Tính toán cơ cấu di chuyển cổng trục

Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
Tớnh toỏn c cu di chuyn cng trc
1.Giới thiệu
Cổng trục di chuyển đợc nhờ bánh xe đặt trên ray, ở 4 chân có bố trí 4
cụm bánh xe truyền động nhờ truyền động trục vít thông qua hệ thống bánh răng
với 50% số bánh xe đợc dẫn động. Ngoài ra việc bố trí cơ cấu di chuyển nh vậy
tiện cho việc bố trí đờng ray phía dới hoặc giúp cho phơng tiện vận tải khác dễ
lấy hàng và giải phóng bến bãi 1 cách dễ dàng, nhanh chóng.
Các bánh xe di chuyển trên ray có khẩu độ 35 m, các ray đợc gắn cố định
trên nền cầu cảng. Để dừng xe chính xác cơ cấu đợc trang bị phanh và cơ cấu
cũng đợc trang bị thiết bị kẹp ray để đảm bảo an toàn khi gió bão.
2.Tớnh toỏn c cu
2.1 chn sơ đồ truyền động của cơ cấu di chuyển
Việc chọn sơ đồ truyền động có ý nghĩa rất quan trọng ảnh hởng trực tiếp
tới khả năng làm việc, giá thành chế tạo và yêu cầu công nghệ lắp ráp của cơ cấu
di chuyển. Có các dạng sơ đồ truyền động nh sau:
\ Sơ đồ truyền động chung
\ Sơ đồ truyền động riêng
đây ta chọn sơ đồ truyền động riêng do có các u điểm sau:
+ Kết cấu gọn, đảm bảo xe, tàu di chuyển đợc ở trong lòng cổng trục .
+ Kích thớc động cơ, hộp giảm tốc và bộ truyền bánh răng nhỏ.
+ Thuận tiện cho công tác bảo dỡng, sửa chữa và thay thế.
Trên cơ sở đó ta có sơ đồ truyền động
Trang 1
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
2.2. Tính chọn bánh xe và ray
Dựa vào trọng lợng của cổng trục và chế độ làm việc ta chọn bánh có hình
trụ có 2 thành bên với các kích thớc theo GOST 3569- 60. Sơ bộ chọn bánh xe có
các kích thớc sau:

Đờng kính bánh xe là: D = 710 mm
Đờng kính ngõng trục là: d = 120 mm
Chiều rộng bánh xe là : B = 150 mm
B
1
= 200 mm
Chọn ray theo GOST 4121- 62 có ký hiệu là: KP140 với các kích thớc sau:
Bề rộng ray là : b = 140 mm
Chiều cao đỉnh ray là: h = 50 mm
Chiều cao ray là: H = 190 mm
2.3. Xác định tải trọng tác dụng lên bánh xe
Trang 2
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
Tải trọng tác dụng lên bánh xe gồm có: trọng lợng bản thân, trọng lợng xe
con và trọng lợng hàng.
\áp lực nhỏ nhất khi xe con không mang hàng ở giữa khẩu độ là:
)(35971
16
42720520000
16
min
N
GG
P
x
=
+
=

+
=
Trong đó:
G = 520000 N là trọng lợng của cổng trục
G
x
= 42720 N là trọng lợng của xe con và thiết bị mang
hàng
\ Khi xe con mang hàng ở đầu công xol thì áp lực đặt
lên chân đỡ là lớn nhất
Ta có: M
B
= 0
35P
A
=
II
( G
x
+ Q)41 + 17,5G
D
+ 35G
C
+ 10,5P
gh
+ 11P
g1
+ 13,2P
g2
+

14,7P
gx

35
7,142,13115,10355,1741)(
21 gxggghCDxII
A
PPPPGGQG
P
+++++++
=

Trong đó:
+ P
gh
: là tải trọng gió tác dụng lên hàng ở độ cao 10,5m so với mặt đất, ta
có:
P
gh
= q
o
. n. c. . F
h
Trang 3
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
- q
o
: là cờng độ áp lực gió tuỳ thuộc vào vị trí địa lý nơi đặt cổng trục ở

trạng thái làm việc ngời ta thờng lấy:
q
o
= 15 20 kG/ m
2
chọn q
o
= 200 N/ m
2c
- n: là hệ số bổ sung tính đến độ tăng cờng áp lực gió theo chiều cao, với
cổng trục có H = 10 20m lấy n = 1,3
- c: là hệ số khí động học của kết cấu phụ thuộc vào hình dáng của kết cấu
có kể đến tính chất xuyên dòng của dòng khí tác dụng lên kết cấu. Thông thờng
đối với kết cấu dàn làm bằng thép góc thì:
c = 1,6
: là hệ số tải trọng động của gió, nó phụ thuộc vào hình dạng và chiều
cao của kết cấu hay nói cách khác nó phụ thuộc vào chu kỳ dao động của cổng
trục và chiều cao của cổng trục. Với những cổng trục có chiều cao H < 20m thì
ngời ta lấy = 1
F
h
: là diện tích hứng gió của hàng, ngời ta lấy theo kinh nghiệm phụ thuộc
vào sức nâng, với Q = 12 T chọn F
h
= 10 m
2
P
gh
= 200. 1,3. 1,6. 1. 10 = 4160 N
+ P

g1
: là tải trọng gió tác dụng lên chân đỡ
p
g1
= q.n.c..F
c
Tơng tự nh vậy ta có: q = 200 (N/m
2
)
n = 1,3 c = 1,6 = 1
F
c
= 72 (m
2
): là diện tích hớng gió của chân đỡ
P
g1
= 200.1,3.1,6.1.72 = 29952 (N)
+ P
g2
: là tải trọng gió tác dụng lên dàn
p
g2
= q.n.c..F
d
q = 200 N/ m
2
n = 1,3
c = 1,6 = 1
F

d
= 4 (m
2
): là diện tích chắn gió của dàn
P
g2
= 200.1,3.1,6.1.4 = 1664 (N)
Trang 4
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
P
gx
: là tải trọng gió tác dụng lên xe con
p
gx
= q.n.c..F
x
q = 200 N/ m
2
n = 1,3
c = 1,2 đối với các chi tiết của cổng trục nh : xe con, đối trọng, ca bin
= 1
F
x
= 3 (m
2
): là diện tích hứng gió của xe con
P
x

= 200.1,3.1,2.1.3 = 636 (N)
P
A
= 466437,828 +
35
36,79,141664.2,1329952.114160.5,10 +++
=
459481,485 (N)
Vậy áp lực lớn nhất tác dụng lên bánh xe là:
P
max
=
185,57435
8
485,459481
8
==
A
P
(N)
Tải trọng tơng đơng tác dụng lên bánh xe là:
P
tđ
= .k
bx
.P
max
Trong đó:
k
bx

: là hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu CĐ25% k
bx
= 1,2
: là hệ số tính đến sự thay đổi tải trọng
Dựa vào tỷ số
25,0
54,46
12
0
==
G
Q
Tra bảng (3-13) sách TTMT = 0,9
Vậy P
tđ
= 0,9.1,2.57435,185 = 62029,9 (N)
Kiểm tra bền bánh xe
Bánh xe đợc kiểm tra theo điều kiện bền dập. Bánh xe đợc chế tạo bằng
thép 55, để đảm bảo lâu mòn thì vành bánh xe đợc tôi đạt độ cứng là:
HB = 300ữ320
ứng suất dập cho phép là:
[
d
] = 750 N/ m
2
ứng suất dập của bánh xe đợc xác định theo công thức (2-67) sách TTMT
Trang 5
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc

d
= 190
355.140
9,62029
190
.
=
rb
Ptd

d
= 212,26 < [
d
]
Vậy kích thớc bánh xe đã chọn là an toàn.
2.4. Chọn động cơ.
2.4.1. Xác định lực cản di chuyển cổng
Lực cản tác động trong mọi thời kỳ chuyển động ổn định và không ổn
định của máy, đó là các thành phần lực cản sau: lực cản ma sát, lực cản do độ
dốc của đờng ray và lực cản do gió. Tổng lực cản tính đợc xác định theo công
thức:
W
t
= k
t
.W
1
+ W
2

+ W
3
Trong đó:
W
1
: là lực cản chuyển động do ma sát.
W
2
: là lực cản chuyển động do độ dốc của đờng ray.
W
3
: là lực cản do gió.
K
t
: là hệ số tính đến ma sát thành bánh, theo bảng (3-6) tơng ứng với
khoảng cách các bánh xe bằng
7
5000
35000
=
lấy K
t
= 2,9
W
1
= c[G +(G
x
+Q)] (
bxbx
D

df
D
.2
+
à
)
Trong đó:
Trang 6
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
à = 0,8: là hệ số ma sát lăn theo bảng (3-7) TTMT với loại ray đầu vồng kiểu
KP ứng với đờng kính bánh xe D = 710 (mm)
c = 1,2 : là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại ổ và cổng trục.
f = 0,02: là hệ số ma sát trong ổ theo bảng (3-8) với ổ đũa côn.
W
1
= 1,2[52000 + 1,3(42720 + 12000)] (
710
120.02,0
710
8,0.2
+
)
W
1
= 4945,59 (N)
Lực cản chuyển động do độ dốc của đờng ray đợc tính theo công thức sau:
W
2

= [G +
II
(G
x
+Q)]
= 0,002: là độ dốc của đờng ray lấy theo bảng (3-9) sách TTMT
W
2
= 0,002[520000 +1,3(42720 +120000)] = 1463,072 (N)
W
3
: là lực cản do gió đợc tính theo công thức
W
3
= q.n.c..F
c
Trong đó:
q: là cờng độ áp lực gió chọn q = 200 N/ m
2
n: là hệ số bổ sung tính đến sự tăng áp lực của gió theo chiều cao
với H = 10 ữ 20 (m) n = 1,3
c: là hệ số khí động học của kết cấu, đối với dàn làm thép góc thì c =
1,6
: là hệ số tải trọng động của gió, hệ số chỉ tính cho cổng trục có chiều
cao H> 20 (m),, còn cổng trục có H< 20 (m) thì = 1
F
c
= 89 m
2
: là diện tích chắn gió của cổng

W
3
= 200.1,3.1,6.1.89 = 37024 (N)
Vậy: W
t
= 2,9.4945,59 + 1463,072 + 37024 = 52829,283 (N)
2.4.2.Tính chọn động cơ
Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ điện đợc tính theo công thức(3-60)
sách TTMT
N
t
=
255,36
85,0.1000.60
35.283,52829
.1000.60
.
==
dc
ct
vW

(KW)
Trang 7
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
Với cổng trục dùng sơ đồ truyền động riêng và 4 chân đỡ có bố trí cụm
bánh xe truyền động do đó công suất tĩnh đối với 1 cụm bánh xe là:
N =

06,9
4
255,36
4
==
t
N
(KW)
Tơng ứng với chế độ làm việc trung bình sơ bộ ta chọn động cơ điện có ký
hiệu MT 22-6 vớicác thông số:
Công suất động cơ N
đc
= 11(KW)
Số vòng quay động cơ n = 953 (v/ph)
Mômen vô lăng (G
i
D
i
2
)
roto
= 2,62 N/ m
2
Khối lợng động cơ m
đc
= 218 (Kg)
2.4.3. Tỷ số truyền chung.
Số vòng quay cần có để đảm bảo vận tốc di chuyển cổng trục là;
n
bx

