MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỔNG THỂ CẦU TRỤC
1.1. Tổng quan về cầu trục
1.1.1. Cầu Trục hai dầm
1.1.2. Cầu trục 1 dầm
1.2. Chọn phương án thiết kế
1.2.1. Các phương án thiết kế bộ máy di chuyển cầu trục
1.2.2. Lựa chọn phương án cơ cấu nâng.
1.2.3. Phương án lựa chọn kết cấu dầm chủ
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
2.1. Tính toán kết cấu thép dầm chủ
2.1.1. Xác định giản đồ tính toán của dầm
2.1.2. Chọn hình thức kết cấu dầm chủ
2.1.3. Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu thép của cầu trục.
2.1.4. Xác định mặt cắt của dầm chủ.
2.1.5. Tính kiểm tra mặt cắt đã chọn.
2.2 Tính toán kết cấu thép dầm đầu cầu trục.
2.2.1. Xác định giản đồ tính toán của dầm
2.2.2. Định hình thức kết cấu dầm đầu.
2.2.3. Xác định mặt cắt của dầm đầu.
2.2.4. Tính kiểm tra mặt cắt dầm đã chọn.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU
3.1. Tính chọn bánh xe và ray.
3.1.1. Bánh xe và trục bánh xe.
3.1.2. Chọn Ray
3.2 Tính chọn và kiểm tra động cơ điện.
3.2.1. Tính chọn động cơ
3.2.2. Kiểm tra động cơ điện về mômen mở máy.
3.3. Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển.
3.3.1.Trục bánh dẫn.
3.3.2. Ổ đỡ trục bánh xe
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CÁC MỐI LIÊN KẾT
4.1. Liên kết hàn
4.1.1. Mối hàn chế tạo dầm chủ
4.1.2. Mối hàn chế tạo dầm đầu
4.2. Liên kết bu lông dầm chủ và dầm đầu
CHƯƠNG 5. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH
5.1. Quy trình gia công chế tạo dầm chính.
5.2. Quy trình gia công chế tạo trục bánh xe.
5.2.1. Chọn phôi
5.2.2. Thứ tự các nguyên công và chế độ cắt gọt
CHƯƠNG 6. QUY TRÌNH LẮP DỰNG VÀ VẬN HÀNH
6.1 Bảo quản, vận chuyển, lắp ráp, chạy thử.
6.1.1 Bảo quản, vận chuyển.
6.1.2 Lắp ráp, chạy thử
6.2. Sử dụng
6.3. Bảo dưỡng cầu trục.
6.4. An toàn lao động.
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập toàn cầu, Việt Nam luôn chú trọng phát triển kinh tế cũng như việc củng cố quốc phòng, an ninh để có thể đưa Việt Nam thành một thị trường đầu tư an toàn và có hiệu qủa không những trong khu vực mà cũng như trên toàn thế giới.
Để làm được việc đó Việt Nam phải biết phát triển nền kinh tế từ trong nội lực của đất nước mình cụ thể hơn là việc vực dậy nền công nghiệp còn non trẻ của mình và chú trọng đến việc phát triển cơ sở hạ tầng.
Do đó máy móc ngày càng được sử dụng rộng rãi và với mức độ càng ngày càng hiện đại hơn trong đó bộ phận máy thiết bị nâng và xếp dỡ đóng vai trò rất quan trọng trong sản xuất và trong vận chuyển hàng hoá, thiết bị nâng đã góp phần làm giải phóng sức lao động tăng nhanh năng suất lao động tạo điều kiện cho xí nghiệp đầu tư vào việc cải tiến công nghệ và đưa công nghệ mới vào quá trình sản xuất.
Cầu trục là một thiết bị nâng được sử dụng rộng rãi trong các nhà xưởng do nó có nhiều ưu điểm và có kết cấu nhỏ gọn phù hợp với không gian nhà xưởng. Nhưng ở nước ta lại có rất ít cơ sở đầu tư vào công việc thiết kế và sản xuất cầu trục, điểm qua chỉ có vài công ty như (xí nghiệp cơ khí Quang Trung, công ty cơ khí Hồng Nam, công ty liên doanh NMC CO ., LTD NIPPON MECHANIC và CRANE... ) và hầu hết các công ty chỉ sản xuất với mô hình nhỏ và chủng loại không phong phú.
Từ những yêu cầu đó bộ môn Máy Xây Dựng và Xếp Dỡ của trường Đại học Giao Thông Vận Tải đã giao cho em đề tài “Thiết kế cầu trục nâng vận chuyển phục vụ trong xưởng cơ khí”. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: TS…………….. đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Cơ Khí và bộ môn Máy Xây Dựng đã ủng hộ và tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đồ án này.
Do trình độ còn hạn chế cũng như thiếu kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi những thiêu sót, mong các thầy cô và các đồng nghiệp chân thành góp ý.
Em xin chân thành cảm ơn!
CHƯƠNG 1
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỔNG THỂ CẦU TRỤC
1.1. Tổng quan về cầu trục
Cầu trục là loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đường ray chuyên dùng nên còn gọi là cầu lăn. Nó được sử dụng rất phổ biến trong các ngành kinh tế và quốc phòng để nâng chuyển các vật nặng trong các phân xưởng và nhà kho, cũng có thể dùng để sắp xếp đồ đạc. Cầu trục được trang bị móc câu, cơ cấu nam châm điện, hoặc gầu ngoạm tuỳ theo dạng hoặc đặc tính vật nâng.
Các thông số cơ bản của Cầu Trục là: Sức nâng tải Q, khẩu độ L, chiều cao nâng H, vận tốc làm việc của các bộ máy của các bộ máy và chế độ làm việc của các bộ máy của Cầu Trục. Với sức nâng nhỏ từ 1
5 tấn, khẩu độ ngắn l = 5 - 17 m và chế độ làm việc nhẹ, thường là cầu trục một dầm. Các Cầu Trục hai dầm công dụng chung có thể có chế độ làm việc nhẹ, trung bình hoặc nặng, sức nâng tải Q có từ 3 đến 300 tấn, khẩu độ lớn có thể có sức nâng đến 500 tấn. Vận tốc nâng hạ ở Cầu Trục thường dùng là 8 - 12 m/ph, vận tốc di chuyển xe con 10 - 50 m/ph và vận tốc di chuyển cầu trục 40 - 150 m/ph.
1.1.1. Cầu Trục hai dầm
Hinh 1-1 thể hiện kết cấu tổng thể của cầu trục 2 dầm, gồm có: dầm hoặc dàn chủ 1, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu 7, trên dầm đầu lắp các cụm bánh xe di chuyển cầu trục 6, bộ máy dẫn động di chuyển 3, bộ máy di chuyển hoạt động sẽ làm cho bánh xe quay và cầu trục chuyển động theo đường ray chuyên dùng 5 đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu trục phụ thuộc vào chiều quay của động cơ điện.
1.1.2. Cầu trục 1 dầm
Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu có một dầm chạy chữ I, xe con treo palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chạy chữ I, Toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng palăng đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng. Nếu có được trang bị palăng kéo tay thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động bằng tay, nếu được trang bị palăng điện thì gọi là cầu trục một dầm dẫn động điện.
Để làm dầm chính, bộ phận chịu tải của kết cấu thép cầu trục một dầm, thường dùng thép cán định hình chữ I, kích thước dầm chọn tuỳ thuộc sức nâng và khẩu độ, sao cho đảm bảo độ bền và độ cứng yêu cầu; đồng thời phải đảm bảo đặt lọt cụm bánh xe của cơ cấu di chuyển palăng điện. Đối với cầu trục điện, ngoài độ cứng theo phương đứng, còn phải đảm bảo độ cứng ngang. Khi khẩu độ lớn phải có dàn ngang.
1.2. Chọn phương án thiết kế
1.2.1. Các phương án thiết kế bộ máy di chuyển cầu trục
Có ba phương án bố trí kết cấu bộ máy di chuyển cầu trục.
a, Phương án 1.
Phương án này áp dụng cho cầu trục cỡ nhỏ, dùng sơ đồ với trục truyền dài quay chậm. Ở đây động cơ điện là nguồn dẫn điện chung, nối với hộp giảm tốc 2 truyền mômen xoắn tới bánh xe 3 nhờ trục truyền động 6. Trục này được chế tạo thành nhiều đoạn nối với nhau bằng các khớp nối trục 4 và được đỡ bởi các ổ trục trung gian7, phanh 5 là phanh hai guốc thường đóng.
b. Phương án 2.
Đối với khẩu độ lớn trên 15 m, ta dùng phương án trục truyền dài ở cấp độ quay nhanh. Trục dài 2 truyền mômen quay từ hai đầu ra của động cơ 1 đến các bánh xe thông qua hai hộp giảm tốc 3 ở hai bên. Với cùng công suất truyền trục quay nhanh có trọng lượng nhỏ khoảng 5 ¸ 6 lần so với trục quay chậm, mặc dù phải hai hộp giảm tốc trọng lượng chung của cơ cấu cũng không tăng. Tuy nhiên độ chính xác lắp đặt các ổ trục đỡ yêu cầu cao và phải cân bằng động các chi tiết quay nhanh.
c. Phương án 3.
Bộ máy di chuyển cầu trục dẫn động độc lập. Mỗi cụm bánh xe chủ động có động cơ riêng 1, phanh riêng 2 và hộp giảm tốc 3. Giữa hai cụm bánh xe chủ động ở hai bên có liên kết cơ khí. Trong hệ thống này có hiện tượng tự động san tải giữa các động cơ điện. Hiện nay cơ cấu dẫn động độc lập ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các cầu trục có khẩu độ lớn hơn 15 m, đặc biệt ở các cầu trục chân đế, cầu trục tháp. Mỗi cụm riêng biệt ở đây được tính toán với tải trọng bằng 60% tải trọng chung để đề phòng phân bố tải trọng không đều giữa hai bên.
d. Kết luận lựa chọn phương án cơ cấu di chuỷển.
Dựa vào những ưu, khuyết điểm của các loại bộ di chuyển trên ta lựa chon bộ di chuyển cho cầu trục thiết kế ta chọn phương án 3 bộ di chuyển dẫn động độc lập .
1.2.2. Lựa chọn phương án cơ cấu nâng.
Nhiệm vụ cơ cấu nâng cơ cấu nâng được dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng nó có thể là một bộ phận của máy hoặc là một máy làm việc độc lập Cơ cấu nâng thường dùng trên cầu trục là xe con và palăng. Do yêu cầu thiết kế ta chọn cơ cấu nâng trên cầu trục là palăng điện.
Đặc tính kỹ thuật của palăng:
- Ký hiệu : HN005-H6-MH
- Tải trọng nâng: 5 (T)
- Vận tốc nâng: 4,7 (m/ph)
- Vận tốc di chuyển palăng: 20 (m/ph)
- Động cơ điện cơ cấu nâng
- Công suất: 5,5 (KW)
- Động cơ điện cơ cấu di chuyển palăng: Công suất động cơ là 0,75 KW
- Trọng lượng palăng: 496 kg
1.2.3. Phương án lựa chọn kết cấu dầm chủ
Kết cấu dầm chủ ta có thể phân ra làm hai loại chủ yếu đó là dạng dàn và dạng dầm .
a. Dạng Dàn.
Đối với dạng dàn thì có ưu, khuyết điểm sau
Ưu diểm:
+ Tự trọng nhẹ hơn so với kết cấu cầu trục có dạng hộp.
+ Chiều cao tổng thể của cầu trục nhỏ.
Nhược điểm:
+ Tốn công chế tạo.
+ Khi khẩu độ của cầu trục lớn và tốc độ di chuyển của cầu trục cao thì độ cứng ngang có thể không thoả mãn.
b. Dạng Dầm.
Đối với kết cấu này thi dầm chủ có mặt cắt hình hộp ở dưới có hàn thép chữ I định hình để làm đường chạy cho Palăng điện .
Ưu diểm:
+ Kết cấu thép chắc chắn, có sức nâng Q>5(T).
+ Giá thành thấp hơn kết cấu dạng dàn.
Nhược điểm:
+ Khối lượng kim loại hơn so với dạng dàn. với những ưu, khuyết điểm như trên ta sẽ lựa chọn kết cấu dầm chủ là dạng dầm
Các phương án lựa chọn dầm chủ dạng dầm:
* Phương án 1: Cầu trục một dầm, dầm chủ là dầm tổ hợp.
Đối với kết cấu dầm chủ như hình 1.6 nó có ưu, nhược điểm sau
Ưu điểm .
+ Độ cứng tổng thể theo phương ngang và phương đứng tốt.
+ Kết cấu thép chắc chắn, đơn giản.
Nhược điểm .
+ Tốn thép .
+ Tải trọng nâng hạn chế .
+ Khẩu độ nhỏ .
* Phương án 2: Cầu trục một dầm dâm chủ là tổ hợp có thanh giằng hình 1.7
- Ưu điểm.
+ Độ cứng tốt .
+ Công chế tạo ít.
- Nhược điểm .
+ Khẩu độ nhỏ.
* Phương án 3: Cầu trục một dầm có dàn ngang một bên, dầm chủ là dầm định hình.
- Ưu điểm .
+ Độ bền cao .
+ Trọng lượng nhỏ .
Nhược điểm .
+ Độ cứng tổng thể theo phương ngang kém .
+ Tải trọng nâng nhỏ .
* Kết luận: Cầu trục được lựa chọn để thiết kế ở đây là cầu trục một dầm. Dầm chủ là dầm tổ hợp, cơ cấu di chuyển độc lập, cơ cấu nâng dùng palăng điện kiểu HN005-H6-MH.
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Kết cấu thép cầu trục hay còn gọi là kết cấu giá cầu của cầu trục. Kết cấu giá cầu của cầu trục do dầm chủ (hoặc dàn chủ) cùng với dầm phụ theo hướng dọc và dầm đầu theo hướng ngang tạo thành. Dầm chủ hoặc giàn chủ thẳng góc với hướng của dầm đầu. Dầm đầu bố trí thẳng góc với hướng đường ray của xe con.
Kết cấu thép của cầu trục một dầm.
Cầu trục một dầm là loại cầu trục giá cầu chỉ có một dầm chủ, thường dùng là một thanh thép định hình chữ I hoặc tổ hợp hai thép chữ [ hoặc có các kết cấu khác. Palăng di chuyển trên cánh dưới của dầm là palăng tay hoặc plăng điện.
2.1. Tính toán kết cấu thép dầm chủ
2.1.1. Xác định giản đồ tính toán của dầm
Từ kết cấu thực của giá cầu một dầm đã định hình trước với dầm chủ được nối với dầm đầu bằng liên kết bulông. Trên dầm đầu đặt các bánh xe di chuyển để di chuyển cầu dọc nhà xưởng. PaLăng di chuyển trên gờ của thép bản bụng dưới của dầm chủ, dầm chủ là cả dầm tổ hợp.
2.1.2. Chọn hình thức kết cấu dầm chủ
Trong thực tế kết cấu dầm chủ của cầu trục thường có các dạng sau
a. Dầm định hình có mặt cắt chữ I
Đặc điểm của dầm định hình chữ I, do điều kiện cán thép hạn chế nên vật liệu phân bố trên mặt cắt không hợp lí, bản bụng thép khá dày, cường độ vật liệu ở gần trục trung hoà không tận dụng hết. Loại dầm này có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, công chế tạo ít và giá thành hạ, áp dụng cho các loại cầu trục có sức nâng nhỏ, khẩu độ không lớn.
c. Dầm hình hộp
Dầm hình hộp chỉ dùng trong trường hợp dầm chịu lực lớn nhưng chiều cao bị hạn chế. Dầm hình hộp chế tạo tốn công và nhiều thép. Dầm hình hộp có thể tạo ra mặt cắt thay đổi theo chiều dài để phù hợp với tình hình chịu lực, tiết kiệm vật liệu, trọng lượng dầm nhẹ.
2.1.3. Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu thép của cầu trục.
a. Tải trọng tĩnh (tải trọng bản thân của kết cấu).
Bao gồm trọng lượng bản thân dầm chính, trọng lượng bản thân dầm đầu.
Trong máy trục, trọng lượng bản thân của kết cấu thường rất lớn, vượt xa trọng lượng vật nâng. Do vậy trọng lượng của kết cấu thép là một thông số quan trọng đối với việc tính toán kết cấu thép.
Ta có các phương pháp ước tính trọng lượng bản thân kết cấu thép như:
- Tham khảo trọng lượng kết cấu thép của các máy tương tự có sẵn.
- Tra cứu trong sổ tay thiết kế, các bảng biểu thống kê về trọng lượng bản thân kết cấu thép của các loại máy cùng loại hoặc tương tự.
Vậy : qt= 1750 . 1,0 = 1750 N/m .
b. Tải trọng di động
Bao gồm trọng lượng vật nâng Q (kể cả trọng lượng ụ móc cầu) và trọng lượng bản thân của PaLăng xác định theo công thức ;
P=Px +Pq . (CT 5-3.[1]).
Q=Qh +Qm c =50000 = 50000 (N)
K2 : Là hệ số lực động với chế độ làm việc trung bình k2 = 1,1.
Pq = 1,1 .50000 = 55000 (N).
c. Tải trọng quán tính. qn
Tải trọng này sinh ra khi khởi động hoặc hãm cơ cấu di chuyển xe con cầu trục. Thông thường ta lấy trường hợp hãm gấp để tính lực quán tính nằm ngang này.
d. Tải trọng gió.
Chỉ tính đến khi cầu trục làm việc ngoài trời vì vậy ở đây cầu trục được thiết kế cho trong nhà xưởng nên tải trọng gió không được xét đến.
2.1.4. Xác định mặt cắt của dầm chủ.
a. Giản đồ tính và biểu đồ nội lực.
Để xác định mặt cắt cần thiết của dầm chủ cần xác định nội lực lớn nhất phát sinh trên dầm do tải trọng di động và tải trọng bản thân của kết cấu gây ra trong mặt phẳng đứng
Coi áp lực của hai bánh xe palăng tác dụng lên dầm chính là hai tải trọng di động : P1, P2.
Ở đây coi áp lực ở hai bánh xe của palăng là như nhau tức là: P1 = P2 và mặt cắt lớn nhất sẽ là mặt cắt ở giữa dầm khi pa lăng mang hàng đứng ở giữa dầm.
Tương tự ta cũng có RB = 29980 N
Dùng mặt cắt 1-1 qua C (hình 2.3) xét cân bằng phần bên trái ta có mômen và lực cắt của mặt cắt tại C.
Dùng mặt cắt 3-3 qua E (hình 2.6) xét cân bằng phần bên trái ta có
QA = -10500 .N ;QB = 10500 . N ;
QE = QA - q. = 10500 - 10500 = 0.
2.1.5. Tính kiểm tra mặt cắt đã chọn.
Để kiểm tra được mặt cắt đã chọn cần phải tính được mômen quán tính chính, độ cứng chống uốn.
Tổng trọng lượng của dầm là : 2377,44: 2400 kG
Ta chia tiết diện thành 4 phần như hình 2.10
Ta có: F1 = F3 = 570.10 = 5700 .mm2
y1 = y3 = 300 .mm
F2 = 400.10 = 4000 .mm2
F4 = 500.20 = 10000 mm2
y2 = 595 .mm
y4 = 10 .mm
a. Kiểm tra theo điều kiện cường độ.
Vậy mô men uốn tổng cộng theo phương ngang là:
My=Muma=Mtuqt +Muqt=204154,82 +3150= 207304,82 (N.m).
My = 2073048,2 (kg.cm)
Jx = 132518,102599.cm4
Jy = 26387 cm4
x = 200(mm) = 20 cm
y = 232,28 (mm) = 232,28 cm
b. Kiểm tra theo điều kiện độ cứng:
Độ võng của dầm khi chịu tải trọng danh nghĩa là:
f= f1 + f2 = 7,46 + 1,78 = 9.24 (mm)
Vậy f < [f] = 17,14 (mm)
Do đó dầm đảm bảo về độ cứng
c. Kiểm tra theo điều kiện ổn định cục bộ.
Dưới tác dụng của lực tập trung P thông qua bánh xe palăng bản thép cánh dầm có khả năng bị uốn cục bộ, để tránh hiện tượng uốn cục bộ này người ta thường đặt thêm các bản gân gia cường trên bản cánh và đặt thẳng góc với hướng của đường ray.
2.2 Tính toán kết cấu thép dầm đầu cầu trục.
2.2.1. Xác định giản đồ tính toán của dầm
Ta coi dầm đầu như một dầm giản đơn đặt trên 2 gối tựa. Dầm chịu các tải trọng tập trung do trọng lượng dầm chủ và trọng lượng hàng nâng cùng trọng lượng palăng tác dụng và giữa dầm và tải trọng phân bố đều do trọng lượng bản thân dầm đầu. Vây ta có giản đồ tính toán của dầm.
2.2.2. Định hình thức kết cấu dầm đầu.
Dầm đầu cầu trục thường có các kết cấu như sau:
Là hai dầm chữ I ghép lại như hình 2.11
Để thuận tiện cho việc tính toán và cung kết cấu thường được sử dụng ta chọn kết cấu dầm đầu là kết cấu ghép từ hai thanh thép chư [ như hình 2.12.
Sơ bộ chon khoảng cách giữa các bánh xe di chuyển của dầm đầu là ; L = 1800 mm.
2.2.3. Xác định mặt cắt của dầm đầu.
a. Giản đồ tính và biểu đồ nội lực.
Sơ bộ lấy trọng lượng bản thân của dầm đầu là Gdđ = 120 .kG
Dầm đầu chịu tải trọng tập chung P ở trường hợp bất lợi nhất là khi palăng nâng hàng ở gần dầm đầu nhất (chọn khoảng cách an toàn là 600 mm)
Tải trọng tập trung tính toán tác dụng lên dầm đầu là:
P = P1 + P2 = 12000 + 52212 = 64212 N.
Qc = RA = 32106 N.
MU = RA.0,9 = 28895,4 Nm.
Ta cá biểu đồ mômen và biểu đồ lực cắt của dầm khi dầm chỉ chịu tải trọng tập chung P đặt ở giữa dầm. (hinh 2.18)
Phản lực tại gối A:
Cân bằng mômen tại B ta có:
MB = RA.1,8 - q.1,8.0,9 = 0.
=> RA = 600 N.
QC = RA - q.0,9 = 600 - 666,67.0,9 = 0.
MU = RA .0,9 - q.0,9 = 270 Nm.
Ta có biểu đồ mômen và biểu đồ lực cắt khi dầm chỉ chịu lực phân bố là tải trọng bản thân dầm (hình 2.21).
b. Sơ bộ chọn mặt cắt dầm:
Dầm đầu cầu trục là dầm tổ hợp được ghép bởi hai thép chữ [ chọn thép chữ [ số hiệu N030 có các thông số sau (bảng Tr.218 [1]).
wx = 387 (cm3) Jx = 5810 (cm4)
wy = 43,6 (cm3) Jy = 327 (cm4)
h = 300 (mm) F = 40,5 (cm2)
q = 31,8 (kg/m)
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU
3.1. Tính chọn bánh xe và ray.
3.1.1. Bánh xe và trục bánh xe.
Ta chọn loại bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thước sơ bộ là đường kính bánh xe là: Dbx = 400 mm.
Đường kính ngõng trục: d = 70 mm.(bảng 9-4 [2]).
Căn cứ vào đường kính bánh xe ta chọn loại ray cho cầu trục di chuyển
Tải trọng tác dụng lên bánh xe gồm:
Trọng lượng bản thân cầu: GC= 25000 N. (Trọng lượng bản thân cầu gồm : trọng lượng bản thân đầm chủ, dầm đầu và cơ cầu di chuyển cầu).
Tải trọng vật nâng Q = 50000 (N)
Trọng lượng palăng GPL = 4960 (N).
PD = Pd. = 23750 N.
Vậy tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe D là:
Pmax = 6250 + 23750 = 30000 N.
Tải trọng tương đương lên bánh xe xác định theo công thức(ct 3-65 [2])
Pbx = g. Kbx. Pmax
Vậy Pbx = 0,8. 1,2 . 30000 = 28800 (N)
Ứng suất dập cho phép (theo bảng 2-19 [2])
[sd] = 750 (N/mm2 )
Vậy sd < [sd] do đó kích thước bánh xe chọn là an toàn.
3.1.2. Chọn Ray
Ray chạy dọc chọn loại rayP24
3.2 Tính chọn và kiểm tra động cơ điện.
3.2.1. Tính chọn động cơ
Lực cản tĩnh chuyển động của cần trục gồm có lực cản do ma sát và lực cản do độ dốc và đường ray, thành phần lực cản do gió ở đây không có vì cần trục làm việc trong nhà xưởng.
- Lực cản do độ dốc đường ray đặt cầu:
W2 = a (G0 + Q) (CT 3-39 [2])
Trong đó:
a: Độ dốc của đường ray, chọn a = 0,002. (Bảng 3-9 [2])
=> W2 = 0,002 (32000+50000) = 164 (N)
- Tổng lực cản tĩnh chuyển động: Wt= kt. W1 + W2
Công suất của động cơ điện dẫn động độc lập của cơ cấu di chuyển là ta lấy công suất của mỗi động cơ bằng 60% công suất tổng để phòng trong trường hợp quá tải.
N1 = 2,17.0,6 = 1,302 (KW)
Các thông số:
- Công suất N = 1,5 KW
- Số vòng quay đầu ra n = 89 vòng/ph
- Mômen M = 153 Nm
- Độ truợt S = 2,4
- Tỉ số truyền i = 15,8
3.2.2. Kiểm tra động cơ điện về mômen mở máy.
Gia tốc lớn nhất cho phép để đảm bảo hệ số an toàn bám kb = 1,2 tính cho trường hợp lực bám ít nhất (khi không có vật nâng).
Trong đó: (Gi. Fi2)I = (GiDi2)roto + (Gi Di2)khớp
(GiDi2)roto = 0,85 (w. m2)
(Gi Di2)khớp = 0,255 (w. m2)
(Gi. Fi2)I = 0,85 + 0,255 = 1,1 (N. m2)
Ơ đây ta chọn khớp vòng đàn hồi có bánh phanh đường kính D = 100mm cho phanh TKT 100
Vậy Mm = 14,79 (N. m)
Dùng Mmmax = 1,8 Mdn thì động cơ có mô men mở máy nhỏ hơn mô men mở máy cho phép.
Vậy động cơ đã chọn là đảm bảo
3.4. Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển.
3.4.1.Trục bánh dẫn.
- Trục bánh dẫn:
Kết cấu bộ phận trục cùng bánh dẫn và hộp trục trình bày trên hình 3.2. Bánh xe lắp cứng trên trục bằng then, trục đặt trên ổ lăn trên các hộp trục, do đó trong qúa trình làm việc, trục quay, chịu uốn và xoắn.
Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe (bánh D) đã xác định trong bước tính toàn bánh xe, có trị số: Pmax = 30000 (N).
- Tải trọng tính có kể đến ảnh hưởng của tải trọng động:
Pt = Pmax. Kđ = 30000. 1,2 = 36000 (N)
Kđ = 1,2-1,5 hệ số tải trọng động
Để chế tạo trục ta dùng thép 45 có giới hạn mỏi
s'-1 = 250 (N/mm2) và t'-1 = 150 (N/mm2)
Chọn then cho trục bánh xe
Ta chọn then theo đường kính trục
Then tại chỗ lắp trục với bánh xe với: d = 70 (mm)
Chọn tiết diện then: b x h = 20 x 12 (bảng 7-3b[4])
- Kiểm tra lại hệ số an toàn theo sức bền mởi của trục tại tiếp điểm nguy hiểm với d = 70 (mm) (bảng 7-3b.[4])
Mômen cản uốn của tiết diên trục: w = 30200 (mm3)
Mômen cản xoắn của tiết diện trục: w0 = 63800 (mm3)
Số giờ làm việc tổng cộng:
T = A. 24. 365. Kn. Kng (bảng 1-1. [2])
Số chu kỳ làm việc tổng cộng của ứng suất uốn:
z0 = 60. T. nbt . (CD) = 60 . 21680 . 89. 0,25 = 28,9.106
Tải trọng lên trục:
Khi nâng vật: Q1 = Q
P = PD = 30000 (N)
Khi nâng vật: Q2 =0,75 Q
Số chu kỳ làm việc z1, z2, z3, z4 tương ứng với các tải rtọng Q1, Q2, Q3, Q4 phân phối theo tỷ lệ 2: 5: 3: 10 (hình 1-1 .[2])
Với giả thiết mỗi chuyến đi có tải kèm theo một chuyến về không có tải hay ngược lại.
Số chu kỳ tính toán của ứng suất xoắn với số lần đóng mở trong 1 giờ
zm = 120 (bảng 1-1.[1])
zt = T. zm = 21680. 120 = 2601600
- Trục bánh xe bị động
Do ta chọn và lắp bánh xe bị động cùng loại với bánh xe chủ động nên trục của bánh xe bị động của cơ cấu di chuyển cầu ta cũng lấy tương tự trục bánh xe chủ động
3.4.2. Ổ đỡ trục bánh xe
Trong các truc bánh xe ta dùng ổ lòng cầu hai dãy thanh lăn. Cho phép độ không đồng tâm giữa 2 ổ và có hệ số khả năng làm việc cao, khả năng chịu lực hướng tâm của loại này gấp đôi so với loại bổ bi đỡ lòng cần hay dẫy cùng kích thước và có thể chịu lực dọc trục bằng 20% lực hướng tâm.
Theo GOCT3479-53 ta chọn ổ lăn lòng cần 2 dây thanh năng với góc nghiên của ổ b = 120.
+ Tải trọng chiều trục do tải trọng hướng kích và góc nghiệp b của ổ
S = 1,3.R1.tgb = 1,3.15000.tg120 = 4144,85 (N)
Lực S xuất hiện đều ở hai ổ đối nhau và triệt tiêu lẫn nhau ngoài ra còn có thể có tải trọng ngang (hướng kính) do lực di chuyển xe lăn, song tải trọng nâng này rất nhỏ nên không tính đến.
+ Tải trọng tĩnh lớn nhất lên ổ sẽ là:Theo công thức (CT8-6[4])
Qt1 = (R1. kv + m. A1) . kT. kn
Qt1 = (15000. 1 + 4,5 . 3000). 1,4 . 1 = 39900 (N)
Ổ trục làm việc với tải trọng thay đổi tương ứng với các tải trọng tác dụng lên bánh xe trong từng thời gian làm việc của cơ cấu di chuyển cầu như đã được phân tích ở trên đối với trục bánh xe.
+ Khi làm việc với:
Khi nâng vật Q1 = Q có Qt1 = 39900 (N)
Khi nâng vật Q2 =0,75 Q có Qt2 =24738 (N)
Khi nâng vật Q3 = 0,2Q Qt3 =18753 (N)
Khi nâng vật Q4 = 0 Qt4 =9360 (N)
Số chu kỳ làm việc z1, z2, z3, z4 tương ứng với các tải rtọng Q1, Q2, Q3, Q4 phân phối theo tỷ lệ 2: 5: 3: 10
Mặt khác thời gian phục vụ của ổ là A = 5 nên tương ứng với tổng số giờ t = 21680 (giờ)
Và thời gian làm việc thực tế của ổ là:
h = T (CĐ) = 21680. 0,25 = 5420 giờ
Vậy hệ số khả năng làm việc thực tế của ổ là:
C = 0,1 Qtđ (n. h)0,3
C = 0,1. 18190,67. (89. 5420)0,3 = 92228,58
Theo GOCT 5720-51 ta chọn ổ lăn lòng cầu 2 dây ký hiệu 1614
Có C = 102000
CHƯƠNG 4
TÍNH TOÁN CÁC MỐI LIÊN KẾT
4.1. Liên kết hàn
4.1.1. Mối hàn chế tạo dầm chủ
Dầm chính được chế tạo từ các thanh thép hàn gắn với nhau bằng các mối hàn góc chiều cao miệng hàn lấy bằng h = 8 mm.
Đó là chiều dài tối thiểu cần phải hàn.
* Đường hàn tại vị trí (3) ở trên cùng không lớn phải kiểm tra vì lực trựot nhỏ hơn, xa trục trung hoà hơn chọn hh = 8mm
4.1.2. Mối hàn chế tạo dầm đầu
Tầm I được liên kết với hai thanh thép chữ [ bằng hàn chọn chiều cao miệng hàn là 8 mm. Do ở đây tình hình chịu lực là không lớn lắm do vậy ta có thể chọn phương pháp hàn như ở phần trên.
4.2. Liên kết bu lông dầm chủ và dầm đầu
Dầm chủ và dầm đầu được liên kết với nhau bằng mối ghép bu lông như hình 4.3. Số bu lông chon trước ở đây là 9 bu lông ta cần tính đường kính thân bu lông cần sử dụng.
Khi cầu trục làm việc các bu lông chịu lực kéo bằng phản lực ở dầm đầu lên dầm chính lực này đã được tính ở trên R = 32706 N. Lực tác dụng lên 1 bu lông là: Q = 3634 (N).
Thay số ta được: d1 = 5,6 (mm)
Ta chọn bu lông M16 số luợng 18 chiếc.
CHƯƠNG 5
QUY TRÌNH CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH
5.1. Quy trình gia công chế tạo dầm chính.
Dầm chính có khối lượng thép lớn nhất trong các bộ phận của cầu trục. Do vậy việc lập một quy trình gia công hợp lý sẽ giảm đáng kể lượng dự gia công, dẫn tới giảm gía thành chế tạo.
Kết cấu của dầm chủ gồm 4 thép bản liên kết với nhau bằng hàn.
Qui trình chế tạo dầm chủ bao gồm các bước sau:
- Nghiên cứu hồ sơ kĩ thuật bản vẽ dầm chính:
Công đoạn này bao gồm nghiên cứu các kích thước bản vẽ, các mối ghép (hàn, bulông), vật liệu chế tạo.
Tấm liên kết số 1 có kích thước như hình vẽ 5.2 (6x630x320)
Số lượng: 2
Tấm liên kết 2.có kích thước như Hình 5.3 (10x400x1200)
Tấm thành bên 4 có kích thước như hình vẽ 5.5.(10x570x1200)
Tấm 7 được khoan lỗ để bắt bu lông với đầm đầu như hình vẽ 5.7 và hình 5.8. 9 lỗ khoan d = 21
5.2. Quy trình gia công chế tạo trục bánh xe.
5.2.1. Chọn phôi
Phôi được chọn là phôi đúc từ thép CT5 có đường kính lớn nhất của phôi là 75 mm chiều dài phôi là 375 mm.
5.2.2. Thứ tự các nguyên công và chế độ cắt gọt
Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết trục bánh xe bao gồm các nguyên công sau:
* Gia công chuẩn bị
+ Cắt đứt phôi
+ Khoả đầu và khoan lỗ chống tâm
* Tổng kiêm tra.
Các nguyên công cụ thể như sau:
a. Nguyên công 1: Gia công đầu thứ nhất
- Tiện mặt đầu
- Khoan tâm
Bước 1: Tiện mặt đầu
+ Chế độ cắt:
t = 1 (mm)
S = 0,5 (mm/vg)
v = 60 (m/ph)
nmáy = 180 v/p
Bước 3: Tiện ngoài làm chuẩn
+ Chế độ cắt
t = 1,5 (mm)
S = 0,15 (mm/v)
nmáy = 230 (v/p)
V = 80 (m/p)
+ Thiết bị gia công:
Dao vai gắn T15K6
b. Nguyên công 2: Tiện trụ ngoài ệ70, ệ60, ệ40 và vát mép
- Tiện mặt đầu
- Tiện ngoài
- Vát mép
Bước 1: Tiện mặt đầu
+ Chế độ cắt:
t = 1 (mm)
S = 0,15 (mm/v)
nmáy = 180 (v/p)
V = 60 (m/p)
Bước 3: Cắt rãnh
+ Chế độ cắt
t = 1,5 (mm)
S = 0,15 (mm/v)
nmáy = 230 (v/p)
V = 80 (m/p)
+ Thiết bị gia công:
Dao tiện cắt đứt gắn T15K6
Bước 4: Vát mép, tạo góc lượn, cắt rãnh
+ Chế độ cắt:
- Vát mép 2x450 : S = dùng tay
- Số vòng quay: nmáy = 118 (v/p)
+ Thiết bị gia công:
- Dao vát mép gắn T15K6
d. Nguyên công 4: Sơ đồ gá kẹp gia công theo nguyên công 2
- Tiện mặt đầu
- Tiện ngoài
- Vát mép
e. Nguyên công 5: Phay rãnh then: 20x12
Chi tiết được định vị trên hai khối ‘V’ ngắn
Bước 1: Phay thô rãnh then đạt: 19 x 11
+ Chế độ cắt:
- t = 2 (mm)
- nmáy = 300 (v/p)
- B = 19 (mm)
- V = 19 (m/p)
- S = 0,12 ()mm/v
Bước 2: Phay tinh rãnh then đạt: 20 x12
+ Chế độ cắt:
- t = 0,5 (mm)
- S = 0.086 (mm/v)
- nmáy = 450 (v/p)
+ Thiết bị gia công:
- Máy phay đứng 6H12
- Dao phay ngón thép gió P18 - 20
f. Nguyên công 6: Nhiệt luyện
Nhiệt luyện cổ trục phi 60 đạt độ cứng 48 - 52 HRC
CHƯƠNG 6
QUY TRÌNH LẮP DỰNG VÀ VẬN HÀNH
6.1 Bảo quản, vận chuyển, lắp ráp, chạy thử.
6.1.1 Bảo quản, vận chuyển.
a. Bảo quản.
Sau khi chế tạo các chi tiết lắp ghép phải được bôi trơn, các hộp số phải được bảo dưỡng cho đủ lượng dầu bôi trơn. Toàn bộ phần dàn thép phải được làm sạch sau đó sơn chống rỉ và sơn trang trí.
b. Vận chuyển.
Trong quá trình vận chuyển thiết bị tới nơi lắp đặt phải tháo cầu trục làm hai phần thông qua hệ thống lắp ghép giữa dầm đầu với dầm chính bằng bu lông bắt lại.
6.1.2 Lắp ráp, chạy thử
a. Bước 1: Chuẩn bị.
- Chuẩn bị mặt bằng xưởng đủ rộng (13x20m).
- Hai cần cẩu sức nâng 10T.
- Hai giá chữ A.
b. Bứơc 2: Lắp ráp cầu trục trên đường chạy thử.
- Lắp cụm cơ cấu di chuyển
- Dùng cẩu đặt dầm đầu lên gỗ kê
- Kiểm tra khoảng cách giữa hai đầm đầu đảm bảo khoảng cách khẩu độ của cầu.
d. Bước 4: Đặt cầu trục lên ray nhà xưởng
Trước khi đặt cầu trục lên trên ray nhà sưởng cần kiểm tra lại độ dốc của cầu ray độ siêu cao và tiến hành kiểm tra các độ an toàn khác.
Dùng cầu đưa cầu trục lên trên ray nhà xưởng
6.2. Sử dụng
Trước khi vận hành thiết bị cần phải tuân thủ các quy định sau đây:
- Không được dùng cầu trục để lôi hàng trên mặt đất, nhổ các vật chìm dưới đất, hoặc kéo hàng dưới góc nghiêng cáp quá lớn vượt quá góc nghiêng cáp cho phép b = 6%.
- Không được nâng quá độ cao cho phép của thiết bị (khi ngắt hành trình bị hư).
6.3. Bảo dưỡng cầu trục.
Việc bảo dưỡng được chia ra thành các phần sau:
+ Bảo dưỡng phần dẫn động cơ khí:
Bảo dưỡng khớp động, ổ bi, trục truyền động và các phớt dầu… của cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển chuyển xe lăn, cơ cấu di chuyển cầu. Bảo dưỡng bộ truyền bánh răng của các cơ cấu.
+ Bảo dưỡng phần dẫn động điện:
- Bảo dưỡng động cơ điện.
b. Bảo dưỡng ổ bi và trục truyền động.
Phát hiện khuyết tật.
- Phát hiện các vết bị kẹt bi.
- Xem xét có các vết bị dạn nứt trên vòng bi.
6.4. An toàn lao động.
Trong quá trình vận hành cầu trục, công tác không thể thiếu được đối với mọi thành viên trong nhà xưởng đó là phải tuân thủ nghiêm ngặt các chế độ an toàn lao động, đề phòng những sự cố bất thường có thể xảy ra. Bởi nó liên quan đến tính mạng, sức khoẻ của công nhân mà thực tế đã xảy ra những tai nạn đáng tiếc cho ta thấy là đều do không tuân thủ đúng những nội quy, quy tắc về công tác an toàn lao động.
KẾT LUẬN
Sau thời gian gần 3 tháng thực hiện, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế cầu trục nâng vận chuyển phục vụ trong xưởng cơ khí” đã giúp em hiểu thêm về chuyên ngành máy xây dựng của mình đang theo học và trang bị cho mình những kiến thức về chuyên ngành. Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp em có thêm điều kiện tiếp xúc với những tài liệu mới. Từ đó em cũng học được rất nhiều những kỹ năng, kinh nghiệm sống rất bổ ích cho bản thân từ thầy hướng dẫn. Trong quá trình làm đồ án do kiến thức còn hạn chế lên trong quá trình thực hiện đồ án, em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa
Kết cấu thép
Trường đại học giao thông vận tải Hà Nội - 1996
[2]. Thiết kế và tính toán máy trục
[3]. Phạm Văn Dịch, Vũ Đình Lai, Đào Văn Lưu, Bùi Đình Nghi, Lê Lam Sơn, Trịnh Xuân Sơn, Nguyễn Cẩm Thuý
Sức bền vật liệu
Trường đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội 1995
[4]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm
Thiết kế chi tiết máy
Nhà xuất bản giáo dục 2002
[5]. Nguyễn Văn Hợp, Phạm Thị Nghĩa, Lê Thiện Thành
Máy trục vận chuyển
Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải -Hà Nội-2000
[6]. Hồ Sĩ Cửu, Phạm Thị Hạnh
Vẽ kĩ thuật
Trường đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội - 2000
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"