Đồ án tốt nghiệp thiết kế cổng trục 120 tấn làm việc tại bến cảng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

MỤC LỤC
CÁC BẢN THÔNG SỐ QUY TRÌNH HÀN pWPS
CÁC BẢN VẼ

LỜI NÓI ĐẦU
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

Trong quá trình phát triển của đất nước theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành
cơ khí ngày càng đóng góp một vai trò quan trọng. Đặc biệt ngành hàn ngày càng được sử
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: chế tạo máy, xây dựng cầu đường, nhà cửa, giao
thông vận tải, công nghiệp hóa chất, dầu khí, công nghiệp đóng tàu..v.v.
Cổng trục là một kết cấu dùng để nâng, di chuyển hàng hóa với sức nâng rất lớn ( hàng
trăm tấn) và thường được chế tạo bằng phương pháp hàn.
Đồ án này đi vào tính toán thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo cổng trục sức nâng
120 tấn làm việc tại bến cảng. Nội dung đồ án gồm 5 chương:
+ Chương 1: Giới thiệu chung
+ Chương 2: Tính toán các bộ phận chính của cổng trục
+Chương 3: Tính toán kết cấu thép cổng trục
+ Chương 4: Quy trình công nghệ chế tạo cổng trục
+ Chương 5: Đề xuất kiểm tra chất lượng sản phẩm sau khi hàn hoàn thiện và xác định

mức độ chấp nhận được của khuyết tật hàn.
Do khối lượng công việc nhiều, cổng trục là một kết cấu tương đối phức tạp, thời gian có
hạn và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi
những sai sót. Em mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô để đồ án này hoàn thiện hơn
nữa.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS.Nguyễn Thúc Hà, các thầy cô thuộc bộ môn
Công Nghệ Hàn, cùng các bạn trong lớp Công Nghệ Hàn – K51 trường Đại Học Bách
Khoa Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội ngày 25 tháng 5 năm 2011
Sinh viên
Đỗ Văn Kiên

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1. 1, Giới thiệu chung về cổng trục
- Cổng trục là một loại cần trục kiểu cầu có dầm cầu đặt trên các chân cổng với các bánh
xe di chuyển trên ray đặt dưới đất.
- Theo công dụng có thể phân thành cổng trục có công dụng chung còn gọi là cổng trục
dùng để xếp dỡ, cổng trục lắp ráp dùng trong xây dựng, cổng trục chuyên dùng.
Cổng trục có công dụng chung có tải trọng nâng từ 3, 2- 10 tấn, khẩu độ dầm cầu 1040m. Chiều cao nâng 7- 16m.
Cổng trục dùng để lắp ráp trong xây dựng có tải trọng nâng 50- 400 tấn, khẩu độ đến

80m và chiều cao nâng đến 30m.
Cổng trục dùng để lắp ráp có tốc độ nâng, di chuyển xe con, di chuyển cổng nhỏ hơn so
với cổng trục có công dụng chung. Đặc biệt có tốc độ chậm khi dùng lắp ghép, nâng hạ
vật 0, 05- 0, 1 m/phút và di chuyển xe con, di chuyển cổng 0, 1m/phút.

Hình 1. 1: cổng trục 1 dầm
Cổng trục có công dụng chung dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng thể khối, vật liệu rời
trong các kho bãi, bến cảng, nhà ga, đường sắt. Cổng trục dùng để lắp ráp dùng trong lắp
ráp thiết bị trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong các công trình năng lượng và lắp ghép các
công trình giao thông.
Theo kết cấu thép có cổng trục dầm đơn, (hình 1. 1), cổng trục dầm đôi (hình 1.2), cổng
trục dạng dàn (hình 1.3).
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

Hình 1. 2: cổng trục dầm đôi

Hình 1.3: Cổng trục dạng dàn
1. 2, Đặc điểm cấu tạo
- Cổng trục có các bộ phận chính: dầm cầu, chân cổng, cơ cấu di chuyển cổng trục, cơ cấu
di chuyển xe con, cơ cấu nâng.
+ Kết cấu dầm cầu và chân cổng rất đa dạng. Dầm cầu có thể được chế tạo dưới dạng dầm
hộp hàn, dạng ống, dầm dàn không gian và có thể một hoặc hai dầm.

