+3.53+0,94=133,9 N/mm2 Ứng suất cho phép tra bảng 5-2[1] ta thấy: =180 N/mm2 >=133,9 N/mm2 Độ võng của dầm dưới tác dụng của xe lăn và vật nâng: f=2*=2*=8,14 mm Trong đó: E=2,1.105 N/mm2: Mô đun đàn hồi của thép CT3 Độ võng cho phép: [f]== =28,57 mm. Ta thấy độ võng tính toán nhỏ hơn rất nhiều so với độ võng cho phép. Như vậy đảm bảo an toàn. Để đảm bảo độ ổn định cục bộ của thành đứng dầm, ta có thể hàn thêm những tấm thép theo chiều cao của dầm (Hình 5.4). Khoảng cách giữa các tấm thép đó lấy bằng l=2000 mm Hình 5.4 Kết cấu dầm chính Ứng suất tới hạn của tấm (Hình 5.5a) =4390..103=4390**103=200 N/mm2 Trong đó: =8: Chiều dày của tấm thép hàn vào. Hệ số an toàn ổn định của thành -Đối với trường hợp tải trọng thứ nhất: K1===1,55 -Đối với trường hợp tải trọng thứ hai: K2===1,49 Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất cho phép theo [1] [k1]=1,3; [k2]1,1. Hình 5.5 Sơ đồ tính lực (a) (b) 5.4 Tính tiết diện gối tựa của dầm chính: Tiết diện này được tính theo lực căt lớn nhất khi hai xe lăn ở sát gối tựa (Hình 5.6a) và mô men uốn do trọng lượng của cơ cấu di động cầu trục gây ra. Lực cắt lớn nhất: Qn=65862,5 N Mô men tĩnh của nửa tiết diện trên đối với trục x-x (Hình 5.1b) S0= =500*8*(280-4)+2*(280-8)*6*(140-4)=1547904 mm3 Hình 5.6 Sơ đồ tính lực a) b) Ứng suất suất khi J=Jx. ==10,48 Nmm2 Mô men xoắn do cơ cấu di động gây ra (Hình 5.3a) Mx===3750 Nm=3750000 Nmm Ứng suất tiếp: ==1,16 N/mm2 Trong đó F=(450+6)*(600-7)=270408 mm2: Diện tích hình chữ nhật được giới hạn bằng các trục đi qua đường tâm của các thanh biên và thành đứng. Tổng ứng suất cắt: =10,48+1,16=11,64 N/mm2 Ứng suất cắt cho phép trong trường hợp phối hợp tải trọng thứ nhất: =0,6*=0,6*160=96 N/mm2> . Trong đó, =160 tra trong bảng 5-2[1] Tương tự, ta có thể xác định được ứng suất do lực quán tính gây ra khi tính theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai. Nhưng vì trị số ứng suất do lực quán tính gây ra quá nhỏ nên ở đây có thể bỏ qua. Độ ổn định của thanh dầm chính ở đoạn cuối được kiểm tra theo ứng suất tiếp. Kích thước của đầu dầm xem hình 5.4 và 5.5b. Trị số ứng suất tiếp tới hạn xác định theo công thức: =80 N/mm2 Hệ số an toàn ổn định: k1===6,87 Hệ số an toàn ổn định cho phép theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ nhất [k1]=1,3<k1=6,87. Vì trị số của các tải trọng phụ nhỏ nên ta không cần kiểm tra độ ổn định của thành theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai. 5.5 Tính độ bền của ray dưới xe lăn Dưới xe lăn ta đặt loại ray KP-70 theo OCT 4121-62. Ray được kẹp chặt trên thanh biên trên dầm nhờ các tấm kẹp, do đó ta có thể dễ dàng thay thế khi sữa chữa. Để giảm ứng suất trong ray và trong thanh biên trên của dầm chính, người ta hàn thêm các thanh thép phụ (Hình 5.4) chiều cao của các thanh thép bằng