=
96,15
71,0.14,3
35
.
==
bx
c
D
v

(v/ph)
Tỷ số truyền chung cần có đối với bộ truyền động cơ cấu di chuyển cổng
là:
i =
7,60
69,15
953
==
bx
dc
n
n
2.4.4. Kiểm tra động cơ về mômen mở máy.
Để tránh hiện tợng trợt trơn trên ray trong quá trình mở máy ta cần tiến
hành kiểm tra về mômen mở máy của động cơ. Động cơ điện kiểm tra trong điều
kiện cổng trục di chuyển ngợc chiều gió và độ dốc của đờng ray là: = 0,002.
Trang 8
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742

Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
Gia tốc lớn nhất cho phép để đảm bảo hệ số an toàn bám k
b
1,2 đợc tính
theo công thức sau:

o
max
=
)

2,1
.
(
o
t
bx
dd
W
D
dfPP
G
g
+

Trong đó:
P
d
= 503000 N là tổng áp lực lên bánh dẫn
= 0,12: là hệ số bám của bánh xe vào ray

W
t
o
: là tổng lực cản chuyển động
W
t
o
= W
t
.
)(79,42923
120000520000
520000
.283,52829 N
QG
G
=
+
=
+

o
max
=
)79,42923
710
120.02,0.503000
2,1
12,0.503000
(

520000
81,9
+

o
max
= 0,17 m/s
2
\ Thời gian mở máy tơng ứng với gia tốc trên là:
)(4,3
17,0.60
35
.60
max
s
J
v
t
o
c
o
m
===
\ Mô men mở máy yêu cầu là:
o
m
dcii
dc
o
m

dcbx
dcdc
bx
o
t
o
m
t
nDG
ti
nDG
i
DW
M
375
)(
375

2
.
2
2
2

++=


Trong đó:
(G
i

D
i
2
) = (G
i
D
i
2
)
roto
+ (G
i
D
i
2
)
khớp
Dựa vào đờng kính phanh D = 200 cho phanh TKT200 ta chọn khớp
trục đàn hồi chốt ống lót có: (G
i
D
i
2
)
khớp
= 6,8 N/m
2
(G
i
D

i
2
) = 2,62 + 6,8 = 9,42 N/m
2
M
m
0
=
64,365
4,3.375
953.42,9.1,1
85,0.4,3.7,60.375
953.71,0.520000
85,0.7,60.2
71,0.79,42923
2
2
=++
(Nm)
\ Đối với động cơ điện đã chọn mômen danh nghĩa là:
M
dn
= 9550
23,110
953
11
9550 ==
dc
dc
n

N
(Nm)
Trang 9
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
M
m
đc
=
2
1,1)5,28,1(
dndn
MM +ữ
= 1,8.M
dn
= 1,8.110,23 = 198,414
(Nm)
M
m
đc
< M
m
0
= 365,64 (Nm)
2.5. Tính toán và kiểm tra phanh.
Có nhiều loại phanh khác nhau đợc sử dụng trong máy trục nh: phanh má,
phanh đai, phanh thờng đóng, phanh thờng mở Đối với cơ cấu di chuyển để
đảm bảo cho máy, các thiết bị và hàng hoá ta chọn loại phanh thờng đóng kiểu
phanh má. Phanh có 2 má ngoài đặt đối xứng với phanh không gây uốn trục và

cho mômen phanh theo hai chiều quay là nh nhau. giả sử khi mất điện đột ngột
phanh tự động đóng lại đảm bảo thiết bị cho hàng hoá.
2.5.1. Tính toán phanh.
Mômen phanh phải xác định xuất phát từ yêu cầu sao cho cổng trục di
chuyển trên đờng ray trong mọi trờng hợp không xảy ra hiện tợng trợt trơn trong
thời kỳ phanh và đợc tính theo công thức (3-58).
M
ph
= -
o
ph
dcii
ph
dcbx
dc
bxot
t
nDG
ti
nDG
i
DW
.375
) (.
375

2
.
2
02

2

++



Trong đó:
W
ot
*
: là lực cản do ma sát
W
ot
*
= W
ol
*
= G.
710
02,0.1208,0.2
.52000
2 +
=
+
bx
D
fd
à
= 2929,57 (N)
Gia tốc hãm khi không có vật nâng tra theo bảng (3-10) sách TTMT tơng

ứng với tổng số bánh dẫn = 50% và hệ số bám = 0,12 ta chọn j
0
ph
= 0,45 (m/s
2
)
do đó thời gian phanh không nâng hàng là:
t
o
ph
=
)(296,1
45,0.60
35
.60
0
s
j
v
ph
c
==
Vậy: M
ph
= -
057,159
296,1.375
953.42,9.1,1
296,1.7,60.375
85,0.953.71,0.520000

85,0.7,60.2
17,0.57,2929
2
2
=++
(Nm)
Căn cứ vào mô men phanh trên ta chọn phanh má kiểu TKT 200 có mô
men phanh
Trang 10
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
M
p
= 160 N.m
2.5.2. Kiểm tra tình hình làm việc của phanh.
Vì cổng trục có cơ cấu di chuyển riêng nên kiểm tra an toàn bám cho tr-
ờng hợp có sự cố tức là khi xe con ở đầu congxol phía đối diện theo công thức
(3-49).
K
b
=
g
j
G
D
d
fPW
G
o

m
bx
dt
+
.
0

Trong đó:
j
o
m
=
17,0
4,3.60
35
.60
0
==
m
c
t
v
(m/s
2
)
K
b
=
24,1
81,9

17,0
520000
710
120
.12,0.50300079,42923
12,0.520000
=
+
K
b
= 1,24 > 1,2 Đảm bảo về bám.
Vậy phanh TKT 200 đã chọn là hợp lý.
2.6. Tính chọn hộp giảm tốc.
Ta chọn hộp giảm tốc trục vít bánh vít vì bộ truyền này đảm bảo đợc tỷ số
truyền lớn, làm việc êm và có khả năng tự hãm khi cần thiết. Nh đã tính toán ở
trên tỷ số truyền chung rất lớn i = 60,7. Vì vậy nếu truyền động cho bánh xe chỉ
dùng hộp giảm tốc mà không qua bộ truyền hở thì lực truyền qua trục vít rất lớn
mà bánh xe cha chắc đã làm việc hết công suất. Để bánh xe làm việc chắc chắn
không nguy hiểm bề mặt làm việc ta sử dụng bộ truyền bánh răng hở sẽ truyền
động từ trục ra của hộp giảm tốc qua bộ truyền bánh răng hở đến bánh xe căn cứ
vào.
Trang 11
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
Công suất động cơ N
đc
= 11(KW)
Số vòng quay động cơ n = 953 (v/ph)
Tỷ số truyền i =60,7

Ta chọn hộp giảm tốc trục vít bánh vít tiêu chuẩn có:
Tỷ số truyền i = 59
Số vòng quay trục ra n = 1000 (v/ph)
Công suất N = 13,2 (KW)
Sai số tỷ số truyền là:

i
=
dc
HGTdc
i
ii
.100

i
=
100.
7,60
597,60
= 2,8% <5%
2.7. Tính chọn ổ trục bánh xe.
\ Tải trọng đứng do trọng lợng gây ra là:
R
t
=
59,28717
2
185,57435
2
max

