Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép - Thiết kế cầu trục

này tiêu hao trong việc thắng quán tính các tiết máy quay bờn phía trục động cơ (roto, nửa khớp nối phía trục động cơ), còn lại là mụmen dư truyền qua khớp. Mụmen vô lăng nửa khớp phía động cơ lấy bằng 40% mụmen vô lăng khớp: SGD2k =4gJk=4.g.(Jk1+Jk2)=4.9,81.(1,95+0,05)=78,48 Nm2 (GD2)’K = 0,4.GDK2 = 0,4.78,48 = 31,392 Nm2 Mụmen vô lăng các tiết máy quay phía trục động cơ: =4.g.J + 78,48 = 4.9,81.0,5+78,48=98,1 Nm2 Tổng mụmen của cả hệ thống: = 538 Nm2 ( Đó tính phần chọn động cơ ) Tổng mụmen vô lăng của phần cơ cấu từ phần nửa khớp phía hộp giảm tốc về sau kể cả vật nâng: (GD2)’ = – (GD2)’l = 538– 98,1 = 43,9 Nm2 Phần mụmen dư truyền qua khớp sẽ là: Tổng mụmen truyền qua khớp: M’K = Mt + Md’ = 237+313,2= 550,2 (Nm) < =1100 Nm Thỏa mãn điều kiện bền b) Mụmen phanh truyền qua khớp khi phanh lúc hạ vật: Mqt = Mph - Mthạ =262,5 -148,65= 113,85 Nm Phần mụmen truyền qua khớp để thắng quán tính các tiết máy quay bờn phớa trục động cơ: (Thỏa mãn điều kiện bền) 3.9 Đường kính trục truyền: Theo điều kiện: Chọn [t] = 25 MPa = 25.106 N/m2 ; Mx = 1100 Nm = 0,06 m = 6 cm CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON Số liệu tính toán và sơ đồ dẫn động: Tải trọng nâng danh nghĩa: Q =10,21T=10,21.104 N Tốc độ di chuyển xe con: v =30 m/ph = 0,5 m/s Chế độ làm việc trung bình CĐ%= 25% Sơ đồ dẫn động: Hình 4.1.Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển xe con 1: Động cơ; 2: Phanh; 3: Khớp nối; 4: Hộp giảm tốc bánh răng trụ đặt đứng 5: Trục truyền; 6:Gối đỡ; 7: Bánh xe 4.1. Lực nộn bỏnh lớn nhất Tổng hợp tải trọng của vật nâng, các thiết bị và trọng lượng xe con coi như đặt tại trọng tâm xe con. Ta có lực nộn bỏnh lờn một bánh xe của cơ cấu di chuyển xe con là như nhau: Trọng lượng các thiết bị và xe con: Gxc=33600 N (chọn theo [4]) = 33925 (N) 4.2. Lực cản di chuyển xe con Lực cản di chuyển của xe con khi mang vật nâng danh nghĩa với chế độ làm việc ổn định được xác định theo: Wdc=Wms+Wd +Wg Wms - Lực cản do các loại ma sát: Wms= ( theo [3]) Trong đó: + f - Hệ số ma sát ổ trục bánh xe. Với ổ bi và ổ đũa: + Chọn f = 0,015 ( theo tài liệu [3] T51) + - Hệ số cản lăn. Với ray bằng, Dbx =(200 300) mm + Chọn =0,3 mm (theo tài liệu [3] T51 bảng 24) + Dbx - Đường kính bánh xe của xe con: Chọn Dbx=250 mm + d - Đường kớnh ngừng trục bánh xe:d = (0,25 0,3)Dbx = (62,5 75) mm Chọn d =70 mm k- Hệ số ma sát kể đến lực cản do ma sát thành bánh xe với ray và giữa các bộ phận lấy điện với nhau: Chọn k =1,5 ( Bảng 25- T52- [3]) Wms ==1791,24 N Wd - Lực cản di chuyển do dốc mặt đường: Wd=(Qdn+Gxc).a _ - Độ dốc đường ray di chuyển xe con: Chọn =0,002( Bảng 26- T52-[3]) Wd= (102100+33600).0,002 =271,4 N Wg - Lực cản di chuyển do gió gây ra. Vì cầu trục chủ yếu phục vụ sản xuất trong nhà xưởng, tốc độ di chuyển xe không lớn cho nên ta bỏ qua lực cản do gió: Wg=0 Ta có: Wdc= 171,24+271,4 +0 = 2062,6 2062 (N) 4.3.Tính công suất động cơ, chọn hộp giảm tốc 4.3.1 Tính công suất động cơ chọn hộp giảm tốc + Động cơ cơ cấu di chuyển xe con và cầu trục được chọn theo mụmen mở máy. Giá trị mụmen mở máy cần đảm bảo điều kiện bám của bánh xe chủ động của xe con hay cần trục khi không tải trên ray. Hệ số an toàn bỏm khụng nhỏ hơn 1,2. + Lực cản di chuyển của xe con khi có tải trong thới kỳ mở máy: a - gia tốc trung bình của xe con. (Chọn sơ bộ theo bảng 27, T53 – [3]). Chọn a = 0,2 m/s2 Wc = 2062 + 1,2.0,2 Wc = 5385 (N) + Công suất sơ bộ để chọn động cơ: ytb=1,6 - Hệ số quá tải trung bình của động cơ. vxc= 30(m/ph) - Tốc độ di chuyển xe con. hc=0,85 - Hiệu suất chung của bộ truyền cơ cấu di chuyển xe con . Ta có: Ntt = = 2 KW Công suất cản tĩnh: Công suất tính toán Ntt của động cơ cơ cấu di chuyển xe con có tính đến tải trọng quán tính đảm bảo điều kiện Ntt Nt. Do đó, ta chọn động cơ theo Ntt và theo chế độ làm việc(CD% = 25%). Chọn động cơ MTK 012-6 cú cỏc thông số kỹ thuật: Công suất động cơ: Ndc= 2,2 kW Tốc độ quay của trục động cơ: ndc=1000 v/ph Hệ số: cosj = 0,72 Hệ số mụmen mở máy lớn nhất Mmax = 6,7 daNm = 67 Nm Khối lượng động cơ: mđc= 53 kg Mụmen quán tính của rô to động cơ: J*= 0,03 kg.m2 4.3.2 Tính chọn hộp giảm tốc: Tỷ số truyền tính toán của hộp giảm tốc: ndc – Tốc độ quay của động cơ: nđc=1000 v/ph nbx tốc độ quay của bánh xe của bánh xe di chuyển xe con : . Ta có: itt Chọn hộp giảm tốc căn cứ vào công suất truyền Ndc =2,2kw, tỷ số truyền: itt = 26,18, chế độ làm việc (CĐ% = 25%), Số vòng quay giới hạn của trục ndc =1000 v/ph và sơ đồ truyền động cơ cấu( hộp giảm tốc kiểu đứng) Ta chọn hộp giảm tốc kiểu đứng bánh răng trụ 3 cấp có ký hiệu: BKH-420 cú cỏc thông số kỹ thuật: -Tỷ số truyền: igt=25 -Tốc độ quay cho phép của trục nhanh: ngt=1000 v/ph -Công suất mà hộp giảm tốc có thể truyền được: Ngt=7,2 kW -Khối lượng hộp giảm tốc: mgt= 93 kg 4.4.Tính cụm bánh xe di chuyển xe con: 4.4.1.Tớnh toán bánh xe di chuyển: Tải trọng tính toán trên bánh xe : k1 - Hệ số kể đến chế độ làm việc của cơ cấu: k1=1,2 (tra bảng 30, T153 – [1]) - Hệ số kể đến tính chất thay đổi tải trọng: Pbx – Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe: Pbx= 33925 N » 34 kN Ta có: Ptt=1,2.0,8.34=32,64 kN Chọn bánh xe có Dbx=250 mm Bánh xe loại 2 gờ, tải trọng lớn nhất có thể chịu được nộn lờn bánh xe trong chế độ làm việc CĐ 25% là 58,3 kN Các thông số : Chiều rộng ray b = 51 mm ; Khối lượng bánh xe m = 22 kg ; Tải trọng lớn nhất tác dụng lên ray 90 kN B = 60 mm ; B1 = 100 mm ; D1 = 300 mm ; d = 70 mm Chọn ray di chuyển xe con có ký hiệu: P 24 cú cỏc thồng số : A = 107 mm ; B = 92 mm ; C = 51 mm Hình 4.2. Kết cấu bánh xe di chuyển xe con và ray Kiểm tra bền bánh xe di chuyển xe con: Giá trị ứng suất nén cục bộ khi tiếp xúc giữa bánh xe và ray là tiếp xúc đường(vỡ ray bằng) phải thoả mãn điều kiện: E - Mụđun đàn hồi tương đương. Với bánh xe thép và ray thép E=2,1.107 N/cm2 b - Chiều rộng làm việc của ray. Ray P 24 ta tra được b =5,1 cm - Ứng suất tiếp xúc cho phép: Với vật liệu làm bánh xe là thép 45 nhiệt luyện đến độ cứng bề mặt lăn 300400HB có =75.103N/cm2 (Bảng 32, trang 60 –[3]) =75.103 N/cm3 Vậy bánh xe thoả mãn điều kiện bền . 4.4.2.Tốc độ thực tế của xe con: Số vòng quay thực tế của bánh xe : Vận tốc di chuyển thực tế của xe con: 4.4.3.Tính đoạn trục lắp bánh xe: Tính sơ bộ: Chọn vật liệu chế tạo trục là: Thép 45 có: Mụmen xoắn tính toán ở đầu trục ra của hộp giảm tốc: Lực tác dụng lên bánh xe : Pbx = 34kN Hình 4.3. Biểu đồ nội lực trên trục chủ động cơ cấu di chuyển xe con Phản lực trên hai ổ đỡ trục: R1=R2=0,5.Pbx=17(kN) Đường kính trục tính sơ bộ: d = (theo [ 8 ]) Mtđ - Mụmen tương đương tác dụng lên trục: Mtđ===1836.103 Nmm (theo [8]) [] - Trị số ứng suất cho phép của thép chế tạo trục. d= Chọn đường kính trục tại vị trí lắp ổ là 70 mm Chọn đường kính trục tại vị trí lắp khớp nối là 50 mm Kiểm tra độ bền mỏi theo hệ số an toàn : Hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm phải thoả mãn điều kiện sau: n = và - Lần lượt là hệ số an toàn xột riờng ứng suất pháp và suất tiếp: = ; = Trong các công thức trên: , - Lần lượt là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng: =0,45. - Lần lượt là biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện nguy hiểm của trục: ; - Lần lượt là trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp( là thành phần không đổi trong chu kỳ ứng suất) Ưng suất uốn được coi như thay đổi theo chu kỳ đối xứng (bỏ qua ứng suất kéo – nén do lực dọc trục gây nên vỡ cỏc lực này rất nhỏ). Do đó ta có: Với: Mu - Mụmen nộn do lực nộn bỏnh gây ra: Wu - Mụmen chống uốn của tiết diện nguy hiểm: t - Chiều sõu rónh then: t=6 mm (Tra bảng 7-23, T143 – [8] theo đường kính trục d = 70 mm b - Chiều rộng then: b=20 mm Ta có: Wu = 30200(mm3) - Biên độ và trị số trung bình của ứng suất xoắn tại tiết diện nguy hiểm Vì trục quay hai chiều cho nên ứng suất xoắn biến đổi theo chu kỳ đối xứng: Mụmen chống xoắn của trục : Wx = 63800 mm3 - Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi. Đối với thép các bon: ; - Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến độ bền mỏi(tra bảng 15.2-T56-[8]): Với trục có D = 70(mm): Ta có:: : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn ; Theo bảng 15.5, T57- [9] với đường kính trục là 75mm và kiểu lắp H7/k6 có: ; . Ta chọn tỷ số lớn hơn - Hệ số tăng bền bề mặt trục. Không dùng phương pháp tăng bền bề mặt trục =1 = ; = Hệ số bền mỏi: n = Ta thấy:n = 2,2 > [n] =1,5 2 Vậy trục thoả mãn điều kiện mỏi: n [n] nên trục làm việc không quá thừa an toàn. Kiểm nghiệm trục về độ bền quá tải: Khi bị quá tải đột ngột( mở máy, phanh gấp…) trục có thể bị biến dạng dư quá lớn hoặc gãy. Để trục có thể làm việc bình thường phải thoả mãn điều kiện Muqt : Mụmen uốn khi quá tải. Chọn hệ số quá tải 1,5. Ta có: Vậy trục thoả mãn điều kiện quá tải . Kiểm tra then: Ta chọn then ứng với trục đường kính trục D = 70 mm là then bằng có: chiều cao then h=14 mm, chiều rộng rãnh then b=24 mm, chiều sâu rãnh then t=7 mm Kiểm tra dập giữa bề mặt tiếp xúc trục và then : l =55mm - Chiều dài của then . Vậy then thoả mãn điều kiện bền dập. Kiểm tra bền cắt : Then thoả mãn điều kiện bền cắt. 4.4.4 Tính trục truyền giữa hai khớp nối: Theo điều kiện : Chọn [t] = 25 MPa = 25.106 N/m2 ; Mx = 800 Nm = 0,054 m = 5,4 cm; chọn d =6,5 cm = 65 mm Chọn sơ bộ chiều dài trục l = 1800 mm = 180 cm Khoảng cách max cho phép giữa các khớp nối để lắp trục truyền phải đảm bảo độ võng cho phép : lmax = 200.cm d : Đường kính trục truyền tính toán d = 6,5 cm : Độ võng cho phép của trục = ¸chọn = q: Trọng lượng phân bố theo chiều dài N/cm của trục q = . N/cm Ta có: lmax = 200. cm Ta thấy l < lmax =190,3 cm Vậy trục truyền mụmen xoắn hoàn toàn thoả mãn điều kiện về độ võng cho phép. 4.4.5 Tính chọn ổ gối đỡ bánh xe: Ổ đỡ bánh xe di chuyển xe con chịu tải chủ yếu là lực hướng tâm. Ngoài ra ổ còn chịu tác dụng của lực dọc trục từ khớp nối truyền tới trục truyền. Lực này có giá trị không lớn. Vì vậy ta lựa chọn phương ỏn dựng ổ đũa lòng cầu hai dãy cho các gối đỡ của bánh xe con. Chọn ổ theo khả năng tải tĩnh , tải trọng tác dụng lên ổ R1=R2= 17 kN = 17000 N Chọn ổ lòng cầu hai dãy ( theo [8]) kí hiệu 1213 có d = 65 mm ; D = 120 mm ; B = 23 mm ; Tải trọng tĩnh cho phép : Qt = 1750 daN =17500 N 4.5 Tính chọn khớp nối 4.5.1 Khớp nối giữa hộp giảm tốc và động cơ: Mụmen danh nghĩa của động cơ: Mdn= Mụmen max mà động cơ có thể tạo được: Mmax= -Hệ số quá tải của động cơ (=1,6 tra bảng 15 tài liệu [3]) Dựa vào mụmen lớn nhất ta chọn khớp răng kiểu khớp đơn ghép đôi có ký hiệu M31 cú cỏc thông số kỹ thuật sau: Mụmen xoắn lớn nhất có thể truyền : Mkn1=550 N.m Khối lượng khớp nối: mkn1=20,3 kg Mụmen quán tính của khớp nối: J1=0,066 kg.m2 Chọn khớp đơn cú bỏnh phanh ký hiệu M31 cú cỏc thông số kỹ thuật : Khối lượng: mkn2=13 kg Mụmen quán tính của khớp: J2=0,19 kg.m2 Mụmen xoắn lớn nhất: Mkn2 =550 N.m 4.5.2 Khớp nối trên trục truyền giữa hai bánh xe: Mụmen xoắn max trên trục chậm (trục ra) của hộp giảm tốc: =igt.Mmax=25.32,01=800 N.m Chọn khớp nối răng kiểu kộp cú ký hiệu M32 cú cỏc thông số: Mụmen xoắn lớn nhất ,mà khớp có thể truyền được: Mkn3=1100 N.m Khối lượng của khớp: mkn3=13,7 kg Mụmen quán tính: J3=0,05 kg.m2 4.6.Kiểm tra động cơ 4.6.1.Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám(không quay trơn) Điều kiện bám: Nđc [N] Với: [N] - Công suất tính toán cho phép được xác định thoả mãn điều kiện bám khi mở máy động cơ khi xe con không mang tải. [N] = (kW) nđc- Tốc độ quay của động cơ cơ cấu di chuyển xe con: nđc=1000 v/ph - Hệ số quá tải trung bình của động cơ. Động cơ xoay chiều rô to lồng sóc: = 1,6 ( theo tài liệu [3] trang 54 ) [M] - Mụmen mở máy cho phép trên trục động cơ (N.m) thoả mãn điều kiện không quay trơn của bánh xe dẫn động khi không mang tải: [M]= N.m - Mụmen cản tĩnh khi di chuyển với xe con không mang tải qui về trục động cơ: N.m - Lực cản di chuyển xe con khi không mang tải (Qdn=0). Thay Qdn=0 vào công thức tính lực cản di chuyển (4.5) ta có: = (Qdn +Gxc). W/t =(0+33600). W/t »289 N Ddx - Đường kính bánh xe: Dbx=0,25 m igt - Tỷ số truyền của hộp giảm tốc cơ cấu di chuyển xe con: igt= 25 - Hiệu suất truyền động cơ cấu di chuyển xe con: = 0,85 GD2 - Mụmen vô lăng tương đương - Hệ số kể đến mụmen quán tính của khối lượng các chi tiết quay chậm so với trục động cơ: =1,2 - Mụmen vô lăng của rô to động cơ: =4.g.J*=4.9,81.0,03=1,18N.m2 S - Mụmen vô lăng của khớp nối và bánh phanh: S=4.g.