H1===400 mm Trong đó: H=1200mm- chiều cao của dầm. Khoảng cách lớn nhất giữa các thanh giằng a=1100 mm. Mô men uốn khi bánh xe lăn nằm giữa hai thanh giằng có kể đến độ cứng vững của ray và thanh biên trên: Mu=2*=2*=5564167 N.mm Mô men chống uốn của ray đối với trục x-x: Wx=178120 mm3 Ứng suất uốn trong ray =31,24 N/mm2 <=160 N/mm2 Như vậy, ray đảm bảo bền. 5.6 Tính mối ghép hàn: Các thanh biên và thành đứng được ghép lại bằng mối hàn chồng. Chiều cao miệng hàn lấy h=6. Ta tính mối hàn giữa thanh biên trên và thành đứng: Lực cắt lớn nhất nằm ngay ở tiết diện gối tựa của dầm, vì thế ta tính mối hàn ở mặt cắt gối tựa. Lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài mối hàn xác định như sau: p= Trong đó: Qn=65862,5 N: Lực cắt lớn nhất Jx=810,5.106 mm4: Mô men quán tính của cá tiết diện đối với x-x Sx: Mô men tĩnh của thanh biên trên đối với trục x-x (Hình 5.1b) Sx==500*8*(600-320-4)=1104000 mm3 p==89,71 N/mm Để đảm bảo độ bền của mối hàn không kém độ bền của các chi tiết hàn làm bằng thép CT3 có độ bền N/mm2, ta dùng loại que hàn э42 có N/mm2 Ứng suất cắt cho phép của mối hàn dưới tác dụng của tải trọng chính: =0,6*=0,6*160= 96N/mm2 Chiều dài mối hàn cần thiết trên một mét chiều dài dầm gối tựa l= *1000=*1000=111 mm Cách hàn: Vì hình hộp có tính chất đối xứng và dài nên khi hàn cần chú ý hàn đối xứng và hàn phân đoạn. Chiều dài của mối hàn là 50 mm và khoảng cách các mối hàn là 60 mm. Vì ứng suất nhỏ nên trong trường hợp này ta không tính theo trường hợp tải trọng thứ hai. Mối nối thành đứng của dầm đặt cách gối tựa một đoạn l2=4000 mm. Các thanh biên của dầm được nối ngoài mối nối đó để tránh các mối nối chồng lên nhau. Mối hàn của các mối nối thành đứng tính theo uốn khi bánh xe nằm trên mối nối. (Hình 5.6b) Phản lực gối tựa A do trọng lượng xe lăn và vật nâng gây ra R’A=36552,5 N Mô men uốn do tải trọng này gây ra ở tiết diện đang xet: M’u=R’A*l2=36552,5*4=146210 Nm Mô men uốn do tải trọng phân bố đều gây ra ở tiết diện đang xét: M”u=-=4000-=64000000 Nmm Tổng mô men uốn ở tiết diện đang xét: Mu=M’u+M”u=146210+64000=210210 Nm Mô men chống uốn của tiết diện (Hình 5.1a) Wx===6,67.106 mm3 Ứng suất trong mối hàn dưới tác dụng của tải trọng chính: ===31,5 N/mm2 Ứng suất cho phép lớn nhất trong trường hợp này là =0,9.=0,9*160=144 N/mm2>=31,5 N/mm2 Phản lực tựa A dưới tác dụng của các lực quán tính ngang của xe lăn với vật nâng. R’A=1588,4N (Tính trên hình 5.6b với lực quán tính p’qt đặt tại trọng tâm mỗi xe cách trục của bánh xe D một khoảng là 350mm) Mô men uốn do lực quán tính ngang này gây ra là: M’u=R’A*l2=1588,4*4000=6353600 Nmm Phản lực tựa A do lực quán tính của dầm R”A===1000 N Mô men uốn do pqt gây ra là: M”u=R”A*l2- =1000*4000-=3200000 Nmm Tổng mô men uốn Mu=M’u+M”u=6353600+3200000=9553600 Nmm Mô men chống uốn của tiết diện đối với lớp ngoài cùng của mối hàn W’x===4,6.106 mm3 Ứng suất trong mối hàn: =2,08 N/mm2 Mô men uốn do lực quán tính của xe lăn và vật nâng tác dụng dọc theo dầm H.5.3b M”’u=2*p”qt*h1=1866*673=2,51.106 Nmm (Do có hai xe lăn tác dụng lực quán tính nên ta nhân thêm cho 2) Ứng suất do mô men uốn này sinh ra: ==0,94 N/mm2 Ứng suất trong mối hàn dưới tác dụng của các tải trọng chính và tải trọng phụ ++=31,5+2,08+0,94=34,52 N/mm2 Ứng suất cho phép lớn nhất trong trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai =0,9.=0,9*180=162 N/mm2>=34,52 N/mm2 Như vậy mối hàn đảm bảo bền 5.7 Tính dầm cuối Dầm cuối được chế tạo bằng thép CT3 và có dạng hình hộp. Dầm cuối dưới tác dụng của tải trọng chính được tính khi xe lăn với vật nâng nằm ở sát nó nhất. Lực tác dụng lên dầm chính được xác định: p1=Qn=65862,5 N: Lực do dầm chính chứa hai bánh xe C, D tác dụng p2=Q’n=60237,5:(Hình5.6a,thay lực P’D bằng lực P’A=1,2*PA+Gx/4=13225N .Thay lực P’C bằng lực P’B=1,2*PB=Gx/4=8275 N).Lực do dầm chính chứa hai bánh xe Avà B tác dụng. Mô hình dầm cuối như sau: Hình 5.7 Sơ đồ dầm cuối (a) (b) Phản lực tác dụng lên gối tựa D và C của dầm cuối (Hình 5.7) RD=62246 N RC=63854 N Mô men uốn lớn nhất tại tiết diện I-I Mu=RC*l1=63854*1250=79,8.106 N.mm Mô men chống uốn của tiết diện đối với trục x-x Wx=1510000 mm2 Ứng suất uốn dưới tác dụng của tải trọng chính ==52,8 N/mm2 Ứng suất cho phép =160 N/mm2>=52,8 N/mm2 (Bảng 5-2[1]) Để đảm bảo cho dầm cuối đủ độ cứng vững, ứng suất uốn cho phép ở đây lấy không lớn hơn 80100 N/mm2 . Khi tính dầm cuối theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai, ta tính ứng suất theo lực quán tính lớn nhất có thể có. Lực quán tính ở bánh xe dẫn bên phải của cầu khi phanh xe lăn ở sát gối tựa. p’’’qt= Với RB=RB1+RB2 RB1: Tải trọng tác dụng lên bánh xe B do xe lăn thứ nhất tác dụng (Tính theo sơ đồ hình 5.6a) RB2: Tải trọng tác dụng lên bánh xe B do xe lăn thứ hai tác dụng RB1= pd, pbd: Tải trọng tác dụng lên bánh xe dẫn và bị dẫn (Hình 3.3) pd=PA+PD+= 8937,5+10562,5+=24500 N pbd=PC+PB+=5687,5+4812,5+=15500 N q=2000 N/m: Tải trọng phân bố đều theo chiều dài dầm đặt bên phía dầm có cơ cấu di chuyển. q’===1250 N/m: Trọng lượng phân bố theo chiều dài dầm chính phía bên giàn cấp điện. RB1==16837,5 N RB2= RB2==18237,5 N àRB=16837,5+18237,5=35075 N Như vậy lực quán tính ở bánh xe dẫn bên phải của cầu khi phanh xe lăn ở sát gối tựa. p’’’qt===3507,5 N3508 N Tải trọng phụ trên dầm do lực quán tính p’’’qt gây ra. (Hình 5.8) R’D=p’’’qt*=3508*=20046 N Trong đó A=3500 mm: Khoảng cách trục bánh xe dầm cuối. Hình 5.8 Sơ đồ tính lực Mô men uốn do tải trọng này tác dụng: M’u=R’D*l1=20046*1250=25057500 N.mm Mô men chống uốn của tiết diện đối với trục thẳng đứng y-y Wy= 945000 mm3  Ứng suất uốn ==26,51 N/mm2 Tải trọng ngang của dầm khi phanh xe lăn (Hình 5-7b và 5.8) p’1=2*=2*=3268 N p’2=2*=2*=3732 N Phản lực gối tựa D do các tải trọng này gây ra: R”D= ==3566 N Các kích thước lấy trên hình 5.7a Mô men uốn ở tiết diện I-I Mu=R”D*(l1+l2)=3566*(1250+1000)=8.106 Nmm Ứng suất uốn =8,5 N/mm2 Ứng suất phụ do mô men quán tính gây ra =26,51+8,5=35,51 N/mm2 Ứng suất uốn tổng tương đương với trường hợp tải trọng thứ hai =52,8+35,51=88,31 N/mm2 Ứng suất uốn tương đương trong trường hợp phối hợp tải trọng này là (theo bảng 5-2[1]) =180 N/mm2>=88,31 N/mm2 Mặt cắt II-II kiểm tra theo sức bền cắt Lực cắt lớn nhất: Qn1=p1* Trong đó lấy sơ bộ q1=1200 N/m là tải trọng phân bố theo chiều dài của dầm cuối Kích thước chiều dài lấy trong hình 5.7 Qn1=65862,5*=65954 N Mô men tĩnh của nửa tiết diện trên đối với trục x-x (Hình 5.7) S0= S0==883654 mm3 Mô men quán tính của tiết diện đối với trục x-x Thanh biên trên: Jx1=+F1.(H-Z0-)2=+ 340*8*(450-225-)2=132,9.106 mm4 Thanh biên dưới: Jx2=+F2.(Z0-)2=+340*8*(225-)2=132,9.106 mm4 Thanh đứng: Jx3=2.+F3.(Z0--)2=2*+2*434*6*(225--6)2=81,8.106 mm4 Tổng mô men quán tính là: Jx=347,6.106 mm4 Ứng suất cắt khi j=jx ==14 N/mm2 Ứng suất cắt cho phép trong trường hợp phối hợp tải trọng thứ nhất =0,6*160=96 N/mm2 >=14 N/mm2 . Vì trị số ứng suất của lực quán tính gây ra quá nhỏ nên ta có thể bỏ qua. Như vậy, kết cấu kim loại của cầu trục đã thiết kế hoạt động an toàn với những yêu cầu về tải trọng nâng, vận tốc di chuyển xe con cũng như vận tốc di chuyển cầu. PHẦN VI THIẾT BỊ AN TOÀN, HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TRÊN MÁY VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ QUAN TRỌNG KHÁC 6.1 Thiết bị an toàn trên máy: Trong các loại máy nâng chuyển, các loại thiết bị phanh, sơ đồ điều khiển và các tiếp điểm an toàn điện…chỉ có thể đảm bảo an toàn co máy và có cấu trong điều kiện làm việc bính thường để thực hiện chức năng yêu cầu của máy. Để đảm bảo an toàn và ngăn ngừa sự cố trong những tính huống ngẫu nhiên ngoài mong muốn của người điều khiển, cầu trục cần phải được trang bị đầy đủ các thiết bị an toàn theo đúng quy định trong tiêu chuẩn về kỹ thuật an toàn máy. Trong phạm vi của cầu trục cần thiết kế, ta sử dụng thiết bị an toàn giới hạn hành trình. Đây là thiết bị dùng để giới hạn hành trình các chuyển động tịnh tiến theo phương ngang và phương đứng theo đúng thiết kế. Khi máy hoặc các bộ phận của máy chuyển động đến vị trí giới hạn, thiết bị giới hạn sẽ tự động ngắt dừng chuyển động để đảm bảo an toàn song vẫn đảm bảo khả năng điều khiển chuyển động theo chiều ngược lại để đưa máy về trạng thái làm việc bình thường. 6.1.1 Thiết bị giới hạn chiều cao nâng Sử dụng tại cơ cấu nâng vật. Ở đây ta sử dụng thiết bị kiểu tay đòn.(Hình 6.1) Hình 6.1 Thiết bị giới hạn chiều cao nâng Tại vị trí giới hạn chiều cao nâng, khi dừng chuyển động, thiết bị mang tải phải cách kết cấu thép của máy ít nhất 50 mm. Thiết bị giới hạn chiều cao nâng kiểu tay đòn gồm tay đòn (2) liên kết khớp với đầu cần (4) và công tắc hành trình (3)- công tắc kiểu nút bấm. Khi thiết bị mang vật đạt tới vị trí tới hạn, vấu (1) tì vào tay đòn (2) làm xoay tay đòn và tác động vào công tắc (3) để ngắt cơ cấu. Hệ thống điều khiển cơ cấu nâng cho phép hạ móc treo để đưa máy về trạng thái làm việc bình thường và khi đó, tay đòn (2) trở về vị trí cũ dưới tác dụng của trọng lượng của nó. 6.1.2 Thiết bị giới hạn hành trình di chuyển. (Hình 6.1a) Hình 6.2 Công tắc hành trình Thiết bị giới hạn hành trình di chuyển được trang bị cho xe lăn và cầu lăn. Ở đây ta sử dụng công tắc hành trình, được lắp ở hai đầu của ray. Khi xe lăn hay cầu lăn di chuyển đến vị trí giới hạn, chạm công tắc hành trình thì công tắc sẽ ngắt không cho xe hay cầu lăn chuyển động tiếp. Tuy nhiên, xe lăn hay cầu lăn vẫn có thể di chuyển theo chiều ngược lại để trở lại trạng thái làm việc bình thường. 6.2 Hệ thống điều khiển trên máy. Cầu trục hoạt động trong điều kiện chịu tải rất lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy và tần số đóng ngắt lớn. Để đảm bảo an toàn trong sử dụng máy, yêu cầu hệ thống điều khiển phải đáp ứng được những yêu cầu sau: -Sơ đồ hệ thống điều khiển đơn giản -Các phần tử chấp hành trong hệ thống điều khiển phải có độ tin cậy cao và thuận lợi trong việc thay thế sửa chữa. -Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ độc lập với nhau. -Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ quá tải và ngắn mạch. -Có các công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến, lùi cho các cớ cấu di chuyển xe lăn, cầu lăn. Hạn chế hành trình lên của cơ cấu nâng vật. Sơ đồ hệ thống điều khiển cầu trục được trình bày trên hình 6.3. Trong sơ đồ có các ký hiệu sau: A: Aptomat dùng bảo vệ ngắn mạch 1cc, 2cc: Cầu chì D1: Động cơ nâng hạ vật. D2: Động cơ di chuyền cầu lăn. D3: Động cơ di chuyển xe lăn. P1: Phanh hãm cơ cấu nâng hạ vật P2: Phanh hãm cớ cấu di chuyển cầu lăn P3: Phanh hãm cơ cấu di chuyển xe lăn. Ai: Các nút ấn. Bi: Các công tắc hành trình Ki: Các công tắc tơ Hình 6.3 Sơ đồ điều khiển Để vận hành đóng aptomat A, lúc này chưa có động cơ nào hoạt động. Muốn các cớ cấu hoạt động ta tiến hành ấn các nút ấn: -Ấn nút A1: Cơ cấu nâng hoạt động nâng vật lên. -Ấn nút A2: Cơ cấu nâng hoạt động hạ vật xuống. -Ấn nút A3: Cầu lăn di chuyển tới. -Ấn nút A4: Cầu lăn di chuyển lùi. -Ấn nút A5: Xe lăn di chuyển qua phải. -Ấn nút A6: Xe lăn di chuyển qua trái. Điều khiển xe lăn hoạt động. Khi ấn nút A5, nếu lúc này xe lăn đang ở cuối hành trình qua phải (B5 bị tác động) hoặc nút ấn A6 đang đóng (xe lăn đang qua trái) khi đó, công tắc tơ K5 không có điện. Do vậy tiếp điểm K5 trên mạch chính không đóng. Điều này nhằm khống chế hành trình của xe lăn và tránh trường hợp động cơ xe lăn được cấp điện để quay hai chiều ngược nhau. Giả sử xe lăn không ở cuối hành trình và nút ân A6 không bị tác động thì khi ta ấn nút ấn A5, công tắc tơ K5 có điện, tiếp điểm K5 trên mạch chính đóng, động cớ D3 và phanh P3 được cấp điện. Lúc này phanh đã mở (Do phanh sử dụng là phanh thường đóng) và xe lăn chuyển đông qua phải. Nếu thôi không ấn A5 xe lăn sẽ ngừng lại. Ngược lại, xe lăn sẽ chuyển đông đến khi nào chạm công tắc hành trình hạn chế hành trình qua phải B5 của xe lăn thì xe lăn sẽ dừng lại. Khi xe lăn đang chuyển động, nếu ấn nút ấn A6 động cơ vẫn không bị ngắn mạch do tiếp điểm thường đóng K5 bị tác động đã ngắt điện vào công tắc tơ K6. Do vậy xe lăn làm việc an toàn. Các động cơ còn lại của hệ thống cũng điều khiển tương tự như động cơ trên. 6.3 Bộ điều tốc cho cơ cấu di chuyển cầu lăn. Do cầu lăn ta sử dụng hai động cơ độc lập để dẫn động các bánh xe. Sử dụng cơ cấu dẫn động này có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ, có thể truyền động ở khoảng cách khá xa. Số khớp nối cũng như trục truyền ít nên cơ cấu ít cồng kềnh, làm việc an toàn. Tuy nhiên hai bánh xe thường quay không đồng bộ, vì vậy cần phải thực hiện đồng bộ chuyển động quay của các động cơ dẫn động. Để thực hiện làm đồng bộ động cơ, ta sử dụng bộ biến tần điều chỉnh tốc độ của động cơ thứ hai theo tốc độ động cơ thứ nhất. Sơ đồ nguyên lý như sau: Hình 6.4 Thiết bị đồng bộ động cơ Nguyên lý làm việc: Động cơ 1 quay với tốc độ , cảm biến tốc độ (1) sẽ truyền tốc độ của động cơ 1 về bộ xử lý (2). Đồng thời cảm biến tốc độ (4) cũng truyền tốc độ của động cơ 2 về bộ xử lý (2). Tại đây, tốc độ động cơ 2 được so sánh với động cơ 1, kết quả sẽ được xử lý và chuyển thành tín hiệu điện đến bộ biến tần (3) để điều khiển động cơ 2 tăng hay giảm tốc độ cho phù hợp với động cơ1. Nguyên lý của việc thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số. Phương trình đặc tính cớ động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ như sau: Khi thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý tưởng nên thay đổi được đặc tính cớ. Tần số càng cao, tốc độ động cơ càng lớn. Khi thay đổi tần số thì tốc độ của động cơ thay đổi theo đặc tính sau: Hình 6.5 Sự phụ thuộc giữa f và n 6.4 An toàn trong sử dụng máy và các thiết bị an toàn khác: Trong thực tế, tần suất xảy ra tai nạn trong sử dụng máy nâng là lớn hơn rất nhiều so với các loại máy khác. Do vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy nâng là vấn đề quan trọng và được đặt lên hàng đầu. Với cầu trục do có nhiều bộ phận máy lắp với nhau và được đặt trên cao, do vậy cần phải thường xuyên kiểm tra để kịp thời phát hiện những hư hỏng như lỏng các mối ghép, rạn nứt tại các mối