Thiết kế tàu hút bùn 4

43
Chương 3: Tính Toán Thiết Kế Cơ Cấu Di Chuyển Xe Con
3.1 Sơ đồ truyền động cơ cấu di chuyển xe con:
3.1.1 Cấu tạo:



Hình 3.1: Sơ đồ động cơ cấu
1-Động cơ dẫn động; 2-Khớp nối đàn hồi; 3-Hộp giảm tốc;
4-Phanh; 5-khớp nối răng; 6-Bánh xe
3.1.2 Nguyên lý hoạt động:
Động cơ 1 có vai trò dẫn động cả cụm cơ cấu. Sau khi động cơ khởi động,
mômen xoắn được truyền đến hộp giảm tốc 3 thông qua khớp nối 2. Khớp nối 2
vừa làm nhiệm vụ liên kết trục động cơ với đầu vào của hộp giảm tốc, vừa làm
bánh phanh cho phanh điện từ 4, được sử dụng khi cần phanh hãm cơ cấu. Sau khi
mômen xoắn được truyền tới hộp giảm tốc 3 ở đầu vào, tại đầu ra của hộp giảm
tốc 3, mômen này được biến đổi thành giá trò lớn hơn tỉ lệ với tỷ số truyền của hộp
giảm tốc để dẫn động bánh xe 6. Mômen được truyền từ trục ra của hộp giảm tốc
3 đến bánh xe 6 thông qua khớp nối 5.
Do cơ cấu di chuyển của xe con được dẫn động từ 4 động cơ khác nhau nên
việc điều chỉnh cho tốc độ của 4 cụm bánh xe bằng nhau là rất quan trọng. Việc
này được thực hiện nhờ một hệ thống điều khiển PLC trong hệ thống thông qua
các cảm biến điện tử.
44
3.2 Các dữ liệu ban đầu để tính toán cơ cấu di chuyển xe con:
- Trọng lượng vật nâng: Q=80(T)
- Trọng lượng xe con kể cả cụm tời nâng hàng: G
0
=13,6+16,5=30,1(T)
- Vận tốc di chuyển xe con: V
dc

=150 m/p
- Chế độ làm việc của cơ cấu: M
6
(trung bình)
3.3 Tính chọn và kiểm tra cụm bánh xe và ray:
- Dựa vào trọng lượng của xe lăn và trọng lượng vật nâng, ta chọn lọai bánh
xe hình trụ với các kích thước theo ΓOCT 3569-60 (Atlas máy trục số 4):
+ Đường kính bánh xe: D=500 (mm)
+ Đường kính ngỗng trục: d
t
=120 (mm)
- Theo [03], đối với bánh xe di chuyển xe con thì chiều rộng bề mặt làm việc
của bánh xe lớn hơn bề rộng của đường ray ít nhất từ 15 ÷20mm. Căn cứ vào kích
thước bánh xe và trọng lượng xe lăn, ta chọn loại ray chuyên dùng cho ngành máy
trục là ray P80 để làm đường chạy cho xe lăn.
- Tải trọng tác dụng lên bánh xe gồm:
+ Trọng lượng xe con kể cả cụm tời nâng hàng: G
0
=301000 (N)
+ Trọng lượng vật nâng: Q=80000 (N)
- Để kết cấu xe con gọn nhẹ, tối ưu nhất thì kết cấu xe con phải được bố trí sao
cho tải trọng nâng phân bố đều trên các bánh xe.
- Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe:

275250
4
301000800000
4
P
0

max
=
+
=
+
=
GQ
(N)


Hình 3.2: Sơ Đồ Bố Trí Cụm Bánh Xe




45
- Tải trọng tương đương tác dụng lên bánh xe:
P
bx
=
γ
.k
bx
.P
max
(3.65)[02]
Trong đó:
+
γ
=0,8: hệ số tính đến sự thay đổi của tải trọng trong quá trình làm

việc, theo bảng (5.2)[03].
+ k
bx
=1,2 : hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu, theo bảng
(5.1)[03].

Hình 3.3: Mô phỏng Bánh Xe-Ray
- Bánh xe được chế tạo bằng thép đúc. Để đảm bảo lâu mòn, vành bánh răng
được tôi đạt độ rắn HB=300÷400.
- Ứng suất dập:

][
.
190
d
bx
d
rb
P
σσ
≤=
(2.67)[02]
Trong đó:
+ b=80mm: Bề rộng tiếp xúc của đầu ray.
+ r=D/2=250mm: Bán kính bánh xe di chuyển xe lăn.
- Sức bền dập cho phép theo [02] là [σ
d
]=750N/mm
2
.

Thay vào:
)(61,690
250.80
264240
190 N
d
==
σ

Vậy bánh xe của xe con đã chọn đảm bảo điều kiện làm việc do σ
d
≤ [σ
d
].
3.4 Tính chọn và kiểm tra điều kiện làm việc của động cơ dẫn động:
3.4.1 Xác đònh lực cản di chuyển xe con:
- Lực cản tónh chuyển động của cầu trục bao gồm: Lực cản do ma sát W
1
, lực
cản do độ dốc đường ray W
2
, lực cản gió W
3
.
a.Lực cản do ma sát:
W
1
=
bx
D

df ..2 +
µ
.F.k (10.2)[03]
46
Trong đó:
+ F=4.P
bx
: tổng áp lực thẳng đứng lên các bánh xe
+ µ=0,5: Hệ số ma sát lăn, tra bảng (10.1)[03]
+ f=0,015: Hệ số ma sát trượt, tra bảng (10.2)[03]
+ d=120mm: Đường kính ngỗng trục lắp bánh xe
+ k=1,5: theo bảng (10.3)[03]
Thay vào:

500
120.015,05,0.2
.5,1.264240.4
1
+
=W
=8878,48 (N)
b.Lực cản do độ dốc đường ray đặt cầu trục:
W
2
=α (G
0
+Q)=0,001.(800000+301000)=1101 (N) (10.3)[03]
Trong đó:
+α=0,001: Độ dốc đường ray cần trục,theo [03]
c.Lực cản do gió:

W
3
=
( )
vk
FFqk ...
0
(1.2)[02]
Trong đó:
+
k
k
=1,2: hệ số cản khí động học đối với buồng lái, đối trọng
+ q=350
2
/ mN
: áp lực gió tính toán
+
0
F
=k.F: diện tích chắn gió của kết cấu (1.3)[02]
+ F=8,6.9,7: diện tích bao của kết cấu
+ k=0,3: hệ số cản gió
+
v
F
=36
2
m
: diện tích chắn gió của hàng

Thay vào:

( )
[ ]
367,9.6,8.3,0.350.2,1
3
+=W
=25620 (N)
- Lực cản tónh tổng cộng:
W
t
=k
t
W
1
+W
2
+W
3
=2.8878,48 + 1101 + 25620 = 44478 (N)
Trong đó:
+ k
t
=2: Hệ số tính đến ma sát thành bánh, lấy theo 3-6, [01] tương ứng
với tỉ lệ giữa khỏang cách cách bánh và khoảng cách trục bánh xe.
3.4.2 Chọn động cơ điện:
- Công suất tónh yêu cầu đối với động cơ điện:

93,0.1000.60
150.44478

1000.60
.
==
dc
ct
dc
vW
N
η
=120 (Kw) (3.60)[02]

47
- Công suất tónh của từng động cơ trong cơ cấu:

4
dc
dc
N
N
i
= =30 (Kw)
Trong đó:
+ η
dc
=0,93: Hiệu suất cơ cấu di chuyển
Tương ứng chế độ làm việc của cơ cấu là trung bình có CĐ 40%. Sơ bộ chọn
động cơ có các thông số sau (có gắn phanh ở đuôi).
+ Công suất danh nghóa là N
đc
=36 kW

+ Số vòng quay danh nghóa n
đc
=965 v/ph
+ Hiệu suất η
đc
=84,5%
+ Momen đà của roto (GD
2
)= 2,7 (kG/m
2
)
+ Đường kính trục d = 65mm
+ Khối lượng động cơ m
đc
= 345kg

Hình 3.4: Động Cơ Điện

3.4.3 Tính tỷ số truyền của bộ truyền:
- Tốc độ quay của trục bánh xe để đảm bảo vận tốc di chuyển của cơ cấu đã
đề ra:
phvg
D
V
n
bx
c
bx
/5,95
5,0.

150
.
===
ππ

- Tỉ số truyền chung cần có đối với bộ truyền:
i
c
=
12,10
5,95
965
==
bx
dc
n
n

3.4.5 Kiểm tra động cơ điện về mômen mở máy:
- Gia tốc lớn nhất cho phép để đảm bảo hệ số an toàn bám K
b
=1,2, tính cho
trường hợp lực bám ít nhất(khi không có vật nâng):










−+=
0
0
0
max
.
2,1
.
t
bx
d
d
W
D
d
fG
G
G
g
J
ϕ
(3.51)[02]
Trong đó:
+ G
d
: Tổng áp lực lên các bánh dẫn khi không có vật nâng
48
G

d
= )(165550
2
301000
1,1
2
0
N
G
k ==
+ k=1,1: Hệ số tính đến việc phân phối không đều của khối lượng
+ ϕ=0,12: Hệ số bám đối với máy trục làm việc ngoài trời
+ f=0,015: Hệ số ma sát trong ổ trục
+
0
t
W
: Tổng lực cản tónh khi không có vật nâng:
W
t
0
=
)(12160
800301
301
44478
0
0
N
QG

G
W
t
=
+
=
+
(3.40)[02]
Thay vào:

20
max
/63,112160
500
120.015,0
.165550
2,1
12,0.165550
301000
81,9
smJ =






−+=
- Thời gian mở máy ứng với gia tốc cho phép trên:

)(53,1
63,1.60
150
max.60
0
0
s
J
V
t
c
m
===

- Môment mở máy tối đa cho phép để không xảy ra hiện tượng trượt trơn:

0
1
2
02
1
2
.0
0
0
.375
.).(
...375
.
..2

.
m
Iii
dcmc
bx
dcc
bxt
m
t
nDG
ti
nDG
i
DW
M
β
η
η
++= (3.54)[02]
Trong đó:
+ Chọn khớp vòng đàn hồi có đường kính bánh phanh
D=300mm ⇒ (G
i
D
i
2
)
khớp
=2,5 (Nm
2

)
+β=1,2: hệ số kể đến ảnh hưởng của các chi tiết quay trên các trục
quay sau trục I
∑(Gi.Di
2
)
I
=(G
i
.D
i
2
)
rôto
+(Gi.D
i
2
)
khớp nối
= 3,35 (Nm
2
)
Thay vào:
)(88,1850
53,1.375
965.35,3.2,1
84,0.53,1.12,10.375
965.5,0.301000
84,0.12,10.2
5,0.12160

2
0
NmM
m
=++=
- Mômen danh nghóa của động cơ:
M
dn
=9550.
)(62,352
965
36
.9550 Nm
n
N
dc
dc
==

- Mômen mở máy trung bình đối với động cơ điện:
M
m
=
2
)M(M
mminmmax
+
(2.75)[02]
Trong đó:
+ M

mmax
=(1,8÷2,2)M
dn
=775,76 (Nm): Mômen mở máy lớn nhất
+ M
mmin
=1,1M
dn
=387,88 (Nm): Môment mở máy nhỏ nhất

49
Thay vào:

2
88,38776,775 +
=
m
M =581,82 (Nm)
- Như vậy động cơ có moment mở máy trung bình nhỏ hơn moment mở máy
cho phép nên đảm bảo điều kiện về lực bám.
- Thời gian mở máy khi không có vật:

[ ]
[ ]
2
0
1
2
0
0

1
2
0
....375
..
.375
).(.
xdc
t
m
bx
tm
m
iMM
nDG
MM
nGD
t
η
β
−
+
−
Σ
=
(3.55)[02]
Trong đó:
+
0
t

M : mômen tónh do quán tính khối lượng phần di chuyển tính cho
trường hợp không có vật nâng:

)(6,357
..2
.
0
0
Nm
i
DW
M
dcc
bxt
t
==
η

Thay vào:

( )
( )
)(02,1
12,10.84,0.6,35782,581.375
965.5,0.301000
6,35782,581.375
965.35,3.2,1
2
2
0

st
m
=
−
+
−
=

- Gia tốc thực tề khi mở máy:

2
0
0
/45,2
02,1.60
150
.60
sm
t
V
J
m
c
m
===

- Hệ số an toàn bám:

g
j

G
D
d
fGW
G
k
m
bx
d
t
d
b
0
0
0
.
+−
=
ϕ
3,2
81,9
45,2
.301000
500
120
.015,0.16555012160
12,0.165550
=
+−
=

Như vậy động cơ đảm bảo an toàn khi mở máy do k
b
> 1,2.
3.5 Tính chọn và kiểm tra phanh:
- Để dừng xe và điều chỉnh tốc độ vận chuyển, ta sử dụng phanh. Nguyên lý
hoạt động của phanh là triệt tiêu động năng các khối lượng chuyển động của xe,
của các cơ cấu.
- Do tốc độ nâng cũng như tốc độ di chuyển không lớn lắm nên phanh ở đây
chủ yếu là để hãm chuyển động quay của trục động cơ sau khi ngắt điện vào động
cơ. Do đó phanh cần dùng chủ yếu là loại phanh có mômen nhỏ. Phanh thường
được lắp trên trục quay nhanh nhất của cơ cấu, trên trục này moment xoắn nhỏ
nhất (thường trên nửa khớp nối của động cơ với hộp giảm tốc). Moment phanh
phải xác đònh xuất phát từ yêu cầu sao cho khi xe vận chuyểàn di chuyển trên
đường ray trong mọi trường hợp, sẽ không xảy ra hiện tượng trượt trơn trong thời