Đồ án thiết kế bàn nâng thuỷ lực chữ X

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.66 MB, 38 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍKHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành máy và tự động thủy khí là một lĩnh vực quan trọng thuộc ngành Cơ khí, tập trung nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ liên quan đến máy móc, thiết bị và hệ thống trong ngành thủy khí ( bao gồm các ứng dụng trong ngành hàng hải, khai thác dầu khí và năng lượng tái tạo từ nguồn nước), tập trung vào việc thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo trì các thiết bị và hệ thống liên quan đến thủy khí.

Hiện nay, ngành thuỷ khí nói chung hay thuỷ lực nói riêng đang vô cùng phổ biến, xuất hiện trong nhiều ngành nghề như: cơ khí, xây dựng, hàng hải,… . Thuỷ lực được ứng dụngtrong nhiều máy thuộc những ngành nghề này: máy cán tôn, máy ép cao su, máy trộn bê tơng, máy xúc,…, trong số nhiều này, có một loại máy cũng vô cùng thông dụng trong nhiều ngành nghề, hỗ trợ con người rất nhiều trong hoạt động sản xuất, đó chính là bàn nâng thuỷ lực chữ X.

Sau hơn 3 năm được học tập tại Trường Cơ Khí- Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em đã có cơ hội vận dụng kiến thức đã học trong đồ án thiết kế máy này, đề tài thiết kế của em là tính tốn và thiết kế bàn nâng chữ X tải trọng 800kg, một trong những máy vô cùng thông dụng trong ngành công nghiệp nước nhà hiện nay. Dưới sự hướng dẫn của thầy Đỗ Thành Công, em đã hồn thiện được đồ án lần này, tuy cịn nhiều thiếu sót trong q trình làm vàđã được thầy chỉ bảo. Đồ án đã giúp em hoàn thiện kiến thức đã học, có cái nhìn trực quanhơn, bước đầu phát triển khả năng ứng dụng kiến thức lâm sàng trong phát triển thực tiễn. Cảm ơn thầy Đỗ Thành Công đã dành thời gian cho đồ án của em, chúc thầy sức khoẻ và công tác tốt!

Sinh viên thực hiện đồ án, Trần Tuấn Sang

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Mục Lục

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN...2

LỜI NÓI ĐẦU...3

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÀN NÂNG CHỮ X...7

1.Giới thiệu chung:...7

2.Phân loại bàn nâng:...7

2.1.Phân loại theo công dụng:...7

2.2.Phân loại theo nguyên lý làm việc:...8

2.3.Phân loại theo mục đích sử dụng:...10

2.4.Phân loại theo tải trọng:...10

PHẦN III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ XI LANH THỦY LỰC...27

1.Tính tốn thiết kế xi lanh thủy lực:...27

2.Kiểm nghiệm bền cho xi lanh và piston...29

3.Chọn gioăng phớt cho xi lanh:...30

Phần IV : Kiểm nghiệm thực tế và cải tiến...35

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Mục lục hình ảnh

Hình 1: Bàn nâng chữ X di động...5

Hình 2: Bàn nâng chữ X trong sửa chữa xe máy...6

Hình 3: Bàn nâng chữ X thuỷ lực nâng hạ người...6

Hình 4: Bàn nâng chữ X thuỷ lực...6

Hình 5: Bàn nâng chữ X thanh ren...7

Hình 6: Bàn nâng chữ X sử dụng cơ cấu tời điện...7

Hình 7: Bàn nâng chữ X sử dụng cơ cấu tời điện...7

Hình 8: Cấu tạo của bàn nâng thuỷ lực thơng dụng...8

Hình 9: Sơ đồ thuỷ lực thông dụng của bàn nâng chữ X...9

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ BÀN NÂNG CHỮ X

1. Giới thiệu chung:

Bàn nâng chữ X (scissors lift) : Một loại máy, thiết bị cơng nghiệp có tác dụng chính là nâng hạ ( một số có thêm tác dụng di chuyển) các vật nặng như bộ phận máy, phôi kim loại, xe máy, ô tô, … sử dụng nguyên lý thay đổi góc - độ cao của cơ cấu gồm một hay nhiều thanh chữ X. Bàn nâng chữ X hỗ trợ con người di chuyển vật nặng giữa các vị trí cóchênh lệch độ cao hay đơn giản là hỗ trợ con người có tư thế làm việc thoải mái trong khi sửa chữa , bảo dưỡng các loại máy bằng cách bàn nâng đưa máy tới vị trí phù hợp.

Bàn nâng chữ X giúp hàng hóa được vận chuyển một cách thuận tiện, nhanh chóng và đặc biệt đảm bảo an toàn cho người lao động, giúp tăng năng suất lao động và giảm chi phí nhân cơng. Ứng dụng của bàn nâng chữ X:

- Nâng hạ hàng hóa tải trọng nặng.

- Nâng hạ xe để nhập, bốc dỡ hàng hóa trên xe container

- Sử dụng cho việc nhập, dỡ hàng hóa trong các nhà máy: Dệt, thức ăn chăn ni, nhà máy sản xuất linh kiện điện tử, các nhà máy xếp hàng hóa trên pallet.

2.1. Phân loại theo cơng dụng:

-Bàn nâng hỗ trợ di chuyển

Hình 1: Bàn nâng chữ X di động

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

-Bàn nâng hỗ trợ sửa chữa, bảo dưỡng máy

Hình 2: Bàn nâng chữ X trong sửa chữa xe máy

-Bàn nâng hỗ trợ chiều cao làm việc của con người

Hình 3: Bàn nâng chữ X thuỷ lực nâng hạ người

2.2. Phân loại theo nguyên lý làm việc:

- Bàn nâng thủy lực

Hình 4: Bàn nâng chữ X thuỷ lực

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

- Bàn nâng sử dụng thanh ren

Hình 5: Bàn nâng chữ X thanh ren

- Bàn nâng tời điện

Hình 6: Bàn nâng chữ X sử dụng cơ cấu tời điện

- Bàn nâng sử dụng xylanh điện.

Hình 7: Bàn nâng chữ X sử dụng cơ cấu tời điện

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

2.3.

Phân loại theo mục

đích sử dụng:

-Bàn nâng di động

-Bàn nâng cố định( thường đặt âm nền)

2.4. Phân loại theo tải trọng:

Phụ thuộc vào yêu cầu làm việc của con người, bàn nâng được thiết kế kích thước và hệ thống thuỷ lực đáp ứng được tải trọng làm việc, bàn nâng có thể đáp ứng được dải tải trọng rất lớn: 100kg -1000kg hoặc hơn.

3. Bàn nâng thuỷ lực chữ X:

Trong các loại bàn nâng thì bàn nâng thủy lực là loại thông dụng nhất hay thông dụng hơn là bàn nâng thủy lực điều khiển điện bởi tính thuận tiện và độ an toàn cao, tải trọng lớn, hiệu suất cao, tốn ít nhân cơng để vận hành.

3.1. Cấu tạo:

*Cấu tạo cơ bản của bàn nâng thủy lực chữ X thơng dụng

Hình 8: Cấu tạo của bàn nâng thuỷ lực thông dụng

1: Mặt nâng

2: Xy lanh thủy lực3: Con trượt

4: Mặt đế 5: Bản lề

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

6: Thanh cơ cấu chữ X chịu lực7: Các bộ phận cơ cấu thủy lực

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

u cầu: Tính tốn thiết kế kết cấu bàn nâng chữ X với các thông số như sau

 Gọi chiều dài thanh X là x, tại vị trí bàn nâng thấp nhất, ta có sơ đồ:

αmin = arcsin( 180/530) ; β = arcsin 360/1000 = 20˚ ⇒ α = 40˚ .

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

3. Lựa chọn vị trí đặt xy lanh:

 Phương án 1:

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

- Xét thanh AC:

+ O1 : Phản lực của thanh BD lên thanh AC.+ A1 : Lực từ bàn nâng tác dụng lên thanh. B1

y = A1

y = 6250.cos20 = 5873 N; A1x = B1

x = 2137 N.+ P0 : Trọng lực mỗi thanh chéo X.

2P0

x = 410 N; 2P0

y = 1127 N.+ C1: Phản lực từ sàn lên thanh.