(J1+J2)=4.9,81.(0,066+0,19)»10,05 N.m2 tb- Thời gian mở máy nhỏ nhất của động cơ khi không mang tải thoả mãn điều kiện không quay trơn của các bánh xe: - Gia tốc cực đại đảm bảo an toàn bám (kb=1,2) khi mở máy dẫn động xe con khi không tải: = - Hệ số bám của các bánh xe chủ động với ray. Với cần trục làm việc trong nhà: =0,2 Gb - Trọng lượng bám của xe, là tải trọng tác dụng lờn cỏc bánh xe chủ động khi không mang tải: Gb = 0,5.Gxc = 0,5.33600 = 16800N kb - Hệ số an toàn bám: kb=1,2 k=2 ; f = 0,015 ; = 0,3 mm;d = 70 mm;Dbx= 250 mm;Wg= 0 = Ta có: = s [M]=1,7 + = 69 (Nm) [N]=kW > Nđc = 2,2 kW Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện bám. Thời gian mở máy thực tế của động cơ khi không tải: - Mụmen mở máy trung bình của động cơ: Hệ số an toàn bám thực tế của bánh xe dẫn động với ray: : Tỷ số giữa các bánh xe dẫn động trên tổng số các bánh xe. = 0,5 Ta có: = Xét thấy = 2,32 > 1,2. Thoả mãn hệ số an toàn bám . Gia tốc thực tế mở máy khi không tải: = 4.6.2.Kiểm tra thời gian mở máy khi đầy tải: Thời gian mở máy thực tế của động cơ khi đầy tải: (Mụmen vụlăng tương đương ) =1,2; =1,18N.m2; S=10,05 N.m2; Qn= 10,21.104 N ; Gxc= 33600 N = 33,6 Nm ; Thời gian mở máy xe con thoa mãn tm (5 ¸ 6) s 4.6.3.Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nhiệt: Kiểm tra theo phương pháp chế độ làm việc tiêu chuẩn: Ntđ- Công suất tương đương của chu kỳ Nt - Công suất tương ứng với tải trọng tĩnh khi dịch chuyển vật nâng danh nghĩa. = =12,13 Nm = 1,27 kW k25- Hệ số quy đổi về CĐ =25%: K25 = 0,75 - Hệ số phụ thuộc tỷ số thời gian mở máy trung bình và thời gian làm việc của một chu kỳ.Với cầu trục làm việc trong phân xưởng. Lấy =0,2 ta có: =0,85 (Theo bảng 7, T21 – tài liệu [ 3 ] ) Ntd =0,75.1,23.1,27=1,17 kW < N25 = 2,2 kW Vậy động cơ đảm bảo chế độ làm việc tiêu chuẩn. 4.7.Tính chọn phanh và kiểm tra thời gian phanh: 4.7.1.Tính chọn phanh: Chọn phanh suất phát từ điều kiện bám khi phanh xe không có vật. Gia tốc phanh cực đại cho phép phải đảm bảo hệ số an toàn bám của bánh xe với đường ray là kb= 1,2. (điều kiện không trượt trơn): = =0,2; Gb = 0,5.Gxc = 0,5.33600 = 16800 N; kb=1,2 k=2; f = 0,015 ; = 0,3 mm; d = 70 mm; Dbx= 250 mm; Wg= 0 = Thời gian phanh xe không mang tải tính theo gia tốc cho phép: Thời gian phanh xe nhỏ nhất cho phép tính theo quãng đường phanh cho phép: Vttxc - Tốc độ di chuyển thực tế của xe con: Vttxc = 31,4m/ph = 0,52 m/s Sph - Quãng đường phanh cho phép. Với và hệ số bám ta có: Sph= Þ Thời gian phanh căn cứ vào điều kiện bám và quãng đường phanh cho phép. Lấy tph có giá trị lớn hơn trong giá trị và . Chọn tph= 0,7 s Phương trình mụmen khi phanh không tải ( Qn = 0 ) ; Mph= Mqt- Mt’ Mqt - Mụmen quán tính khi phanh của xe và các chi tiết máy quay đưa về trục đặt phanh (trục động cơ ): Mqt = Nm Þ Mqt = = 62,2 Nm Mt’ - Mụmen cản tĩnh trên trục đặt phanh khi xe con không mang tải: Mt’= Wt’ - Lực cản tĩnh trên bánh xe khi xe con không mang tải: Wt’= Gxc.+ Wg (tính phanh khi xe đang lên dốc) Gxc= 33600 N; d = 0,7 m; f = 0,015;m = 0,03cm = 0,3 mm; k = 2;Wg= 0;a = 0,002 Ta có: Wt’= 33600 Þ Wt’=376 (N) Þ Mt’= = Ta cú mụmen phanh khi phanh: Mph= Mqt- Mt’= 62,2 - 1,6 = 60,6 N.m Từ mụmen phanh tính toán ta đi chọn phanh cho cơ cấu di chuyển xe con là loại phanh điện thuỷ lực thường đúng cú ký hiệu TT160 cú cỏc thông số kỹ thuật: Mụmen phanh lớn nhất: M =100 N.m Đường kính bánh phanh: DT = 160 mm Khối lượng phanh: mT =19 kg Độ mở phanh: ST = 1 mm Lực đẩy của lò xo và độ mở của phanh được điều chỉnh cho phù hợp với mụmen phanh yêu cầu của cơ cấu di chuyển xe con. 4.7.2.Kiểm tra thời gian phanh khi đầy tải: Thời gian phanh với tải trọng danh nghĩa: . Trong đó : =1,2; =1,18N.m2; S=10,05 N.m2; Qn= 10,21.104 N ; Gxc= 33600 N; igt = 25; nđc= 1000 v/ph Mt’= ; Mph = 100 Nm Wt’ - Lực cản tĩnh trên bánh xe khi xe con đầy tải: Wt’= (Gxc+Qn).+ Wg (khi xe đang xuống dốc) Gxc= 33600 N; d = 0,7 m; f = 0,015;m = 0,03 cm = 0,3 mm; k = 2; Wg= 0; a = 0,002 Wt’= (33600+10,21.104). Wt’= 2063 N Mt’= = = 0,6 s Nhận thấy > (đó tính phần trên) Vậy thoả mãn điều kiện phanh CHƯƠNG 5: CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU TRỤC Số liệu tính toán, chọn sơ đồ dẫn động cơ cấu: Tải trọng nâng: Qn =10(T)=10.104(N). Trọng lượng cầu trục: Gc=186,46 (kN)= 186,46.103 (N) Tốc độ di chuyển: vc = 40(m/ph). Chế độ làm việc CĐ%= 25% Khẩu độ dầm cầu: L=18(m). Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cầu trục. Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cầu trục 1: Động cơ; 2: Phanh; 3: Khớp nối; 4: Hộp giảm tốc; 5: Bánh xe bị động; 6: Bánh xe chủ động 5.1.Lực nộn bỏnh cơ cấu di chuyển cầu trục: Áp lực lớn nhất trên bánh xe khi xe con mang vật ở vị trí ngoài cựng phớa cú cabin (gần dầm đầu nhất). Hình 5.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cầu trục Áp lực lờn cỏc bánh xe phía gối A là lớn nhất. = 0 L. RA - (Gxc + QN) (L – L1) - Gcb(L - L2) - Gc. = 0 RA = [( Gxc +Qn)(L - L1) + Gcb(L – L2) + Gc.] (5.1) Trong đó: Gcb - Trọng lượng ca bin: Gcb=0,87 T =0,87.104N Gxc+Qn - Trọng lượng xe con và vật nâng: Gxc+Qn=3,36+10=13,36T =13,36.104 N Gkct = Trọng lượng kết cất thếp cầu trục Gkct = 14 T= 14.104N L1 - Khoảng cách gần nhất của tâm xe con đến ray di chuyển cầu trục: L1=1,1m L2 - Khoảng cách từ trọng tâm cabin đến ray di chuyển cầu trục: L2=2,2 m RA , RB - Lần lượt là phản lực tại hai gối A và B. Ta có: RA = [ 13,36104.(18 – 1,1) +0,87.104(18 – 2,2) + 14 104. ] RA=20,3.104 N RB = 79300 N Áp lực lớn nhất tác dụng lên một bánh xe khi đầy tải : Pmax=10,15. 104 (N)=101,5 kN 5.2.Lực cản di chuyển cầu trục (5.2) f - Hệ số ma sát cổ trục bánh xe: Chọn f = 0,015 (theo [3] T 51) Dbx- Đường kính bánh xe di chuyển cầu: Theo áp lực max và vận tốc di chuyển cầu chọn Dbx=500mm d = (0,25 0,3) Dbx = (125 150) mm. Chọn d=130mm m - Hệ số ma sát lăn: Chọn m=0,6 mm (Bảng 24, trang 51 – [3]) k - Hệ số ma sát kể đến lực cản do ma sát thành bánh xe với ray và giữa các bộ phận lấy kiện với nhau: Chọn k=1,5 (Bảng 25, trang 52 – [3]) a - Độ dốc của đường ray di chuyển cầu: Chọn a= 0,001( Bảng 26, trang 52 – [3]) Wg- Lực cản di chuyển do gió: Wg= 0. Vì cần trục làm việc trong nhà xưởng. Ta có: 5.3.Tính công suất, chọn động cơ của cơ cấu di chuyển cầu Lực cản chung khi mở máy: (5.3) Trong đó a – gia tốc của cơ cấu di của cơ cấu di chuyển cầu: chọn a =0,2 m/s2 W0 = 2993,51 + 1,2 W0 » 10008,9 N Công suất chung của cơ cấu di chuyển: . (5.4) Sơ đồ dẫn động là dẫn động riêng (có 2 động cơ dẫn động) Công suất tính toán cho một động cơ: (5.5) Chọn động cơ MTK 111-6 cú cỏc thông số kỹ thuật sau: Công suất động cơ: Ndc=3,5 kW. Tốc độ quay của trục động cơ: ndc=1000 v/ph Hệ số : cosj = 0,79 Mụmen mở máy lớn nhất : Mmax = 10,5 daN.m = 105 Nm Khối lượng động cơ: mđc=70 kg Mụmen quán tính của rô to động cơ: J*=0,045 gm2 5.4.Tính chọn hộp giảm tốc Tỷ số truyền của cơ cấu di chuyển cầu trục: (5.6) Tốc độ của trục động cơ: nđc=1000 vg/ph Số vòng quay trục bánh xe : . (5.7) Trong đó: i Chọn hộp giảm tốc căn cứ theo tỷ số truyền và công suất của động cơ dẫn động ta. Chọn hộp giảm tốc loại U2-200 theo Tap ban ve may nõng cú các thông số kỹ thuật: Tỷ số truyền: igt=41,34 Tốc độ cho phép quay của trục nhanh: ngt=1000 v/ph Công suất hộp giảm tốc có thể truyền được: Ngt=4,1 kW 5.5.Tính cụm bánh xe di chuyển cầu trục 5.5.1.Tớnh toán bánh xe di chuyển: Tải trọng tính toán trên bánh xe : (5.8) k1 - Hệ số kể đến chế độ làm việc của cơ cấu: k1=1,2 (Bảng 30, T59 – [3]) Pbx - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe (áp lực lớn nhất từ bánh xuống ray): Pbx =Pmax= ==101,5 kN - Hệ số kể đến tính chất thay đổi tải trọng: Ta có: Ptt=1,2.0,86.101,5.» 104,8 (kN) Chọn đường kính bánh xe D = 500 mm Bánh xe là loại 2 gờ, tải trọng lớn nhất có thể chịu được của bánh xe ứng với tốc độ di chuyển cầu 40 v/ph là Pmax = 267 KN Ray di chuyển cầu trục là ray có ký hiệu : KP70 Kiểm tra bền bánh xe di chuyển cầu trục: Giá trị ứng suất nén cục bộ khi tiếp xúc giữa bánh xe và ray là tiếp xúc đường (vì ray bằng) phải thoả mãn điều kiện: (5.9) E - Mụđun đàn hồi tương đương: Bánh xe thép và ray thép E=2,1.107 N/cm2 b - Chiều rộng làm việc của ray: Ray P70 ta tra được b=7 cm - Ứng suất tiếp xúc cho phép. Với vật liệu làm bánh xe là thép 45 tăng bền đến độ cứng 300HB400HB có: =75.103 N/cm2 (Bảng 32, T60 – [3]) =46895 N/cm2< = 75.103N/cm2 Vậy bánh xe thoả mãn điều kiện bền. 5.5.2.Tốc độ thực tế của xe con: Số vòng quay thực tế của bánh xe di chuyển cầu: Vận tốc di chuyển thực tế của cầu trục : 5.5.3.Tính đoạn trục lắp bánh xe: Tính sơ bộ: Chọn vật liệu chế tạo trục là: Thép 45 có: Mụmen xoắn tính toán ở đầu trục ra của hộp giảm tốc: = (5.10) ==33,43 kNm (5.11) Mx = 33,43.1,6.41,34= 2210,9 Nm Lực tác dụng lên bánh xe : Pmax= 101,5 kN 120 120 Mx 6090 -Nm) (Mu (Mx -Nm) 2210,9 P bx Hình 5.2 Biểu đồ nội lực trên trục chủ động cơ cấu di chuyển cầu trục. Phản lực trên hai ổ đỡ trục: R1=R2=0,5.Pbx=0,5.101.5 = 50,75 kN Đường kính trục tính sơ bộ: d = (theo [ 8 ]) (5.12) Mtđ - Mụmen tương đương tác dụng lên trục: Mtđ===6385.103 Nmm [] - Trị số ứng suất cho phép của thép chế tạo trục. d= Chọn đường kính trục tại vị trí lắp ổ d= 110mm 5.5.4.Kiểm tra độ bền mỏi của trục theo hệ số an toàn : Hệ số an toàn tại tiết diện nguy hiểm phải thoả mãn điều kiện sau: n = (5.13) và - Lần lượt là hệ số an toàn xột riờng ứng suất pháp và suất tiếp: = ; = (5.14) Trong các công thức trên: , - Lần lượt là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng: =0,45. - Lần lượt là biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện nguy hiểm của trục: ; (5.15) - Lần lượt là trị số trung bình của ứng suất pháp và tiếp( là thành phần không đổi trong chu kỳ ứng suất) (5.16) Ứng suất uốn được coi như thay đổi theo chu kỳ đối xứng (bỏ qua ứng suất kéo – nén do lực dọc trục gây nên vỡ cỏc lực này rất nhỏ). Do đó ta có: (5.17) Với: Mu - Mụmen nộn do lực nộn bỏnh gây ra: Wu - Mụmen chống uốn của tiết diện nguy hiểm: t - Chiều sõu rónh then: t=11mm(Tra bảng 7-23, T143 – [8] theo đường kính trục d = 130 mm b - Chiều rộng then: b=32 mm Ta có: Wu = 88700 mm3 - Biên độ và trị số trung bình của ứng suất xoắn tại tiết diện nguy hiểm Vì trục quay hai chiều cho nên ứng suất xoắn biến đổi theo chu kỳ đối xứng: (5.18) Mụmen chống xoắn của trục : Wx =186900 mm3 Ta có - Hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi. Đối với thép các bon: ; - Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến độ bền mỏi(tra bảng 15.2-T56-[8]): Với trục có D =90 mm: Ta có:: : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn ; Theo bảng 15.5, T57- [9] với đường kính trục là 130 mm và kiểu lắp H7/k6 có: ; . Ta chọn tỷ số lớn hơn - Hệ số tăng bền bề mặt trục. Không dùng phương pháp tăng bền bề mặt trục =1 = ; = Hệ số bền mỏi: n= Ta thấy: n = 1,8 > [n] =1,5 Vậy trục thoả mãn điều kiện mỏi: n [n] nên trục làm việc không quá thừa an toàn. Kiểm nghiệm trục về độ bền quá tải : Khi bị quá tải đột ngột( mở máy, phanh gấp…) trục có thể bị biến dạng dư quá lớn hoặc gãy. Để trục có thể làm việc bình thường phải thoả mãn điều kiện (5.19) ; (5.20) Muqt : Mụmen uốn khi quá tải. Chọn hệ số quá tải 1,5. (5.21) (5.22) (5.23) (5.24) Ta có: Vậy trục thoả mãn điều kiện quá tải . Kiểm tra then: Ta chọn then ứng với trục đường kính trục D = 130mm là then bằng có: chiều cao then h=18 mm, chiều rộng rãnh then b=32 mm, chiều sâu rãnh then t=11 mm Kiểm tra dập giữa bề mặt tiếp xúc trục và then: (5.25) l =125mm - Chiều dài của then . Vậy then thoả mãn điều kiện bền dập. Kiểm tra bền cắt: Then thoả mãn điều kiện bền cắt. 5.5.5.Tính chọn ổ gối đỡ bánh xe: Ổ đỡ bánh xe di chuyển cầu trục chịu tải chủ yếu là lực hướng tâm. Ngoài ra ổ còn chịu tác dụng của lực dọc trục từ khớp nối truyền tới trục truyền. Lực này có giá trị không lớn. Vì vậy ta lựa chọn phương án dùng ổ đũa lòng cầu hai dẫy cho các gối đỡ của bánh xe con. Chọn ổ theo khả năng tải tĩnh , tải trọng tác dụng lên ổ : R1=R2=0,5.Pbx=0,5.101,5 = 50,75 kN = 50750 N Chọn ổ lòng cầu hai dãy ( theo [10]) kí hiệu 3522) có: d = 110 mm ; D = 200 mm ; B = 53 mm ; Tải trọng tĩnh cho phép : Qt = 227 kN 5.6.Tính chọn khớp nối 5.6.1.Khớp nối giữa hộp giảm tốc và động cơ Mụmen max mà động cơ có thể tạo được: Mmax= 105 Nm Dựa vào mụmen lớn nhất ta chọn khớp răng kiển khớp đơn ghép đôi có ký hiệu M31 cú cỏc thông số kỹ thuật: Mụmen xoắn lớn nhất có thể truyền được : Mkn1=550 N.m Khối lượng khớp nối: mkn1=20,3 kg Mụmen quán tính: J1=0,066 kg.m2 Chọn sơ bộ khớp đơn cú bỏnh phanh, kí hiệu M31 cú cỏc thông số kỹ thuật : Khối lượng: mkn2=13 kg Mụmen xoắn lớn nhất có thể truyền: Mkn2 = 550 N.m Mụmen quán tính: J2=0,19 kg.m2 5.6.2.Khớp nối giữa hộp giảm tốc và trục bánh xe Mụmen xoắn lớn nhất trên trục chậm của hộp giảm tốc: =igt.Mmax41,34.105=4340,7 N.m (5.26) Chọn khớp nối răng kiểu kộp cú ký hiệu M34 cú các thông số kỹ thuật: Mụmen xoắn lớn nhất mà khớp có thể truyền được: Mkn3=4500N.m Khối lượng của khớp nối: mkn3=38,4 kg Mụmen quán tính của khớp: J3=0,27 kg.m2 5.7.Kiểm tra động cơ 5.7.1.Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nhiệt -Kiểm tra theo phương pháp chế độ làm việc tiêu chuẩn: = 3,5 kw (5.27) Ntđ- Công suất tương đương của chu kỳ Nt - Công suất tương ứng với tải trọng tĩnh khi dịch chuyển vật nâng danh nghĩa. kw (5.28) = =22,9 Nm (5.29) = 2,39 kW k25- Hệ số quy đổi về CD=25%: K25=0,75 - Hệ số phụ thuộc tỷ số thời gian mở máy trung bình và thời gian làm việc của một chu kỳ.Với cầu trục làm việc trong phân xưởng. Lấy =0,2 ta có: = 1,23 (Theo bảng 7, T21 – tài liệu [ 3 ] ) Ntd =0,75.1,23.2,39 =2,2(kW) < N25 = 3,5 kW Vậy động cơ đảm bảo chế độ làm việc tiêu chuẩn. Vì Nđc > Nđctđ cho nên động cơ thoả mãn điều kiện phát nhiệt. 5.7.2.Kiểm tra động cơ theo điều kiện bám Động cơ thoả mãn điều kiện bám khi thoả mãn điều kiện sau đây: (5.30) [N] - Công suất tính toán cho phép được xác định thoả mãn điều kiện bám khi mở máy động cơ khi cầu trục không mang tải: [N]= (kW) (5.31) - Hệ số quá tải trung bình của động cơ. Động cơ xoay chiều rô to lồng sóc:= 1,6 ( theo tài liệu [3] trang 54 ) nđc - Tốc độ quay của trục động cơ cơ cấu di chuyển cầu: nđc=1000 (v/ph) [M] - Mụmen mở máy cho phép trên trục động cơ (N.m) thoả mãn điều kiện không quay trơn của bánh xe dẫn động khi không mang tải: [M]= N.m (5.32) - Mụmen cản tĩnh khi di chuyển với cầu trục không mang tải đưa về trục động cơ: N.m (5.33) - Lực cản di chuyển cầu trục khi không mang tải (Qnc=0). Thay =0 vào công thức tính lực cản di chuyển ta có: Wt’’ = (Qn + Gc)..k + ( Qn + Gc). (5.34) Wt’’ = (0+18,646).104..1,5 +(0 +18,646.104).0,001 Wt’’ » 1948,5 N - lực cản di chuyển của cầu trục khi không mang tải (Qn = 0) tính cho một nửa cầu trục = 0,5.Wt’’ = 0,5.1948,5 = 974,25 N Dbx - Đường kính bánh xe: Dbx=0,5 m igt - Tỷ số truyền hộp giảm tốc cơ cấu di chuyển cầu: igt = 41,34 - Hiệu suất truyền động của cơ cấu di chuyển cầu: =0,85 Ta có: GD2 - Mụmen vô lăng tương đương (5.35) - Hệ số kể đến mụmen quán tính của khối lượng các chi tiết quay chậm so với trục động cơ: =1,2 - Mụmen vô lăng của rô to động cơ: =4.g.J*=4.9,81.0,045=1,77 N.m2 - Mụmen vô lăng của khớp nối và bánh phanh: =4.g.(J1+J2)=4.9,81.(0,066+0,19) = 10,04 N.m2 tb - Thời gian mở máy nhỏ nhất của động cơ khi không mang tải thoả mãn điều kiện không quay trơn của các bánh xe: (5.36) amax - Gia tốc cực đại đảm bảo an toàn bỏm(Kb = 1,2) khi mở máy dẫn động xe không tải: amax = (5.37) - Hệ số bám của các bánh xe chủ động với ray. :=0,2 Gb - Trọng lượng bám của bánh xe chủ động (khi không tải), xét trong trường hợp bất lợi nhất. Khi đó Gb ===39,65 kN = 396500 N( RB đã tính phần 5.1) kb - Hệ số an toàn bám: kb=1,2 k - Hệ số kể đến ma sát thành bánh với ray: k=1,5 f - Hệ số ma sát tại trục bánh xe: f=0,015 - Hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và ray: =0,6 mm d - Đường kớnh ngừng trục: d =130 mm Dbx -Đường kính bánh xe: Dbx=500 mm Wg- Lực cản do gió: Wg=0 amax = amax= 0,62m/s2 Ta có: tb = s [M]=6,5+ = 85,08 Nm [N]=kW Ta thấy [N] = 5,5 kW > = 3,5 kW Vậy chọn động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện bám. Thời gian mở máy thực tế của động cơ khi không tải. (5.38) : Mụmen mở máy trung bình của động cơ N.m = 1,6.33,43 = 53,4Nm Hệ số an toàn bám thực tế của bánh xe dẫn động với ray : (5.40) : Tỷ số giữa các bánh xe dẫn động trên tổng số các bánh xe. = 0,5 = Ta thấy = 1,49 > 1,2 Vậy cơ cấu di chuyển cầu thoả mãn hệ số an toàn bám. Gia tốc thực tế khi mở máy không tải: = 5.7.3.Kiểm tra thời gian mở máy khi đầy tải: Thời gian mở máy thực tế của động cơ khi đầy tải: (5.41) (Mụmen vụlăng tương đương ) =1,2; =1,77 N.m2; = 10,04 N.m2; Qn= 10.104 N ; Gc= 18,646.104 N; = 53,4 Nm - Mụmen cản tĩnh khi di chuyển với cầu trục không mang tải đưa về trục động cơ: N.m (5.42) - Lực cản di chuyển cầu trục khi đầy tải (Qnc= 10.104N). Thay =0 vào công thức tính lực cản di chuyển ta có: Wt’’ = (Qn + Gc)..k + ( Qn + Gc). (5.43) Wt’’ = (10+22,2).104..1,5 +(10 +18,646).104.0,001 Wt’’ » 2993,5 N - lực cản di chuyển của cầu trục khi không mang tải (Qn = 0) tính cho một nửa cầu trục = 0,5.Wt’’ = 0,5.2993,5= 1496,8 N Dbx - Đường kính bánh xe: Dbx=0,5 m igt - Tỷ số truyền hộp giảm tốc cơ cấu di chuyển cầu: igt = 41,34 - Hiệu suất truyền động của cơ cấu di chuyển xe con: =0,85 Ta có: Thời gian mở máy cầu trục thoả mãn tm (8 ¸ 10) s 5.8. Tính chọn phanh và kiểm tra phanh 5.8.1. Tớnh mụmen phanh và chọn phanh Chọn phanh suất phát từ điều kiện bám khi phanh xe không có vật nâng. Gia tốc phanh cực đại cho phép đảm bảo hệ số an toàn bám của bánh xe với đường ray là Kb= 1,2 (Điều kiện không trượt trơn ) = (5.44) =0,2;Gc=18,646.104N; Gb = 39650 N; kb=1,2; k=1,5; f = 0,015 = 0,3 mm; d = 130 mm; Dbx= 500 mm; Wg= 0 = = 0,71 m/s2 Thời gian phanh xe không có tải nâng tính theo gia tốc cho phép: Thời gian phanh xe nhỏ nhất cho phép tính theo quãng đường phanh cho phép: (5.45) - Tốc dộ di chuyển thực tế của cầu: = 39 m/ph Sph - Quãng đường phanh cho phép Với và hệ số bám ta có : Sph= Þ Thời gian phanh được chọn căn cứ vào điều kiện bám và quãng đường phanh cho phép. Lấy tph có giá trị lớn hơn trong giá trị và Chọn tph= 0,87s Phương trình mụmen khi phanh không tải (Qn= 0) Mph= Mqt+ Mt’ (5.46) Mqt – Mụmen quán tính khi phanh của xe và các chi tiết máy quay đưa về trục đặt phanh (trục động cơ ): = Nm (5.47) (5.48) Þ Mqt = =92,5 Nm Mt’ - Mụmen cản tĩnh trên bánh xe khi cầu không mang tải: Mt’ = 6,9 Nm Ta cú mụmen phanh khi phanh: Mph= Mqt- Mt’=92,5 – 6,9=85,6 N.m Từ mụmen phanh tính toán ta chọn phanh cho cơ cấu di chuyển cầu trục là loại phanh điện thuỷ lực thường đóng loại TT 160 cú cỏc thống số kỹ thuật: + Mụmen phanh lớn nhất: = 100 N.m + Đường kớnh bánh phanh: DT = 160 mm + Khối lượng phanh: mT = 19 kg + Độ mở phanh: ST = 1 mm Lực đẩy của lò xo và độ mở của phanh được điều chỉnh cho phù hợp với mụmen phanh yêu cầu của cơ cấu di chuyển cầu trục. 5.8.2.Kiểm tra thời gian phanh khi đầy tải: Thời gian phanh với tải trọng danh nghĩa: (5.49) (5.50) Trong đó : =1,2; =1,77 N.m2; = 10,04 N.m2; Qn= 10.104 N ; Gc= 18,646.104 N; = 0,77 m/s2 = 38,81 ms2 Mt’= ; Mph = 100 Nm Wt’ - Lực cản tĩnh trên bánh xe khi xe con đầy tải: Wt’= (Gc+Qn).+ Wg (khi cầu đang xuống dốc) Gxc= 33600 N; d = 130 mm; f = 0,015; m = 0,03 cm = 0,3 mm; k = 1,5;Wg= 0; a = 0,001 Wt’= (18,646.104+10.104). Þ Wt’=2477,9 N Þ Mt’= = = 0,92 s Nhận thấy > ( đó tính phần trên ) Vậy thoả mãn điều kiện phanh 5.9 Lập chương trình tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển cầu trục. 5.9.1 Giới thiệu chương trình tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục. Trong những năm gõ̀n đõy,với sự phát triển mạnh mẽ như vũ bão của công nghệ thông tin. Tin học được từng bước được đưa vào ứng dụng trong sản xuất. Các chương trình tự động hóa thiết kế được áp dụng rộng rãi trong thiết kế chế tạo. Nó dần trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực trong thiết kế. Với khả năng sử lý nhanh,đụ̣ chính xác cao,giúp giảm thời gian thiờ́t kờ́,đảm bảo độ chính xác,giảm thiểu chi phí sản xuất chế tạo. Với phạm vi đồ án tốt nghiệp của em là : “Thiờ́t kờ́ cầu trục 2 dầm 10 tṍn,khõ̉u đụ̣ 18m,chiờ̀u cao nâng 12 m” . Em lập chương trình tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục. Chương trình mà em muốn giới thiệu và sử dụng trong tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục là Microsoft Excel! Chương trình có dạng bảng tính,đơn giản ,dễ sử dụng,tính toán nhanh,cho độ chính xác cao,dờ̃ dàng cho việc kiểm tra. 5.9.2 Sơ đồ khối chương trình tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục. Xem phụ lục P1.1 5.9.3 Cách sử dụng ,ưu nhược điểm của chương trình. Chương trình tính toán cơ cấu di chuyển cầu trục mà em sử dụng là Microsoft Excel. Chương trình có dạng bảng tính như hình dưới: Chương trình gồm có 3 phần : + Thông số đầu vào + Trình tự tính toán,tính toán các thông số. + Bảng kết quả. Giao diện của chương trình có dạng bảng tính,gụ̀m 6 cột. Cột thứ nhất là: số thứ tự. Cột thứ 2 là: thụng số. Cột thứ 3 là: ký hiệu Cột thứ 4 là :đơn vị Cột thứ 5 là: công thức Cột thứ 6 là giá trị tính: Giá trị tính là các giá trị mà chương trình xử lý,tính toán. Cột thứ 7 là giá trị chọn: Giá trị chọn là giá trị do người thiết kế chọn,tra bảng,dựa trên các thông số cần thiết mà giá trị tính vừa tính. Cột thứ 8 là ghi chú. Khi thay đổi các thông số đầu vào,chương trình sẽ nhanh chóng tính toán,cho kết quả chính xác. Tuy nhiờn,hạn chờ́ của chương trình là không thể tự động hoàn toàn xuất ra kết quả khi thay đổi thông số đầu vào. Ví dụ khi xác định thông số kĩ thuật của động cơ cơ cấu di chuyển cầu trục. Chương trình sẽ tự động tính ra công xuất cần thiết cho cho 1 động cơ (dõ̃n đụ̣ng riờng),người thiết kế dựa trên giá trị đó (giá trị tính) để tra bảng,chọn động cơ cõ̀n thiờ́t,hợp lý. Các thông số tra bảng chọn đó được điền vào cột giá trị chọn. Sở dĩ phân ra làm 2 cụ̣t,giá trị tính,giá trị chọn là để phân biệt những giá trị nào là chương trình tính,giá trị nào là người thiết kế chọn,tiợ̀n cho việc kiểm tra sau này. -Khi ta thay đổi thông số đõ̀u vào, không thỏa mãn hoặc giá trị người thiết kế chọn không hợp lý,chương trình sẽ tự động báo lụ̃i,yờu cầu quay lại kiểm tra giá trị đó. Ví dụ khi kiểm tra động cơ theo điều kiện bám. Nếu không thỏa mãn,chương trình sẽ tự động thông báo: “ Không thỏa mãn,chọn lại động cơ”. Khi đó,người thiết kế sẽ dựa trên nhưng thông báo đó can thiệp, tiến hành chọn lại các thông số cho hợp lý. Ưu nhược điểm của chương trình tính toán thiết kế cơ cấu di chuyển cầu trục: Ưu điểm: Đơn giản,dờ̃ sử dụng,cho kết quả chính xác,dờ̃ dàng kiểm tra Nhược điểm: Cần phải có sự can thiệp của người thiờ́t kờ́,khụng tự động hoàn toàn. 5.9.4 Bảng kết quả. Xem phụ lục P 1.2 CHƯƠNG 6. TíNH TOáN KếT CấU THéP 6.1.Phương pháp tính toán : Qui trình và phương pháp tính toán kết cấu thép cầu trục 2 dầm dạng hộp được tính theo phương pháp của viện nghiên cứu máy nâng CHLB Nga gồm: - Qui trình tính: các thành phần tải trọng và tổ hợp tải trọng (mục 6.5.4 ) - Phương pháp xác dịnh nội lực (mục 6.6.1) - Xác định ứng suất trong kết cấu (mục 6.6.2) 6.2. Thông số ban đầu: + Khẩu độ: L = 18 m + Vận tốc di chuyển xe con : Vxc = 30 m/ph + Tải trọng nâng: Q = 10 + Vận tốc di chuyển cầu trục : Vc= 40 m/ph 6.3. Sơ dồ cấu tạo kết cấu thép và các thông số đã xác định : 1- Dầm chính; 2-dầm biên; 3-cabin; 4-sườn đứng; 5-sườn dọc Các điểm đặc trưng trên mặt cắt A-A, B-B,C-C : điểm 1-10 Các số liệu : Trọng lượng : Bảng 6.1: Qn Gcb Gdb Gxc Gdc1 10 T 0,87 T 0313 T 3,36 T 6,05 T Dầm chính tiết diện A-A và B-B : Bảng 6.2: C (mm) hc (mm) bc (mm) bco (mm) s1 (mm) s2 (mm) (mm) 2700 1000 400 330 6 8 500 Dầm biên tiết diện C-C : Bảng 6.3: Bc (m) B (m) hb (mm) bb (mm) bbo (mm) s3 (mm) s4 (mm) 3,2 3,5 500 350 180 6 8 6.4.Xác định đặc trưng hình học mặt cắt dầm : 6.4.1. Mặt cắt giữ dầm chính A-A : Có: s1=6; s2=8; bc= bc1 + bc2 hc1=hc2=(hc-( s2+ s2)) = (1000-(8+8))= 492 mm bc1 = bc2= bc=.400 = 200 mm - Mômen quán tính tiết diện : =2. 2 hc1 . s1+ s2.bc+ hc2+ s2s2.bc =22.492.6 +. 8.400 + 492 + .8.400 = 2527300437 mm =2bc.s2+ s1.(2hc1)+ s1(2hc1) = 2400.8+6.(2.492)+ .6.(2.492) = 418637749,3 mm - Mômen chống xoắn tại các điểm đặc trưng : = =+ - khoảng cách từ tâm tiết diện dến điểm cần tính === 5891876,3 mm == =14729691 mm - Mômen tĩnh của nửa tiết diện ứng với trục trung hoà oy, oz =bc. s2.(hc1+)+2s1hc1 = (492+).8.400+2.6. .492 = 3039584 mm = (bco+ s1).s1.2hc1+ 2.s2. bc1. = (330+6).6.2.492.+2.8. 200.200. = 1311872 mm 6.4.2. Mặt cắt đầu dầm chính B-B Xác định trọng tâm tiết diện : hd1=hd2==.(500-(8+8))= 242 mm bc3=bc4= . bc= 400= 200 mm - Mômen quán tính tiết diện : =2. (2 hd1)3. s3+ s4.bc+ hd2+ s4s4bc =2.2.242.6 +. 8.400 + 242 + .8.400 = 500716437,3 mm =2bc.s4+ s3(2hd1)+ .s1(2hd1) = 2400.8+6.(2.242)+ .6.(2.242) =249275749,3 mm == = 3024162 mm == = 3749960,93 mm3 - Mômen tĩnh của nửa tiết diện ứng với trục trung hoà oy, oz : =( s4+hd1 ) s4.bc+ 2.s3hd1 = (+242).8.400+2.6..242 = 1138584 mm = (bco+s3 ) s3.(2 hd1) + 2.s4.bc3 = (.330+.6).6.(2.242) +2.8 200 = 807872 mm 6.4.3- Mặt cắt dầm biên C-C bc5=bc6=bc=.350=175 mm hb1=hb2=(hb-2s6)=(500-2.8)=242 mm Mômen quán tính tiết diện : = 2. .2.hb1. s5+ s6.bb.hb2+s6+ .bb. =2. .2.242.6+8.350.(242+.8)+ .350. = 452299370,7 mm = 2. bb. s6+(.bbo+. S5). s6.(2. hb1)+ .2hb1. = 2. 350.6+(.180+.6) .6.(2.242)+ .2.242.6 = 93125816 mm - Mômen tĩnh của nửa tiết diện ứng với trục trung hoà oz,ox: = 2.hb1.s5. (bb0+s5)+ bb.s6 = 2.242.6. (180+6) + 3502.8 = 515072 mm = s6.bb.(hb1+s6)+ 2.s5..hb1 =8.200.(267+.8)+2.6.. .242 = 1040181 mm 6.5.Tải trọng và tổ hợp tải trọng : 6.5.1. Tải trọng theo phương thẳng đứng Tải trọng chính là các thành phần tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng gồm trọng lượng dầm chính, dầm biên, cabin và lực nén bánh của xe con lên dầm chính do trọng lượng xe con, tải trọng nâng và kể đến lực quán tính khi nâng hạ vật. - Tải trọng phân bố do trọng lượng dầm chính và sàn công tác cùng lan can (nếu có ), tính với hệ số vượt tải 1,1 qc = 1,1.k1. = K1 =1 : hệ số kể đến va đập tại chỗ nối ray khi di chuyển Gdc = 6,05 .104 N ; Lc = 18 m qc = = 3,69 N/mm - Tải trọng phân bố do trọng lượng dầm biên : qb = N/mm ( B= 3,5 m =3500 mm; Gdb=0,313 T = 0,313.104 N ) - Tải trọng tập trung do trọng lượng cabin: Pcb = 1,1.K1.Gcb= 1,1.1.0,87.104= 957 N - Tải trọng di động dọc dầm chính do trọng lượng xe con và tải trọng nâng tác dông qua bánh xe di chuyển xe con. Pd = Trong đó : K2 = 1,1 : hệ số vượt tải trọng nâng Kd = 1,2 : hệ số tải trọng động khi nâng Qn = 10 T : trọng lượng vật nâng Gxc = 3,36 T ; trọng lượng xe con Gqt=20 KN : Tải trọng quán tính Pd == 47740 N 6.5.2. Tải trọng ngang : Tải trọng ngang là lực quán tính ngang xuất hiện khi mở máy hoặc phanh cơ cấu di chuyển cầu và xe con. Đa số cầu trục có số bánh xe chủ động bằng một nửa tổng số bánh xe di chuyển nên tải trọng quán tính ngang lấy bằng 0,1 lần tải trọng thẳng đứng (trường hợp số bánh xe chủ động bằng tổng số bánh xe thì lấy bằng 0,05 lần ). Tác dụng vuông góc với dầm chính khi mở máy (phanh) cơ cấu di chuyển cầu trục : qcn = 0,1.qc = 0,1.3,69 = 0,369 N/mm Pcn = 0,1.Gcb= 0,1.8700 = 870 N Pdn= 0,1. =0,1. = 7161,5 N Tác dụng dọc dầm chính khi mở máy (phanh) cơ cấu di chuyển xe con : Pnx= 0,1. =3340 N 6.5.3. Tải trọng xoắn dầm chính: Momen xoắn dầm do tất cả các tải đều tính với trục trung hoà của dầm biên (là nơi cố định đầu dầm chính) đặc biệt là theo phương ngang còn theo phương đứng thì ứng với trục oz Mômen xoắn tập trung do tải trọng di động của bánh xe di chuyển xe con trên ray : + Phương đứng: Mxp =Pd. = 47740.»8020.103 Nmm Mxp =8020 Nm + Phương ngang: Mxpn = Pdn..() =3340.() Mxpn »1860,4.103 Nmm = 1860 Nm ( hb = 500 mm; hr = 107 mm ) Mômen xoắn tập trung do trọng lượng ca bin + Phương đứng : Mxcb = Gcb.lk=Gcb. Mxcb=8700.=7656.103Nmm = 7656 Nm ( bk = 1360 mm ; bc = 400 mm ) + Phương ngang : Mxcbn= Pcn.hk= 870.1900 = 1653.103 Nmm ( hk=1900 mm) Mômen xoắn phân bố do lực quán tính ngang của trọng lương dầm chính khi phanh cơ cấu di chuyển : mxqn= qcn.() = 0,369.( ) = 18,45 Nm (hc= 1000 mm) giá trị tổng mômen xoắn: Mxqn = mxqn.Lc.103 = 18,45.18.103 = 332,1.103 Nmm 6.5.4.Các tổ hợp tải trọng tính toán : Kết cấu thép cầu trục dầm hộp có thể tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép với hai tổ hợp tải trọng sau : - Tổ hợp I : xét tác dụng của các tải trọng chính (tác dụng theo phương thẳng đứng) gồm qc,qb,Pc,Pd và mômen xoắn do chúng gây nên gồm Mxp và Mxc. - Tổ hợp II : ngoài các tải trọng chính nêu trên còn có tính đến các tải ngang qcn, Pcn, Pdn, Pnx, và mômen xoắn do tải trọng ngang Mxpn, Mxcn, Mxqn Giá trị ứng suất cho phép với thép CT3 : chế độ làm việc trung bình (CĐ 25%) Bảng 6.4: Tổ hợp tải trọng ứng suất pháp ( N/mm2) ứng suất tiếp ( N/mm2) I [s] = 160 [t] = 96 II [s] = 180 [t] = 108 6.6. Tính kiểm tra bền kết cấu thép : 6.6.1. Xác định nội lực tại mặt cắt nguy hiểm: 6.6.1.1. Nội lực trong các dầm chính: Dầm chính chịu uốn , cắt, xoắn, (bỏ qua lực nén dầm chính Pnx do quán tính di chuyển xe con dọc dầm chính). Các mặt cắt nguy hiểm là A-A (giữa dầm )và B-B (đầu dầm) Mặt cắt A-A :Trọng tâm của xe con cách tiết diện dầm một khoảng và mặt cắt A-A cũng cách tiết diện giữa dầm một khoảng , chịu ứng suất pháp và ứng suất tiếp Hình 6.1: Sơ đồ nội lực phương đứng Mômen uốn và lục cắt : =34273,3 N (Lk = 2,2 m =2200mm) =40846,6 N = 49265 N = 46215 N = -2,5 N M1 = 355876002,5 Nmm 46215 N = 402648188 Nmm -2,5+46215 = 46212,5 N 355876002,5 +402648188 = 758524190Nmm mômen xoắn = 7763806 Nmm =936.103 Nmm = 7763806+936000 = 8699806 Nmm Hình 6.2: Sơ đồ nội lực phương ngang Mômen uốn và lục cắt : =3427,3 N (Lk = 2,2 m =2200 mm) =4085 N = 3447 N = 3233,3 N = 0,0875 N M1n = 35072975 Nmm 3233,3 N = 28170126,3 Nmm 0,0875 + 3233,3 = 3233.4 N 35072975 + 28170126,3) = 632431013 Nmm mômen xoắn = 1800583,3 Nmm = 202000 Nmm = » - 186 .104 Nmm 3458583 Nmm Bảng 6.5: kết quả nội lực tại mặt cắt A-A: Mômen uốn (Nmm) Lực cắt (N) Mômen xoắn (Nmm) Do tải trọng phương đứng (oz) Ma Do tải trọng phương ngang (oy) Man Do tải trọng phương đứng (oz) Qa Do tải trọng phương ngang (oy) Qan Do tải trọng phương đứng (oz) Mxa Do tải trọng phương ngang (oy) Mxan 758524190 632431013 46212,5 3233.4 8699806 3458583 Mặt cắt đầu dầm B-B: khi xe con nằm ở đầu dầm có cabin. Mặt cắt này chịu ứng suất tiếp do lực cắt và mômen xoắn Phương đứng : lực cắt : = = 133276,5 N mômen xoắn : = 15527611 Nmm =7166867 Nmm Mxb = Mx5 – Mx4= 15527611 – 7166867 = 8360744 Nmm Phương ngang : lực cắt : = = 17950.5N mômen xoắn : = 3601941 Nmm =1547392 Nmm Mxbn = Mx5 – Mx4= 3601941 –1547392 = 2054549 Nmm Bảng 6.6: kết quả nội lực tại mặt cắt B-B : Lực cắt (N) Mômen xoắn (Nmm) Do tải phương đứng (oz) Qb Do tải phương ngang (oy) Qbn Do tải phương đứng (oz) Mxb Do tải phương ngang (oy) Mxbn 133276,5 17950.5 8360744 2054549 6.6.1.2. Nội lực trong dầm biên: Trạng thái chịu lực nguy hiểm của dầm biên là khi xe con nằm ở đầu dầm có cabin ( bá qua lực nén dầm biên do lực cắt Qbn tại tiết diện đầu dầm chính). Hình 6.3: Sơ đồ nội lực dầm biên phương dứng Qc1= Qb = 133276,5 N Mb= çMxbç+çMxbnç=8360744 + 2054549 = 2054549 Nmm Mc1= = 2054549 + = 663692799 Nmm =1081,3 N ( chọn Lx = 2,2 m = 2200 mm) Mc2 = 663525 Nmm Qc= Qc1+Qc2 = 133276,5 + 1081,3 =134357,8 N Mc = Mc1 + Mc2 = 663692799 + 663525= 664356324 Nmm Phương ngang : Hình 6.4: Sơ đồ nội lực phương ngang Qcn = Pnx = 3340 N Bảng 6.7: kết quả nội lực tại mặt cắt C-C Lực cắt (N) Mômen uốn (Nmm) Do tải phương đứng (oz) Qc Do tải phương ngang (ox) Qcn Do tải phương đứng (oz) Mc Do tải phương ngang (ox) Mcn 134357,8 3340 664356324 1670000 6.6.2. Kiểm tra bền : 6.6.2.1. Tiết diện A-A: Kiểm tra ứng suất tại các điểm đặc trưng 1,2,3,4,5 trên mặt cắt A-A Tổ hợp I : Chỉ có lực đứng và mômen xoắn . Điểm 2 và 5 chị ứng suất pháp do mômen uốn Ma và ứng suất tiếp do mômen xoắn Mxa . Điểm 3 chịu ứng suất tiếp max do lực cắt và mômen xoắn song ứng suất pháp bằng 0 nên ta có thể bỏ qua điểm 2 và điểm 5 kiểm tra theo ứng suất tương đương theo thuyết bền 4 : Có: s2a(I)= s5a(I) Tổ hợp II : Tác dụng cả phương đứng và phương ngang Có : s1a(II)=s4a(II) s1a(II) £ [sII] = 180 N/mm2 s2a(II)=s5a(II) = 150 N/mm2 £ [sII] = 180 N/mm2 = 158 N/mm2 £ [ sII ] = 180 N/mm2 Kiểm tra ứng suất tại các điểm thoả mãn điều kiện bền 6.6.2.2. Tiết diện B-B: chỉ chịu lực cắt và mômen xoắn nên chỉ kiểm tra theo ứng suất tiếp tại các điểm 6,7 trên mặt cắt B-B a) Tổ hợp I: Tổ hợp II : 6.6.2.3. Tiết diện C-C : chịu uốn và cắt a) Tổ hợp I: => s8c(I);t10c(I) < [ tI] = 96 N/mm2 (thoả mãn điều kiện bền) b) Tổ hợp II : Thoả mãn điều kiện bền 6.7. Kiểm tra độ cứng : 6.7.1. Độ cứng tĩnh: Phương đứng : - Chỉ tính độ võng do Q và Gx gây nên ở vị trí giữa dầm chính Q = 10 T ; Gx = 3,36 T ; Lc = 18 m ; Jya = 2527300437 mm4; E = 2,1.105N/mm 6.7.2. Độ cứng động : Cầu trục khẩu độ lớn thường có nhá , cần phảI kiểm tra thời gian dao động tắt dần của dầm f- độ võng tĩnh của dầm ¶ = 0,07- Hệ số loga giảm giao động lấy theo k- độ cứng dầm cầu m – Khối lượng qui dẫn của dầm cầu m = 1,019.(Gdc+ Gx) =1,019.(14 + 3,36) = 17,69 T = 17690 kg Với cầu trục công dụng chung [ttd] = (12¸15) s P – tần số dao động Kấ́T LUẬN Trải qua 15 tuần làm đồ án tụ́t nghiợ̀p,dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lưu Đức Thạch cùng các thầy trong bộ môn Máy Xõy Dựng,đờ́n nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đuợc bộ môn giao. Đây là đồ án cuối cùng trước khi tốt nghiệp nó giúp em hiểu sâu hơn về công tác thiết kế cầu trục,rèn luyện các kí năng tính toán,thiờ́t kờ́,là hành trang cho công việc sau này. Với khối lượng của đồ án khá lớn,và khả năng thiết kế còn hạn chờ́,khụng tránh khỏi những thiếu sót kính mong các thầy góp ý bổ xung để đồ án hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Ban giáo hiệu trường Đại Học Xây Dựng, Khoa cơ khí xây dựng,các thầy trong bộ môn máy xây dựng và đặc biệt là thầy giáo Lưu Đức Thạch đã dạy dụ̃,dìu dắt chúng em suốt 5 năm học qua. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vũ Liêm Chính, Phạm Quang Dũng, Trương Quốc Thành-Cơ sở thiêt kế máy xây dựng-Nhà xuất bản xây dung, 2002. 2. Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dòng-Máy và thiết bị nâng-Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2004. 3. Trương Quốc Thành, Đặng Thế Hiển-Hướng dẫn đồ án môn học máy nâng- Trường đại học Xây Dựng, Hà Nội 1992. 4. Đặng Thế Hiển, Phạm Quang Dòng, Hoa Văn Ngũ-Tập bản vẽ máy xây dựng-Trường đại học Xây Dựng, 1985. 5. Đặng Thế Hiển, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Tiến Đậu,Nguyễn Văn Hùng, Lưu Phong Niên-Máy xây dựng-Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1991. 6. Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường-Tính toán máy trục-Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1975. 7. Vò Thanh Bình, Nguyễn Văn Bang, Trương Biên và nhiều tác giả khác-Sổ tay máy xây dựng- Tổng công ty xây dựng Sông Đà-Nhà xuất bản giao thộng vận tải, Hà Nội 2000. 8. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm-Thiết kế chi tiết máy-Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 1998. 9. Nguyễn Trọng Hiệp-Chi tiết máy tập 1, tập 2-Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 2003. 10. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí-Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 2002. 11. Nguyễn Văn Huyền-Cẩm nang kỹ thuật cơ khí-Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội 2002. 12. Ninh Đức Tốn-Dung sai lắp ghép-Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 2004. 13. Ninh Đức Tốn-Sổ tay dung sai lắp ghép-Nhà xuất bản giáo dục. 14. Nguyễn Duy Thái-Giáo trình kết cấu thép máy xây dựng-Trường đại học Xây Dựng, Hà Nội 2004. 15. Đoàn Định Kiến, Nguyễn Văn Tấn, Phạm Văn Hội, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường-Kết cấu thép-Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2001. 16. Đoàn Định Kiến, Phạm Văn Tư, Nguyễn Quang Viên-Thiết kế kết cấu thép nhà công nghiệp-Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1998. 17. Tiêu Chuẩn Việt Nam-Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép-Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội 2000. 18. Lê Ngọc Hồng-Sức bền vật liệu-Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2000. 19. Lều Thọ Trình, Lê Xuân Huỳnh, Nguyễn Văn Phượng-Cơ học kết cấu tâp 1, tập 2-Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1996. 20. Đỗ Xuân Tùng, Trương Tri Ngộ, Nguyễn Văn Thanh-Trang bị điện máy xây dung-Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội 1998. 21. Vò Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh-Trang bị điện- điện tử máy công nghiệp dùng chung-Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 2004.