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

Hình 1. 4: Chân cổng
Cổng trục 1 dầm có kết cấu dầm là tổ hợp được sử dụng rất phổ biến với sức nâng từ 510 tấn. Các cổng trục 1 dầm thường sử dụng palăng điện chạy trên ray treo dưới dầm.
Dầm cầu dạng dàn không gian thường có thêm các thanh xiên ở bên trong để tăng cứng.

a

b

c

g

f

e

d

h

i

Hình 1. 5: Kết cấu dầm loại một dầm

Hình 1. 6: Kết cấu dầm loại 2 dầm
Cổng trục có sức nâng lớn thường là loại 2 dầm dạng hộp có ray di chuyển xe con đặt
phía trên dầm cầu. Loại này thường dùng xe con chạy trên 2 dầm.

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

+ Kết cấu chân cổng có thể là dàn hoặc hộp. Chân cổng thường có một chân cứng (có kết
cấu hộp hoặc dàn không gian liên kết cứng với dầm cầu) và một chân mềm(có kết cấu
ống hoặc dàn phẳng và liên kết khớp với dầm cầu).
Chân mềm có liên kết khớp với dầm cầu để đảm bảo cho kết cấu là hệ tĩnh định, nó có
thể lắc quanh trục thẳng đứng đến 50 để bù trừ sai lệch của kết cấu và đường ray do chế
tạo, lắp đặt và ảnh hưởng của biến dạng do nhiệt độ.
Như vậy chân mềm của cổng trục có tác dụng giảm ma sát thành bánh xe với ray, giảm tải
trọng xô lệch và tránh kẹt ray khi di chuyển. Cổng trục có khẩu độ dưới 25m có thể chế
tạo hai chân cứng. Đối với cổng trục hạng nặng có sức nâng trên 100 tấn thường là hai ray
di chuyển cho mỗi bên và cụm bánh xe di chuyển gồm nhiều bánh xe đặt trên cầu cân
bằng để đảm bảo cho chúng có lực nén bánh đều nhau. Các cổng trục có sức nâng lớn
thường được bố trí thêm một hoặc hai tời nâng phụ.
+ Xe con cổng trục có thể là palăng điện hoặc tời treo chạy trên ray treo và có thể là xe
con giống như cầu trục.

Kết cấu xe con cổng trục rất đa dạng tùy thuộc vào kết cấu của dầm cầu và tải trọng
nâng của cổng trục.
Cổng trục một dầm có tải trọng nâng nhỏ thường dùng palăng điện chạy dọc theo ray
treo ở dưới dầm. Loại cổng trục này thường được điều khiển từ cabin hoặc hộp nút bấm
từ dưới nền.
Cổng trục hai dầm có tải trọng lớn thường dùng xe con chạy trên các ray đặt trên hai
dầm. Một số cổng trục có xe con tựa hoặc treo trên hai ray đặt dưới dầm. Theo dẫn động
có loại xe con tự hành và xe con di chuyển nhờ cáp treo.
Cơ cấu di chuyển xe con bằng cáp treo thường đặt ngoài xe con (trên kết cấu thép của
cổng trục). Sơ đồ mắc cáp của cơ cấu di chuyển xe con như hình sau (hình 1. 7).

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

a, cơ cấu nâng vật
b, cơ cấu di chuyển xe con
1, 2: các thiết bi điều chỉnh lực căng
cáp kéo
3, xe con

6

4, cabin

a

5 6

5, Tang của cơ cấu di chuyển
6, các puly đổi hướng cáp.

2 3 4
b

1

Hình 1. 7: Sơ đồ mắc cáp trên xe con di chuyển bằng cáp kéo
Hai đầu của cáp được quấn vào tang theo chiều ngược nhau nên khi tang quay thì một
đầu cuốn một đầu nhả đảm bảo cho xe con di chuyển được. Cabin điều khiển có thể được
gắn trên xe con và di chuyển cùng nó.
+ Cơ cấu nâng của cổng trục:
Sơ đồ chung cơ cấu nâng như hình vẽ:
1, động cơ điện
2, Khớp nối
3, phanh
4, hộp giảm tốc
5, khớp nối
6, tang

Hình 1. 8: Sơ đồ cơ cấu nâng
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

Cơ cấu nâng của cổng trục cũng có thể được đặt trên xe con hoặc ngoài xe con. Khi đặt
ngoài xe con (như hình 1. 4), để đảm bảo chiều cao nâng không đổi khi xe con di chuyển
thì cáp nâng vắt qua các puly trên xe con và trên cụm móc treo, sau đó đi ra khỏi xe con
về phía cuối dầm cầu và cáp được cố định vào dầm cuối. Phương pháp này cho phép giảm
đáng kể kích thước và trọng lượng của xe con. Nhược điểm của phương pháp này là cáp
nâng có thể có độ võng rất lớn khi xe con di chuyển không tải trọng nâng. Để khắc phục
nhược điểm này, người ta làm các con lăn đỡ cáp nâng và tăng trọng lượng của cụm móc
treo.
+ Cơ cấu di chuyển cổng trục:
Ở một số cổng trục nhỏ loại cũ, cơ cấu di chuyển cổng trục thường dùng phương án dẫn
động chung và cơ cấu đặt trên dầm cầu. Phương án này tuy giảm tải trọng xô lệch cổng
trục nhưng cồng kềnh, khó lắp đặt và đắt nên hiện nay không dùng.
Hiện nay cơ cấu di chuyển cổng trục thường dùng phương án dẫn động riêng. Trên mỗi
chân cổng có một cơ cấu di chuyển riêng, số bánh xe chủ động thường không vượt quá
50% tổng số bánh xe. Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cổng trục như hình 1. 9.

Hinh 1. 9:Các sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển cổng trục
Cổng trục hiện đại thường dùng cơ cấu di chuyển có hộp giảm tốc đặt đứng hoặc hộp
giảm tốc trục vít- bánh vít.
Cổng trục cỡ lớn thường có chân cổng tựa trên các bánh xe, số bánh xe trên mỗi cụm là 24 bánh.
1.3, Ứng dụng
+ Do có nhiều loại tải trọng nâng từ nhẹ (vài tấn) cho đến nặng, rất nặng (hàng trăm tấn)
nên cổng trục hiện nay được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như xây dựng, cơ khí, giao
thông vận tải, hàng hải..v.v
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA CỔNG TRỤC
Việc lựa chọn các kích thước cơ bản của cổng trục phải căn cứ vào điều kiện làm việc,
loại hàng cần bốc dỡ, địa hình nơi làm việc. v. v. . Các thông số cơ bản của cổng trục cần
thiết kế:
- Tải trọng nâng: Q = 120T
- Chiều cao nâng: H = 8 m
- Khẩu độ dầm cầu: L = 12 m
- Vận tốc nâng :Vn= 6 m/ph
- Dòng điện xoay chiều 3 pha

λ/∆=

220/380 v, tần số 50 Hz

- Chế độ làm việc: trung bình
2. 1, Chọn phương án và tính cơ cấu nâng
2. 1. 1, Chọn phương án cho cơ cấu nâng
Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng là một bộ phận của cổng trục. Việc chọn phương án
cho cơ cấu nâng để thiết kế cần phải đảm bảo các thông làm việc như công suất, tốc độ,
đặc tính động lực học, phương pháp điều khiển, môi trường sinh thái, khả năng quá tải,
khả năng tiêu chuẩn hóa, khả năng lắp đặt, vận hành, an toàn. Các chỉ tiêu kinh tế như giá
thành, chi phí sản xuất, khấu hao, chi phí bảo dưỡng sửa chữa v. v. .

Đối với cổng trục thiết kế phương án bố trí cho cơ cấu nâng được chọn có sơ đồ như hình
2. 1. Với phương án này cơ cấu có kích thước tương đối gọn nhẹ cho phép chế tạo từng
cụm cơ cấu riêng biệt nên thuận tiện cho việc lắp đặt và đơn giản trong việc chế tạo.
Đây là loại cơ cấu nâng dây mềm, có một tang, truyền động của cơ cấu là truyền động
riêng, năng lượng sử dụng là năng lượng điện. Kết cấu cơ bản gồm động cơ điện 1, khớp
nối vòng đàn hồi 2, phanh 3, hộp giảm tốc 4, khớp nối 5, tang cuốn cáp 6, ngoài ra còn có
các bộ phạn khác như dây cáp, cặp lệch tâm và ròng rọc đỡ cáp.

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

1. Động cơ điện.
2. Khớp nối vòng đàn hồi.
3. Phanh điện thủy lực
4. Hộp giảm tốc.
5. Tang cuốn cáp.
6. Ổ đỡ.
7. Cụm móc treo.

Hình 2. 1: Sơ đồ cơ cấu nâng.
- Trọng lượng bộ phận mang vật: Cặp lệch tâm và palăng thuận, cặp lệch tâm và palăng
thuận được chọn theo tiêu chuẩn của Liên Xô, (atlat) có khối lượng:
Q

m

≈

0, 25% Q

≈

0, 25%. 120000= 3000 N

2. 1. 2, Tính cơ cấu nâng
1, Chọn loại dây:
Cơ cấu nâng làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, nên ta chọn cáp để làm dây cho cơ
cấu, vì cáp là loại dây có nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác như xích hàn, xích
tấm và là loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay.
Trong các kiểu kết cấu của dây cáp thì kết cấu kiểu πK- 3 theo tiêu chuẩn của Liên Xô có
tiếp xúc đường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng
2

rộng rãi. Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền 1200 ÷2100 N/mm .
Vậy ta chọn cáp πK- 3 kết cấu 6 x 25 (1+ 6; 6+ 12)+1 lõi, giới hạn bền các sợi thép
2

trong khoảng 1500 ÷1700 N/mm , để dễ dàng trong việc thay cáp sau này khi bị mòn,
đứt.
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

2, Palăng giảm lực
Trên các cổng trục dây cáp được cuốn trực tiếp lên tang; để tiện lợi trong khi làm việc
ta chọn palăng kép có hai nhánh dây chạy lên tang.
Tương ứng với tải trọng cổng trục, theo bảng 2- 6 [Tài liệu 1], chọn bội suất palăng a = 4.
Palăng gồm hai ròng rọc di động và một ròng rọc không di chuyển làm nhiệm vụ cân
bằng.
* Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật được xác định
theo công thức 2- 19 [Tài liệu 1]:
S max =

Q0 (1 − λ )
m(1 − λ a )γ t

Ở đây:
-

Q0

m

=Q + Q =1200000+ 3000=1203000 N

- λ=0, 98: Hiệu suất một ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên ổ lăn bôi trơn tốt bằng
mỡ bảng 2. 5[tài liệu 1]
- a=4
- t=0 vì dây trực tiếp cuốn lên tang không qua các ròng rọc đổi hướng

S max =

Vậy

Q0 (1 − λ )
m(1 − λ a )γ t

Smax =

=

1203000(1 − 0,98)
= 154962,19
2(1 − 0,9844 )

N

* Hiệu suất của palăng được xác định theo công thức 2- 21 [tài liệu 1]:
ηp =

S0
Q0
1203000
=
=
= 0,97
S max m.a.S max 2.4.154962,19

3, Kích thước dây
Kích thước dây cáp dược chọn dựa vào công thức (2- 10)[ Tài liệu 1]

S d ≥ S max .k = 154962,19.5,5 = 852292 N

với k=5, 5 theo bảng 2- 2 [Tài liệu 1].

Ta có bảng tra đường kính dây cáp:
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Căn cứ vào bảng và

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

Sd

đã tính chọn đường kính dây cáp là d =38 mm
c

4, Chọn động cơ điện
 Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo công thức (2- 78) [Tài liệu 1]:

N=

Q.ν n
60.1000.η

η = η p .ηt .η0

•

Hiệu suất của cơ cấu bao gồm:

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

ηp

=0, 97: Hiệu suất palăng đã tính ở trên
ηt

=0, 96: Hiệu suất tang theo bang (1- 9) [Tài Liệu 1]

η0

=0, 92: Hiệu suất bộ truyền có kể cả khớp nối xuất phát từ các số liệu bảng (1- 9), với
giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ
η = η p .ηt .η0

⟹
νn
•

=0, 97. 0, 96. 0, 92=0, 86

=6m/phút: Tốc độ nâng
N=

Vậy:

Q.ν n
1200000.6
=
= 139,53kW
60.1000.η 60.1000.0,86

 Đối với cơ cấu nâng, chọn công suất danh nghĩa bằng hoặc nhỏ hơn một chút so

với N.
Vậy chọn động cơ : YZB355M- 6 có :
Pdc=132 kW, ndc=980(vòng/phút), J=9, 7 kg. m2=97 N. m2
 Tỷ số truyền chung:

Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang xác định theo công thức :
i0 =

ndc
nt

Số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước
nt =

vn .a

6.4
=
= 8, 02(vòng / phút)
π .D0 π .(0,915 + 0, 038)

i0 =

Vậy tỷ số truyền cần có sẽ là:

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

13

ndc
nt

=

980
≈ 122
8,02


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

5, Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc
 Xác định đường kính tang:

Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc xác định theo công thức (2- 12)
[Tài liệu 1]:
Dt ≥ dc .(e − 1)

Theo bảng (2- 4) [Tài Liệu 1] ta được e=25
Vậy:

Dt ≥ d c .(e − 1) 38.(25 − 1) = 912mm

=

Chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau:

Dt = Dr = 915mm

Ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20%
so với ròng rọc làm việc:

Dc = 0,8.Dr = 0,8.915 = 732mm

 Xác định chiều dài tang:

Chiều dài toàn bộ của tang được xác định theo công thức (2- 14) [Tài liệu 1] đối với
trường hợp palăng kép:
L ' = L'0 + 2 L1 + 2 L2 + L3

Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H=8m và bội suất
palăng a=4:
l=H. a=8. 4=32m
Số vòng cáp phải cuốn ở một nhánh:

Z=

Với

Z 0'

l
32
+ Z 0' =
+ 2 = 13
π ( Dt + d c )
π (0,915 + 0, 038)

=2: Số vòng cáp giảm tải lên kẹp cáp.

⟹Chiều dài cáp tương ứng:
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

zdài = π .Dt .Z = 3,14.915.13 = 37,35m

⟹Chiều dài phần cắt ren:
L 0' = 2.Z .t = 2.13.40 = 1040mm

Với bước cáp t được xác định theo công thức kinh nghiệm:
t = dc + (2 ÷ 3) = 38 + (2 ÷ 3) = 40 ÷ 41

Chiều dài

L1

Chọn t=40

là phần tang để cặp đầu cáp. Nếu dùng phương pháp cặp thông thường thì

phải cắt thêm khoảng 3 vòng rãnh trên tang nữa, do đó:

L1 = 3.40 = 120mm

Vì tang đã được cắt rãnh, cáp cuốn 1 lớp nên không cần phải làm thành bên, tuy nhiên ở 2
đầu tang trước khi vào phần cắt rãnh ta để trừ lại 1 khoảng
Khoảng cách

L3

L2 ≈ t ≈ 40mm

ngăn cách giữa 2 nửa cắt rãnh tính theo công thức:
L3 = L4 − 2hmin .tgα

Dựa vào các kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ :
L4 = 300mm

: Khoảng cách giữa 2 ròng rọc ở ổ treo móc

hmin ≈ 800mm

α

: Khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang và trục ròng rọc ổ treo móc

: Góc cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với hướng thẳng đứng, ⟹

tgα ≈ 0,176

⟹

L3 = L4 − 2hmin .tgα

=300- 2. 800. 0, 07≈200m

Vậy chiều dài toàn bộ của tang sẽ bằng:
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

L ' = L'0 + 2 L1 + 2 L2 + L3

=1040+ 2. 120+ 2. 40+ 200=1560 mm

Bề dầy thành tang được xác định theo công thức:
δ = 0, 02.Dt + (6 ÷ 10) = 0, 02.915 + (6 ÷ 10) = (24,3 ÷ 28,3) mm

Chọn

δ = 28mm

 Kiểm tra sức bền của tang:

Kiểm tra sức bền của tang theo công thức (2- 15) [Tài Liệu 1]:
σn =

k .ϕ.S max
N / mm 2
δ .t

(

S max

δ

: lực căng lớn nhất,

: bề dày thành tang,

S max

δ

)

=154962, 19 N

=28mm

t : bước cuốn cáp, t=40mm
ϕ

: hệ số giảm ứng suất, đối với tang bằng thép

ϕ

=0, 7;tang bằng gang

ϕ

=0, 8

k : hệ số phụ thuộc số lớp cáp cuốn lên tang, k=1(1 lớp cuốn cáp)
Số lớp cuốn

1

2

3

≥

k

1

1, 4

1, 8

2

σn =

Vậy

4

k .ϕ.S max 1.0,8.154962,19
=
= 110, 69 N / mm 2
δ .t
28.40

Tang được đúc bằng gang CЧ 15 – 32 là loại vật liệu thông thường phổ biến nhất, có giới
σ bn = 565 N / mm 2

hạn bền nén là
số an toàn k=5:

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

. Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

[σ ] =

Vậy

σ bn 565
=
= 113 N / mm 2
k
5

σ n ≤ [σ ]

⇒Tang đủ bền.

 Tính cặp đầu cáp trên tang:

Hình 2. 2: Sơ đồ cặp đầu cáp
•

Lực tính toán đối với cặp cáp:

S0 =

S0
•

Smax
e f .α

: Lực căng nhánh cáp tác dụng lên kẹp cáp.

S max 154962,19

=
N
f=0, 15: hệ số ma sát giữa mặt tang với cáp.
α
•
=4π: Góc cuốn của cáp tương ứng với số vòng giảm tải.
•
•

Vậy:
S0 =

•

S max 154962,19
=
= 23551,3 N
e f .α

e 0,15.4.π

Lực kéo các vít cấy:

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

P=

•

S0 23551,3
=
= 78504,3N
2. f
2.0,15

Lực uốn các vít cấy:
P0 = P. f = 78504,3.0,15 = 11775, 65 N

•

Ứng suất tổng xuất hiện trong thân vít cấy:
σΣ =

P0 .l0
1,3.P
1,3.78504,3 11775, 65.40
+
=
+
= 51, 47 N / mm 2
2
2
3
3
π .d
π .38
0,1.Z .d1
0,1.4.38
Z. 1
3.
4
4

Trong đó:
+

d1

=38mm:Đường kính trong của vít cấy
+

l0

=40mm:tay đòn đặt lực

P0

Vậy các vít cấy này có thể làm bằng thép CT3 có ứng suất cho phép:

[σ ]=(75 ÷ 85) N/mm 2

 Móc treo:

* Chọn loại móc tiêu chuẩn sau:

Hình 2. 3: Móc treo tiêu chuẩn của hãng ABUS
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

 Chọn khớp nối:
• Tính toán chọn khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc:

Mômen xoắn lớn nhất trên trục động cơ:
M max = 9550.

N dc

ndc

Ndc: công suất động cơ, Ndc=132 kW
ndc: số vòng quay động cơ, ndc=980 (vòng/phút)
⇒ M max = 9550.

N dc
132
= 9550.
= 1286,3N .m
ndc
980

⟹Mômen xoắn tính toán đối với khớp nối tính theo công thức (16- 1) [Tài liệu 2]:
Mt=k. Mmax
k: hệ số chế độ làm việc tra theo bảng (16- 1) [Tài liệu 2], với máy trục k=4
⟹Mt=k. Mmax=4. 1286, 3=5145, 2 N. m
Dựa vào bảng chọn khớp nối phụ lục P1 chọn khớp nối đàn hồi kí hiệu: NEF540W loại A
với các thông số cơ bản:
[M]=5290 N. m, A=286, 8mm, B=88, 9mm, DD=110mm, E=23, 9mm,
GD2=12000 Kg. cm2=12N. m2
•

Kiểm tra bền khớp nối:

Mômen xoắn lớn nhất truyền qua khớp nối khi mở máy động cơ phải thỏa mãn:
Mmax≤[M]
Mômen mà khớp nối truyền qua xuất hiện trong 2 trường hợp sau:
+ Khi mở máy nâng vật
+ Phanh khi hạ vật

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
•

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

Mô men mở máy khi nâng vật:

Hệ số quá tải động cơ YZB355M- 6 là: (1, 25÷1, 8)

Vậy:
MmMax=(1, 25÷1, 8). Mdn=1, 8. Mdn=
9550.

=1, 8.

N dc
132
= 1,8.9550.
= 1,8.1286,3 = 2315,34 N .m
ndc
980

Phần dư để thắng quán tính của cả hệ thống:
Md=MmMax- Mn=2315, 34- 1375, 55=939, 79 N. m
Với Mn: mômen tĩnh khi nâng vật

Một phần mômen Md này tiêu hao trong việc thắng quán tính các chi tiết máy quay bên
phía trục động cơ (rôto động cơ điện và nửa khớp nối), còn lại mới là phần truyền qua
khớp.
Mômen vô lăng nửa khớp phía động cơ lấy bằng 40% momen vô lăng của cả khớp:
(Gi. Di2)’k=0, 4. 12=4, 8 N. m2
Mômen vô lăng các chi tiết máy quay trên giá động cơ:
Σ(Gi. Di2)I’=( Gi. Di2)roto+ (Gi. Di2)’k=97+ 4, 8=101, 8 N. m2
Trong đó: Với động cơ đã chọn ( Gi. Di2)roto=97N. m2
Mômen vô lăng tương đương của vật nâng (có vận tốc vn)chuyển về trục động cơ:
(G i .D i 2 ) td = 0,1.Q0 .

vn
6
= 0,1.1203000.
= 0, 75
2
ndc
980 2

N. m2

Tổng mômen của cả hệ thống:
Σ(Gi. Di2)=β. Σ(Gi. Di2)I+

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

(G i .D i 2 )td

=1, 2. (97+ 12)+ 0, 75=131, 55 N. m2

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

β: Hệ số kể đến mômen quán tính của khối lượng các chi tiết quay chậm so với trục động
cơ. β =1, 2
Tổng mômen của phần cơ cấu từ nửa khớp nối bên phía hộp giảm tốc về sau kể cả vật
nâng.
Σ(Gi. Di2)’=( Gi. Di2)- Σ(Gi. Di2)I’=131, 55 - 101, 8 =29, 75 N. m2

Phần mômen dư truyền qua khớp:
Σ(Gi Di 2 ) '
29, 75
M = Md.
= 939, 79.
= 212,53 N .m
2
Σ(Gi Di )
131,55
'
d

Tổng mômen truyền qua khớp:M’k=Mn+ Md’=1375, 55+ 212, 53=1588, 08 N. m
2353,53

Khi phanh hãm vật đang nâng, momen đặt trên phanh là Mph=

N. m.

Tổng mômen để thắng quán tính của cả hệ thống:
2353,53
*

Mqt= Mph+ M t=

1334, 7

+
t nph =

=3688, 23 N. m với M* t=Mh=1334, 7 N. m

β .Σ(Gi Di 2 ) I .n1
Q0 .D02 .n1.η
+
375( M ph + M t* ) 375.( M ph + M t* ).a 2 .i02

Thời gian phanh:
1, 2.109.980 1203000.0, 9532.980.0,86
t =
+
= 0, 0954
375.3688, 23
375.3688, 23.4 2.1222
n
ph

s
Mômen truyền qua khớp nối để thắng quán tính sẽ bằng:
Σ(Gi Di 2 )'I .n1
94,8.980
=
= 2596,897
n
375.t ph
375.0, 0954

Mk’’=Mqt’=

N. m

Như vậy khi phanh vật đang nâng khớp phải truyền mômen lớn hơn, do đó cần kiểm tra
khả năng truyền tải của khớp theo mômen truyền yêu cầu là M=2596, 897 N. m.
•

Kiểm tra điều kiện làm việc an toàn của khớp nối:

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

M. k1. k2=2596, 897. 1, 2. 1, 3=4051, 16 N. m

Với k1, k2 tra bảng 9- 2) [tài liệu 1]:k1=1, 3, k2=1, 2.
Vậy khớp nối đã chọn là đủ bền
•

Tính toán khớp nối trục ra hộp giảm tốc:

Mômen khớp phải truyền bằng mômen trên tang khi làm việc với tải trọng lớn nhất và
bằng:

M=Mtg=2. Smax.

Dt
2

=2. 154962, 19.

0,953
2

=147678, 97 N. m

Mômen tính toán đối với khớp nối sẽ là: Mt=M. k1. k2=147678, 97. 1, 3. 1, 2=230379,
19N. m
Dựa vào bảng tra khớp răng ở phụ lục ta chọn khớp CLZ15 với các thông số cơ bản:
[M]=250000N.m, L=645mm, GD2=250N. m2.

6, Kiểm tra động cơ điện về nhiệt

0,2Q

0,75Q

Q

Động cơ điện đã chọn có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất yêu cầu khi làm việc
với vật nâng có trọng lượng bằng trọng tải, do đó phải được kiểm tra về nhiệt

0,2t

0,3t

0,5t

Hình 2. 4: Sơ đồ gia tải trung bình động cơ điện
•

Trường hợp 1: Q1=Q

Các thông số cần xác định:
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

 Trọng lượng vật nâng cùng bộ phận mang:

Q0 = Q + Qm = 1200000 + 3000 = 1203000 N
S max = 154962,19 N

 Lực căng dây trên tang khi nâng vật:
 Hiệu suất của cơ cấu không tính hiệu suất palăng khi làm việc với vật nâng trọng