==
P
(N)
\ Tải trọng chiều trục khi cổng di chuyển lệch, tải trọng này đợc tính nh
sau:
A
t
= 0,1 P
max
= 0,1.57435,185 = 5743,5185 (N)
Ngoài ra còn có tải trọng ngang do lực di chuyển sang tải trọng nỳ rất nhỏ
nên có thể bỏ qua. Tải trọng tính lớn nhất tác dụng lên ổ là:
Q
t1
= (R
t
.K
v
+ m.A
t
).K
t
.K
n
Trong đó: K
t
= 1,4 Theo bảng (9-3) sách TTMT
K
v
= 1 ; m = 1,5 ; K

n
= 1 lấy theo sách chi tiết máy.
Q
t1
= (28717,59.1+5743,5185.1,5).1,4 = 52266,014 (N)
ổ trục làm việc với tải trọng trên thay đổi tơng ứng với các tải trọng tác
dụng lên bánh xe trong từng thời gian làm việc của cơ cấu nâng, cơ cấu di
chuyển cụ thể:
Khi làm việc với:
Q
1
= Q có Q
t1
= 52266,014 (N)
Trang 12
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
Q
2
= 0,75.Q Q
t2
= 0,82. Q
t1
Q
3
= 0,2.Q Q
t3
=0,41. Q
t1

Q
4
= 0 Q
t4
= 0,22 .Q
t1
Thời gian làm việc với các tải trọng này phân bố theo tỷ lệ 2:5:3:10. Vậy
ta có thể tính đợc tải trọng tơng đơng theo công thức tính chi tiết máy:
Q
tđ
=
33,3
33,3
444
33,3
333
33,3
222
33,3
111

tttt
QQQQ

+++
Trong đó:
1==
i
i
m

n

là tỷ số vòng quay tơng ứng với Q
t1
so với vòng quay ổ làm việc
trong thời gian dài nhất.
h
h
i
=

là tỷ lệ thời gian làm việc với Q
ti
so với tổng thời gian làm việc.
1,0
20
2
1
===
h
h
i


15,0
20
3
3
3
===

h
h

25,0
20
5
2
2
===
h
h


5.0
20
10
4
4
===
h
h

Q
tđ
= 52266,014
33,3
33,333,333,3
22,0.5,041,0.15,082,0.25,01,0 +++
= 34049,98(N)
Theo bảng (1-1) với thời gian phục vụ ổ là thời gian 5 năm ta có:

T = 24.365.5.0,5.0,67 = 14673 (h)
Thời gian làm việc thực tế của ổ lăn là:
h = T.CD% = 14673.0,25 = 3668 (h)
Vậy hệ số khả năng làm việc của ổ lăn là:
C = 0,1.Q
tđ
.(h.n)
0,3
= 0,1.34049,98.(15,69.3668)
0,3
= 91228,94 (N)
Kết hợp với đờng kính lắp ổ d = 110 ta chọn ổ đũa côn loại nhẹ đặc biệt
GOST 333 - 71 sách TTMT hệ dẫn động cơ khí có ký hiệu là 2007122
d = 100 (mm)
D = 170 (mm)
B = 36(mm)
T = 38(mm)
Trang 13
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742
Thit k mụn hc c cu di chuyn cng trc
r = 3(mm)
c = 161000 (N)
2.8. Tính chọn khớp
Mô men của khơp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc đợc chọn theo công
thức sau:
M
k
= k
1

.k
2
.M
dn
k
Trong đó:
k
1
= 1,2 là hệ số tính đến độ quan trọng của kết cấu.
k
2
= 1,2 là hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu
M
dn
k
= M
dn
= 9550.
23,110
953
11
=
M
k
= 110,23.1,2.1,2 = 158,73 (Nm)
Dựa vào mô men khớp nối ta chọn khớp trục đàn hồi chốt ống lót có bánh
phanh với
D = 3000(mm)
d = 60(mm)
m

k
= 35 Kg
M
k
= 200 Nm
3.Kt lun v nhn xột
Thụng qua ỏn ny,em ó tỡm hiu thit k c cu di chuyn cng trc
vi sc nõng 12T
Do cha cú kinh nghim nờn bi lm ca em cú nhiu thiu sút.Em mong
nhn c s gúp ý ca thy cụ ỏn cựa em c hon thin hn.
Em xin chõn thnh cm n!
Trang 14
Sinh viờn: Ngụ Vn Nam
MSV : 39742