hàn… Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe, trục quay…phải có vỏ bọc an toàn nhằm ngăn những mảnh vỡ ra nếu có sự cố khi chi tiết máy hoạt động. Toàn bộ hệ thống điện trong máy phải được nối đất. Với các động cơ đều có phanh hãm, tuy nhiên phải kiểm tra phanh thường xuyên không để xảy ra hiện tượng kẹt phanh gây nguy hiểm khi sử dụng. Trong phân xưởng sản xuất có lắp cầu trục cần phải được chiếu sáng dầy đủ và phải đủ cường độ sáng. Tất cả những người điều khiển máy làm việc hay phục vụ máy trong phạm vị làm việc của máy đều phải học tập các qui định về an toàn lao động, có làm bài kiểm tra và phải đạt kết quả. Khi máy làm việc, công nhân không được đứng trên vật nâng hoặc bộ phận mang để di chuyển cùng với vật nâng cũng như không được đứng dưới vật nâng đang di chuyển. Đối với máy không hoạt động thường xuyên (Nhiều ngày không sử dụng) trước khi đưa vào sử dụng cần phải kiểm tra toàn bộ kết cấu máy. Để kiểm tra, ta tiến hành thử máy với hai bước là thử tĩnh và thử động. -Bước thử tĩnh: Treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,25 lần trọng lượng nâng danh nghĩa của cầu trục thiết kế và để trong thời gian từ 10 đến 20 phút. Theo dõi biến dạng của toàn bộ cớ cấu máy. Nếu không có sự cố gì xảy ra thì ta tiếp tục thử động. -Bước thử động: Treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,1 trọng lượng danh nghĩa, sau đó tiến hành mở máy nâng, di chuyển, hạ vật, mở máy đột ngột, phanh đột ngột. Nếu không có sự cố gì xảy ra thì đưa máy vào hoạt động. Trong công tác an toàn sử dụng cầu trục, người quản lý phân xưởng có thể cho lắp thêm các thiết bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nhân khi làm việc. Một số thiết bị an toàn có thể sử dụng như: Sử dụng các công tắc đặt trên vị trí cuối hành trình của xe lăn hay cớ cấu di chuyển cầu. Các công tắc này được nối trực tiếp với hệ thống điều khiển để tự động ngắt thiết bị khi xảy ra sự cố (Đã nêu ở trên). Đồng thời cầu trục cần phải trang bị đèn báo và âm thanh để cảnh báo cho những người xung quanh khi cầu trục đang hoạt động. NỘI QUI VẬN HÀNH CẦU TRỤC 2X3 TẤN 1.Chỉ những người có trách nhiệm mới được vận hành. 2.Người vận hành phải nắm vững được nguyên lý hoạt động của máy, hướng dẫn của nhà chế tạo, tuân thủ các biện pháp an toàn… 3.Khu vực làm việc phải được sắp xếp ngăn nắp, cú lối đi lại, đảm bảo thông thoáng. 4.Trong quá trình làm việc cấm: -Kéo tải khi tải đang nâng lên hay hạ xuống. -Người qua lại khu vực làm việc. -Đứng trên tải để cân bằng tải hay sửa đổi dây buộc. -Nâng chuyển các vật và thiết bị dễ gây cháy, nổ. 5.Nghiêm chỉnh chấp hành qui định PCCC. 6.Sau mỗi ca vận hành phải vệ sinh nơi làm việc. 7.Trong quá trình làm việc, nếu có hiện tượng bất thường phải lập tức dừng máy và báo ngay cho người có trách nhiệm để xử lý.