Ta có : +

∑

Fx = -A1

x + O1

x - 2P0x + C1

x = 0 +

∑

Fy = -A1

y + O1

y - 2P0y + C1

y = 0 +

∑

M (C )=¿ A1

y.1060 + 2P0

y.530 - O1

y.530 = 0 + ⇒ O1

y = 12873 N; O1

x= 4685,4 N; O1= 13700 N. C1

y = -9609 N; C1

x= -1417,6 N

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

+ O1 là lực của thanh AC tác dụng lên thanh BD. O1

x = 2137 N.+ D1: Phản lực từ sàn lên thanh.

2P0

x = 410 N; 2P0

y = 1127 N.- Ta có :

∑

Fx = -B1x – Fxl

x - O1

x - 2P0x + D1

x = 0 +

∑

Fy = -B1

y + Fxly - O1

y - 2P0y + D1

y = 0 +

∑

M ( D)=¿ -B1

y.1060 + Fxl

y.630 – (O1

y+ 2P0

y).530 = 0 + ⇒ Fxl

y = 21660 N; Fxl

x = 19502,8 N; Fxl= 29150 N;

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

- Hành trình xy lanh: dxl= 70mm- Góc đặt xy lanh: α = 31o – 55o.

- Xét thanh AC:+ Momen tại điểm C:

M(C) = A1.1 + P0.2.0,5 + O1.0,5 – Fxl.dEF-C = 0. (1)- Xét thanh BD:

+ Momen tại D:

M(D) = O1.0,5 – Fxl.dEF-D – B1.1 – P0.2.0,5 = 0 (2)- Từ (1), (2) ⇒ O1 = 14865 N

Fxl = 29150 N

 Phương án 3:

- Hành trình xy lanh: d = 240mm

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

- Xét thanh AC:

+ Momen tại điểm C: M(C) = A1.1 + P0.2.0,5 + O1.0,5 – Fxl.dEF-C = 0. (1)- Xét thanh BD:

+ Momen tại D: M(D) = O1.0,5 – B1.1 – P0.2.0,5 = 0 (2)- Từ (1), (2) ⇒ O1 = 13700 N

Fxl = 27128 N

 Phương án 4:

- Hành trình xy lanh: dxl= 623- 490 = 133mm- Góc đặt xy lanh: α = 0o

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Fxl max (N) αmin−αmax (độ) Hành trình xi lanh (mm)

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

4.3. Thanh AC:

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

- Mác thép C45

Mác thép C45 là một loại thép cacbon với hàm lượng cacbon là 0,45%. Chữ “C” trong tênđại diện cho nhóm thép cacbon. Con số 45 chỉ hàm lượng cacbon trong thép, tức là 0,45%.Thép C45 được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo khn mẫu, cơ khí chế tạo máy và các ngành công nghiệp tương tự.

- Mác thép CT3

Mác thép CT3 được sản xuất theo tiêu chuẩn ГOCT 380-89 của Nga. Đây là loại thép OCT 380-89 của Nga. Đây là loại thép cacbon có hàm lượng cacbon thấp, thường dưới 0.25%. Thép CT3 được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực gia công, bao gồm gia công thiết bị, gia cơng mặt bích và gia cơng bản mã.

 Lựa chọn vật liệu:

Lựa chọn thép CT3 để thử nghiệm độ bền có đáp ứng cơ cấu yêu cầu hay khơng.

- Thành phần hố học của thép CT3:

Hình 10: Thành phần hoá học thép CT3

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

- Đặc điểm, tính chất mác thép CT3

+ Thép CT3 có tính khả hàn tốt và khơng giới hạn về tính hàn. Sản phẩm cũng khơng có hiện tượng nứt điểm trắng và khơng có xu hướng giịn theo thời gian sử dụng. Do đó, q trình hàn thép tấm CT3 khơng địi hỏi q trình đun nóng sơ bộ hoặc nhiệt luyện ở các bước tiếp theo.

+ Độ bền kéo dao động trong khoảng từ 373 MPa đến 481 MPa. Tuy nhiên, độ bền chảy của thép phụ thuộc vào độ dày và được xác định như sau:

Độ dày < 20mm: 245 MPa

Độ dày từ 20mm đến 40mm: 235 MPa Độ dày từ 40mm đến 100mm: 226 MPa Độ dày > 100mm: 216 MPa.

+ Thép tấm CT3 cũng có độ dãn dài tương đối (denta5) phụ thuộc vào độ dày như sau: Độ dày thép < 20mm: 26%

Độ dày từ 20mm đến 40mm: 25% Độ dày > 40mm: 23%.

- Giới hạn chảy: Chọn độ bền chảy bằng 235 Mpa ứng với độ dày <40 mm. Hệ số antoàn được lấy bằng 3 theo tiêu chuẩn an toàn ANSI MH29.1

+ Ứng suất uốn cho phép : σ Mgh= 235/3 = 78,33 Mpa = 78,33 N/mm^2 + Ứng suất cắt cho phép là: τgh= 0,58.σn = 45,43 N/mm^2

- Độ bền kéo: 373-481 N/mm2.

 Thiết kế thanh chéo X và kiểm bền :

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

¿1291,69. 1000 .36,315

12.25 . 72,633

M . y

12. (B . H3

−B . h3).2

¿ 11124,34 . 1000. 69,14

12.(25 .138,28

3−25 .503).2

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

3¿ 10300,5 . 1000 .60

−1100. 703)

=

4,606 N/mm2

 Như có thể thấy, tất cả các ứng suất thực tế đều thấp hơn ứng suất cho phép, điều đó có nghĩa là thiết kế hiện tại đạt yêu cầu và kết cấu an toàn.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

PHẦN III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ XI LANH THỦY LỰC

 u cầu:

- Hành trình xy lanh: dxl = 70 mm

- Lực nâng tối đa: Exl = 29150 ≈ 30000 (N)

1. Tính toán thiết kế xi lanh thủy lực:

Chọn 1 xylanh cho cơ cấu vì tải trọng khơng q lớn

-Chọn áp suất làm việc sơ bộ là P = 20 Mpa = 200 bar

 Diện tích thiết diện đầu khơng cần của xi lanh được tính như sauS = Exl2 P

=

200 .10291505

=

1,95 .10−3 (m2

 Đường kính piston được tính như sau

Dt =

√

4 Sπ

= √

4.1,95 .10−3

CDH2-MP3 có đường kính pít tơng Dt = 50 mm, đường kính cần pít tơng là d = 32 mm và hànhtrình X* = 305 – 48,5 = 256,5 mm

-Nghiệm lại đường kính cần piston000

Đường kính cần piston được tính theo công thức

d = D.

√

φ−1φ

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

2√3với [σ ] là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo xi lanh[σ ] = P.om . 2√3 = 40 Mpa

Chọn vật liệu làm xi lanh là thép C45 – mác thép chuyên dùng để chế tạo các chi tiết chịu áp lựcnhư xi lanh có [σ ] = 360 Mpa

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Dn = Dt

. √

[σ ]

[σ]−P√3= 50.

√

360−20360 √3

=

52,6 (mm)  Chọn Dn = 62 (mm) theo catalogue.

2.Kiểm nghiệm bền cho xi lanh và piston

-Xét ứng suất tại mặt ngoài xi lanh

-Xét lực đẩy giới hạn của piston: Áp dụng công thức Euler hoặc công thức Tetmajor trong 2

trường hợp

-Khi λ > λg: Sử dụng công thức Euler: Fgh = π

. E . Iv . Lk2

-Khi λ≤λg: Sử dụng công thức Tetmajor: Fgh = d2. π .(335−0,32 λ)

E: Modun đàn hồi tính bằng N/mm2, có giá trị là 21.104 Mpa = 21.104 N/mm2

2.21 .104.82447,9

3,5 .6402 = 119198,5 (N)với I = π . d4

64= π . 364

Lực nâng tối đa cho xi lanh có giá trị là F = Exl

2 = 142897,12 = 71448,5 (N)Do F < Fgh  cần piston đủ bền

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

3.Chọn gioăng phớt cho xi lanh:

Loại xi lanh và ứng dụng mà nó được sử dụng là hai trong số các tiêu chí chính khi lựa chọnvịng đệm và thanh dẫn thích hợp. Các ứng dụng được gọi là các ứng dụng hạng nhẹ, hạng trunghoặc hạng nặng. Các mức nhiệm vụ thường được đặc trưng bởi các tiêu chí sau:

đặc trưng bởi áp suất hệ thống lên đến 160 bar và nhiệt độ lên đến 70 ° C

cao tốc với áp suất hệ thống lên đến 250 bar và nhiệt độ lên đến 90 ° C

ngoài đường cao tốc và được đặc trưng bởi áp suất hệ thống 24 đến 400 bar hoặc lớnhơn và với nhiệt độ vượt quá 90 ° C và có thể khơng liên tục đến 110 ° C

Hình 13: Các loại gioăng, phớt, dẫn hướng trong xy lanh thuỷ lực

Tùy vào công dụng mà các loại gioăng phớt được chia ra làm các loại sau :

 Piston seal: Phớt piston

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

 Piston guide ring: Vòng dẫn hướng piston

Một số yếu tố ảnh hưởng đến chọn gioăng phớt xi lanh:

Tham khảo “NOK – Packing Hydraulic Sealing Systems” với loại xi lanh trung bình

Với các thơng số đã tính tốn, tiến hành chọn gioăng phớt cho xi lanh như sau:

- Phớt gạt bụi cần (wiper seal): DSI type – Mã vật liệu: NOK U801

- Vòng dẫn hướng cần (Rod guide ring/Wear ring): WR type – Mã vật liệu: NOK 88RS

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

- Phớt cần (Rod seal): ISI type – Mã vật liệu: NOK U801

- Vòng đệm (Buffer ring): HBTS type – Mã vật liệu: NOK 55YF + NOK A305

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

- Vòng dẫn hướng piston (Piston guide ring/Wear ring): WR type – Mã vật liệu: NOK

- Gioăng chỉ (O-ring): Chọn theo tiêu chuẩn SMS 1586

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

- Dải áp suất của gioăng phớt đã chọn

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

 Xi lanh đủ bền với những lựa chọn gioăng, phớt, đai dẫn hướng như trên

Phần IV : Kiểm nghiệm thực tế và cải tiến

1. Hình ảnh 3-D xy lanh và cơ cấu:

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

+ Bu long đai ốc khơng bị nới lỏng trong q trình vận hành.+

3. Các phương pháp cải tiến:

- Sau khi đã kiểm nghiệm thực tế thành công, bàn nâng hoạt động tốt, đã đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật, ta xem xét để cải tiến sản phẩm về mặt cơng thái học hay tính an tồn trong vận hành cho người vận hành.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

- Thêm trường hợp khẩn cấp cho bàn nâng khi không may dưới gầm bàn nâng xuất hiện một hay nhiều bộ phận của người vận hành, bằng cách sử dụng cảm biến an toàn như cảm biến hồng ngoại, cảm biến dòng điện.

LỜI KẾT1.Tóm tắt kết quả đề tài :

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Đề tài đã được thực hiện trong khoảng thời gian 16 tuần. Trong khoảng thời gian đó em đã nghiên cứu và tìm hiểu đề tài và tham khảo các tài liệu từ sách giáo khoa, các trang wed từ mạng Internet. Cho đến nay đề tài đã hoàn thành và đạt được các mục tiêu đề ra. Tuy cịn nhiều thiếu sót nhưng đề tài đã đạt được một số thành quả nhất định như sau: Tính tốn sơ bộ cơ cấu máy, thiết kế máy, chọn nguyên vật liệu gia công.

 Thao tác thành thạo các phần mềm kĩ thuật

 Ứng dụng kiến thức học tập tại nhà trường vào đồ án.

2. Đánh giá kết quả đề tài :

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em gặp khơng ít khó khăn, nhưng với sự hướng dẫn nhiệt tình từ thầy Đỗ Thành Công và sự cố gắng của bản than, cho đến nay đề tài cơ bản đã hoàn thành đúng tiến trình, đề tài cũng đáp ứng cơ bản mục tiêu ban đầu.

Đề tài là kết quả tổng kết những kiến thức cơ bản mà em đã học như Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy, Đồ họa kỹ thuật, Chi tiết máy, Dung sai và kỹ thuật đo,.. Đề tài là cơ hội để em tìm hiểu được những phần mềm hổ trợ hữu hiệu trong thiết kế cơ khí như Autodesk Inventor, Solidwork,….

Bởi vì đồ án cịn nhiều thiếu xót nên mong thầy Cơng cũng như các thầy trong NCM góp ý cho em được thêm cải thiện trong những đồ án sắp tới.

Em trân thành cảm ơn !

</div>