η ' = ηt .η 0 = 0,96.0,92 = 0,88

lượng bằng trọng tải:
 Mô men trên trục động cơ khi nâng vật tính theo công thức (2- 79)[tài liệu 1]:
Mn =

S max .D0 .m
2.i0 .η '

S max = 154962,19 N
•
0

Dt + dc = 0,915 + 0, 038 = 0,953

•
•

D =
m=2

•

Tỷ số truyền

m

i0 = 122

η ' = 0,88

•

Mn =

S max .D0 .m 154962,19.0,953.2
=
= 1375,55 N .m
2.i0 .η '
2.122.0,88

Vậy
• Lực căng dây trên tang khi hạ vật tính theo công thức (2- 22)[Tài liệu 1]:
Q0 .(1 − λ ).λ a +t −1
Sh =
m.(1 − λ a )

Trong đó:
Q0 = 1203000 N
•
•
•
•

λ=0, 98
a=4
t=0

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Vậy:
•

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

Q0 .(1 − λ ).λ a +t −1
Sh =
m.(1 − λ a )

Mô men trên trục động cơ khi hạ vật tính theo công thức (2- 80)[tài liệu 1]:
Mh =

•

=

1203000.(1 − 0,98).0,984+ 0−1
Sh =
= 145849,17 N

2.(1 − 0,984 )

Sh .D0 .m.η ' 145849,17.0,953.2.0,88
=
= 1002, 58 N .m
2.i0
2.122

Thời gian mở máy khi nâng vật tính theo công thức (3- 3) [Tài liệu 1]:
tmn =

β .Σ(Gi Di2 ) I .n1
Q0 .D02 .n1
+
375.( M m − M n ) 375.(M m − M n ).a 2 .i02 .η

Σ(Gi. Di2)I=( Gi. Di2)roto+ (Gi. Di2)k=97+ 4, 8=101, 8 N. m2
Trong đó:
β=1, 2: Hệ số kể đến mômen quán tính của khối lượng các chi tiết quay chậm so với trục
động cơ.
⟹ β. Σ(Gi. Di2)I=1, 2. 101, 8=122, 16 N. m2
Đối với động cơ YZB355M- 6 là động cơ điện xiay chiều kiểu lồng sóc, nên mômen mở
máy xác định theo công thức (2- 74)[Tài liệu 1]:
Mm=0, 852. Mdn. ktb
⇒ M dn = 9550.

N dc
132
= 9550.
= 1286,3 N .m

ndc
980

ktb: Hệ số mômen mở máy trung bình:theo bảng tra động cơ ở phụ lục ta được: ktb=2, 8
⟹ Mm=0, 852. Mdn. ktb=0, 852. 1286, 3. 2, 8=2602, 18 N. m
Vậy khi Q1=Q thì thời gian mở máy khi nâng vật sẽ là:
tmn =

SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

β .Σ(Gi Di2 ) I .nI
Q0 .D02 .nI
+
375.( M m − M n ) 375.(M m − M n ).a 2 .io2 .η

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

=

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ

122,16.980
1203000.0,9532.980
+
= 0, 27
375.(2602,18 − 1375,55) 375.(2602,18 − 1375,55).4 2.122 2.0,86

s

Gia tốc khi mở máy với tải trọng Q1=Q sẽ bằng:
j=

vn
6
=
= 0, 37
n
60.tm 60.0, 27

m/s2

Thời gian mở máy khi hạ vật tính theo công thức:
tmh =

β .Σ(Gi Di2 ) I .nI
Q0 .D02 .nI
+
375.( M m + M h ) 375.( M m + M h ).a 2 .io2 .η

122,16.980
1203000.0,9532.980
+
= 0, 097
375.(2602,18 + 1002,58) 375.(2602,18 − 1002,58).42.1222.0,86
=

•

Với 2 trường hợp
quả sau:

Các thông số
Cần tính
Q0
Sn
Mn
Sh
Mh
tmn
tmh
SVTH: ĐỖ VĂN KIÊN

Q2 = 0, 75Q; Q3 = 0, 2Q

cũng tính toán tương tự ta được bảng kết

Q1=Q

Q2=0, 75Q

Q3=0, 2Q

1203000
154962, 19
1377, 55
145849, 17
1002, 58

0, 27
0, 097

903000
116318, 25
1032, 52
109477, 8
752, 56
0, 21
0, 098

243000
31301, 59
277, 85
29460, 8
202, 52
0, 139
0, 11

25

s