Thiết kế kết cấu trục hai dầm tính toán cơ cấu nâng

DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp
III.TÍNH TOÁN
Số liệu ban đầu :
Trọng tải Q
0
= 12.5 (tấn) = 125000 (N).
Trọng lượng vật mang =210(kg)
Tầm rộng =20 (m)
Chiều cao nâng:H = 8 (m).
Vận tốc nâng V = 12 (m/ phút)
Chế độ làm việc: CĐ% = 25%.
1. Sơ đồ cơ cấu nâng :
1:Động cơ
2:Khớp nối đàn hồi
3:Phanh
4:Hộp giảm tốc
5:Khớp nối răng
6:Tang
- Do tính chất quan trọng, yêu cầu cao và vò trí đặc biệt của cơ cấu
nâng trong máy trục. Vì vậy nó phải được thiết kế đảm bảo độ tin cậy,
độ an toàn và ổn đònh cao, nó phải được chế tạo nghiêm chỉnh với chất
lượng cao.
- Sơ đồ cơ cấu nâng được trình bày trên hình 1: bao gồm tang (1) được
nối với hộp giảm tốc (3) qua khớp răng (2), hộp giảm tốc nối với động
cơ (6) qua khớp nối răng, một nửa khớp dùng làm bánh phanh về phía
hộp giảm tốc, phanh (5) là loại phanh lo xo điện 2 má thường đóng
2.Chọn loại dây
SVTH:LÊÂ VĂN HẢO
1
DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp
- Dây thường dùng trong máy trục có 2 loại dây chính đó là xích và

cáp.
- Xích có ưu điểm là dề uốn, có thể làm việc với tang và đóa xích có
đường kính nhỏ nên bộ truyền có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản. Tuy nhiên,
nó chỉ làm việc với vận tốc gới hạn không quá 1 m/s. Nếu vận tốc quá
vận tốc gới hạn thì các mắt xích bò mòn nhanh làm tăng khả năng đứt
xích.Vì vậy xích thường ít dược sử dụng hơn cáp.
- Dây cáp thép là loại dây được dùng trong ngành máy trục nhiều nhất
vì nó có khả năng làm việc với vận tốc cao mà không ồn, uốn được
theo mọi phương, chòu được tải trọng khác nhau, trọng lượng bản thân
nhỏ và ít đứt đột ngột. Cáp có nhiều loại như: cáp bện đơn, cáp bện
kép, cáp bện trái, cáp bện phải, bện hỗn hợp … Trong đó cáp bện kép
là loại được dùng chủ yếu trong máy trục. Ta chọn loại cáp
π
k-p 6x19
lõi đay theo tiêu chuẩn TOCT 2688-80 làm dây cho cơ cấu nâng.Đây là
loại cáp bện kép có lõi đay thấm dầu, các sợi cáp tiếp xúc đường, các
sợi cáp có đường kính bằng nhau.

Kết cấu của cáp
3. Chọn palăng.
- Có 2 loại palăng thường dùng đó là: palăng đơn và palăng kép
- Loại palăng đơn do chỉ có một nhánh dây chạy trên tang nên mỗi khi
cuốn và nhả cáp có sự di chuyển của dây dọc trục làm khó hạ vật đúng
vò trí gây ra tải tác động lên ổ đỡ thay đổi.
- Loại palăng kép có2 nhánh dây cuốn lên tang nên nâng hạ vật đúng
vò trí, áp lực lên các ổ trục sẽ được phân đều và ít thay đôỉ. Theo bảng
2-6[II], với tải trọng 12.5 tấn ta chọn palăng có bội suất a = 2. Sơ đồ
palăng được bố trí như hình vẽ.
SVTH:LÊÂ VĂN HẢO
2

DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp

- Lực căng lớn nhất ở nhánh dây cuốn vào tang khi nâng vật.
max
*(1 )
*(1 )*
o
a t
Q
s
m
η
η η
−
=
−
Trong đó :
Q
o
= