Thiết kế tàu hút bùn 3

22
Chương 2: Tính Toán Thiết Kế Cơ Cấu Nâng
2.1 Sơ đồ truyền động cơ cấu nâng:

Hình 2.1: Sơ đồ động cơ cấu nâng
1-Tang cuốn cáp; 2-Hộp giảm tốc hành tinh; 3-Khớp nối; 4-Phanh đóa;
5-Động cơ điện; 6-Trục cácđăng đồng tốc

2.1.1 Cấu tạo:
1. Tang cuốn cáp
2. Hộp giảm tốc hành tinh
3. Khớp nối
4. Phanh đóa
5. Động cơ điện
6. Trục cácđăng đồng tốc
2.1.2 Nguyên lý hoạt động:
Đây là loại sơ đồ động có kết cấu hiện đại. Các liên kết đều được tối ưu hóa
nhằm nâng cao khả năng hoạt động của cơ cấu và giảm kích thước, khối lượng của
cơ cấu.
Động cơ 6 có vai trò dẫn động cơ cấu, truyền chuyển động đến hộp giảm tốc
hành tinh 2 thông qua một khớp nối đặc biệt, nối đồng thời với trục đồng tốc 6.
Hộp giảm tốc 2 được liên kết trong hệ thống nhờ trục đầu vào được nối với khớp
nối 3, truyền chuyển động và mômen xoắn cho tời nâng 1 thông qua liên kết giữa
vỏ của hộp giảm tốc 2 và thành trong của tời nâng 1.

2.2 Các dữ liệu ban đầu để tính toán cơ cấu nâng:
- Sức nâng : Q = 65Tf
- Trọng lượng bộ phận mang hàng (ngáng nâng): Q
m
= 9,6T
- Chiều cao nâng : H

n
= 33m
23
- Chiều sâu hạ : H
h
= 17m
- Tốc độ nâng khung chụp và tải đònh mức: V
n
= 50m/phút
- Tốc độ nâng khung chụp và container rỗng : V
n
= 120m/phút
- Gia/giảm tốc với tải đònh mức là: 2s
- Gia/giảm tốc với container rỗng là: 4s
2.3 Xác đònh chế độ làm việc của cơ cấu nâng:
Đối tượng phục vụ của máy nâng rất đa dạng, điều kiện sử dụng và yêu cầu
công việc không giống nhau. Để thống nhất về điều kiện sử dụng mà chủ yếu ở
đây là mức độ sử dụng máy theo thời gian và mức độ chất tải, người ta phân loại
các cơ cấu và máy nâng theo các nhóm chế độ làm việc tiêu chuẩn.
Theo tiêu chuẩn 5862-1995, các cơ cấu của máy nâng được phân ra 8 nhóm
chế độ làm việc ký hiệu từ M
1
÷M
8
ứng với 10 cấp sử dụng T
0
÷T
9
và 4 cấp tải của
L

1
÷ L
4.


Hình 2.2: Các nhóm chế độ làm việc của cơ cấu nâng




Theo các bảng(0.5) ;(0.6) ;(0.8)[03] ta chọn chế độ làm việc của cơ cấu nâng
như sau:
- T
6
: tổng thời gian sử dụng cơ cấu 6300 ÷12500h, sử dụng căng và thất
thường.
Cấp sử dụng cơ cấu Cấp
tải
của cơ
cấu
T
0
T
1
T
2
T
3
T
4

T
5
T
6
T
7
T
8
T
9

L
1
- - M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8
L
2
- M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M8
L
3
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M8 -
L
4
M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M8 - -
24
- L
2
: trạng thái tải vừa, hệ số phổ tải danh nghóa
m
k
=0,125

÷
0,25, cơ cấu
nhiều
khi chòu tải tối đa, thông thường chòu tải vừa.
Theo bảng (2.2) thì chế độ làm việc của cơ cấu nâng của cầu chuyển tải Kock
ứng với chế độ làm việc M
6
.


Theo bảng 0.8 [03] thì M
6
cho thấy cơ cấu làm việc với chế độ sử dụng gián
đoạn, đều đặn hay ứng với cách phân loại cũ thì cơ cấu làm việc với chế độ trung
bình.
Những chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá chế độ làm việc của máy nâng là:
- Hệ số sử dụng theo tải trọng:

75,0==
Q
Q
k
tb
Q

Trong đó:
Q
tb
: trọng lượng trung bình của vật nâng
Q: tải trọng danh nghóa của cơ cấu

- Hệ số sử dụng cơ cấu trong ngày:

67,0
24
16
24
===
ng
ng
h
k

(h
ng
: Số giờ làm việc trong ngày)
- Hệ số sử dụng cơ cấu trong năm:
50
365
182
365
,
h
k
n
n
===
(h
n
: số ngày làm việc trong năm)
- Cường độ làm việc của động cơ:

CĐ% =
100.
T
To

Trong đó:
+ T
o
: Thời gian làm việc của động cơ trong 1 chu kì hoạt động của
máy nâng:

∑ ∑
+= tvtmTo
+ T: Toàn bộ (t) hoạt động của cơ cấu trong môt chu kỳ

∑ ∑ ∑ ∑
+++= tdtptvtmT

+ t
m
: tổng thời gian mở máy
+ t
v
: tổng thời gian chuyển động với tốc độ ổn đònh
+ t
p
: tổng thời gian phanh
25
+ t
d

: tổng thời gian dừng máy
+ Nhiệt độ môi trường xung quanh: 0 ÷45
0
C
Tức cơ cấu làm việc với các tải trọng nâng khác nhau, hệ số sử dụng cơ cấu
theo tải trọng đạt khoảng 75%, tốc độ làm việc trung bình, cường độ làm việc của
động cơ khoảng 25% , số lần mở máy trong 1 giờ đến 120 lần.
2.4 Tính chọn cáp nâng hàng:
2.4.1 Palăng nâng hàng:
Palăng cáp là một hệ thống bao gồm các puly cố đònh và di động nối với nhau
bằng cáp nhằm giảm lực căng cáp so với lực kéo của hệ thống hoặc tăng tốc độ
kéo của hệ thống so với tốc độ cáp.

Hình 2.3: Sơ Đồ Mắc Cáp
Với sức nâng danh nghóa 65T là sức nâng tương đối lớn nên để giảm lực căng
trong mỗi nhánh cáp nâng hàng, tăng tuổi thọ cho cáp nâng, tang nâng, ta chọn hệ
palăng là loại palăng lực(hệ palăng thuận ) lợi về lực.
Đại lượng đặc trưng cho palăng cáp là bội suất palăng i. Bội suất palăng thể
hiện số lần giảm đi của lực căng cáp đi so với tải trọng nâng Q được xác đònh
bằng công thức:

k
m
i =
=2 (1.7)[03]
+ m = 8 : là số nhánh cáp treo vật
+ k = 4 : là số nhánh cáp cuốn lên tang
26
2.4.2 Cáp nâng hàng:
- Trong máy trục cáp thép được sử dụng rất phổ biến rộng rãi đặc biệt là trong cơ

cấu nâng. Có nhiều loại cáp thép như cáp bện kép, cáp bện ba lớp, cáp bện xuôi,
cáp bện chéo, cáp bện hỗn hợp...
- Để chọn được cáp thép cho cơ cấu ta phải dựa vào giá trò lực kéo đứt của sợi
cáp:
-Lực trong dây cáp cuộn vào tang:
S
t
=
0
0
η.i.a
Q
p
(2.1)[01]
Trong đó:
+ Q
o
= Q + Q
m
+ Q
b
=80T

+ Q = 65T: Tải trọng nâng danh nghóa
+ Q
m
= 9,6T: Trọng lượng ngáng nâng
+ Q
b
= 5,4T: Trọng lượng headblock

+ a = 4: Số palăng đơn trong hệ thống
+ η
o
: Hiệu suất chung của palăng và puly chuyển hướng
η
o
= η
p .
η
h
=0,99.0,96=0,95 (2.2)[01]
+ η
p
=
p
i
1
r
i
r
p
η−
η−
1
1
=
2
1

9801

9801
2
,
,
−
−
= 0,99 (2.3)[01]
+η
h
= η
p
n
=0,99
4
=0,96 (n là số puly chuyển hướng)
Thay vào:

32,10526
95.0.2.4
10.80
3
==
t
S
(KG)
-Lực đứt tính toán trong cáp:
P ≥ S.k (2.6)[01]
Trong đó:
+ S = S
t

= 10526,32 KG: Lực căng lớn nhất trong dây cáp (không tính
tải trọng động)
+ k=7: Hệ số an toàn lấy theo yêu cầu thiết kế của chủ đầu tư
Thay vào:
P ≥ 10526,32.7 = 73684,24 KG
Tra bảng III.6 [01], ta chọn loại cáp có các thông số kỹ thuật như sau:
- Đường kính cáp: dc = 36 mm
- Giới hạn bền:
2
/200 mmKG
b
=
σ

27
- Lực đứt cho phép: P = 77950 KG
Đây là loại cáp bện kép loại POk −
π
cấu tạo: 6×36(1+7+7)7+14)+1 lõi theo
ΓΓΟC
7665-69.
- Độ bền dự trữ thực tế của cáp:
k
t
=
32,10526
77950
= 7,41 > k = 7
2.5 Tính chọn puly cáp:
Trong máy nâng puly dùng để thay đổi hướng cáp hoặc để thay đổi lực căng

cáp. Trong palăng, puly được phân thành puly cố đònh để đổi hướng cáp, puly di
động để thay đổi lực căng cáp và puly cân bằng.
Theo [03]:
- Bán kính rãnh puly:
r = (0,53
÷
0,6).
c
d
= 21,6 (mm)
=> chọn r = 22 (mm)
- Góc nghiêng của hai thành puly:
2
α
= 40
0
÷ 60
0

- Chiều sâu rãnh puly:
h= (2
÷
2,5)
c
d
=90 (mm)
- Đường kính puly tính đến tâm cáp D phải thỏa mãn điều kiện (1.2)[03] để
đảm bảo để đảm bảo độ bền lâu của cáp, hay:

( ) ( )

mmdeD
cp
864.1 =−≥

Trong đó:
+ e=25: Hệ số tra theo tiêu chuẩn (bảng (1.2)[03])
Theo [01]:
+ Đối với puly hạn chế độ võng cáp, ta lấy:

)(4806,0 mmDD
Pp
==

=> chọn
p
D
=500 (mm)
+ Đối với puly trên headblock, ta lấy:

)(2,6918,0 mmDD
Pb
==

=> chọn
b
D
=700 (mm)

28












Hình 2.4: Mặt Cắt Puly

2.6 Tính toán các kích thước cơ bản của tang:
Tang là chi tiết dùng để cuốn cáp biến chuyển động quay thành chuyển động
tònh tiến và truyền lực tời cáp và các bộ phận khác.
2.6.1 Tính toán các kích thước cơ bản của tang:
- Đường kính tang được tính dựa vào điều kiện (1.2)[03]:
D
≥

c
d
.e=36.25=900 (mm) (2.9)[01]
=> chọn đường kính tang D=1300 (mm)
Thiết bò làm việc với tải trọng danh nghóa Q=65T và kích thước danh nghóa
của tang D=1300mm cũng tương đối lớn nên nếu chế tạo bằng phương pháp đúc

thông thường thì kích thước sẽ rất cồng kềnh và tải trọng bản thân lớn. Do đó,
tang sẽ được chế tạo bằng phương pháp hàn, là loại tang một lớp cáp, có xẻ rảnh;
phương pháp này sẽ làm giảm đáng kể trọng lượng bản thân của tang, rãnh cáp
trên tang có tác dụng cuốn đều cáp lên tang, các vòng cáp không tiếp xúc nhau và
diện tích tiếp xúc giữa cáp và tang lớn làm giảm ứng suất tiếp xúc, tang độ bền
của cáp.





Hình 2.5: Mặt Cắt Rãnh Cáp
h
δ
dc
t
R
29
- Bán kính rãnh tang R:
R = 0,6 d
C
= 0,6 . 36 = 21,6 (mm)
=> chọn R=22 mm
- Chiều sâu rãnh cáp:
h ≥ 0,5 d
C
= 18 (mm)
- Chiều dày thành tang:

δ

= 0,02 D
t
+ (6÷10) mm=31,64 (mm)
Với: D
t
=D -
2
1
d
C
= 1282 mm
=> Chọn
δ
=32 (mm)
- Chiều dài làm việc của tang:
L
t
= 2(L
1
+ L
2
) + L
3
Trong đó:
+ L
1
= 3t = 3.39,6 = 118 (mm): Dùng để kẹp đầu cáp trên tang
+ t=1,1. d
C
=39,6 (mm)

=> chọn L
1
=120 (mm)
+ L
2
= Z.t = (
D.
H.a
π
+ 1,5)t =
6,39).5,1
1300.
10.50.2
(
3
+
π
=929,02 (mm)
+ 1,5: vòng cáp để giảm tải trọng trên đầu kẹp cáp
+ a=2: Bội suất palăng
+ H=50: Chiều cao nâng hàng
=> Chọn L
2
= 950 (mm)
+L
3
: phần tang không xẻ rãnh, phần giới hạn để phân chia vùng xẻ
rãnh của 2 dây cáp khác nhau.
=> Chọn L
3

= 60 (mm)
Thay vào:
L
t
=2.(120+950)+60=2200 (mm)
2.6.2 Kiểm tra bền thành tang:
Do đây là loại tang quấn một lớp cáp, có chiều dài tang không lớn hơn 3 lần
đường kính của nó (L
t
≤3.D
t
) nên thành phần ứng suất uốn và xoắn rất nhỏ, chỉ
bằng 10 ÷15% ứng suất nén. Trường hợp này cho phép kiểm tra bền thành tang
theo ứng suất nén còn ứng suất uốn và xoắn được tính đến bằng cách tăng hệ số
an toàn bền khi tính ứng suất cho phép.
- Xác đònh ứng suất nén: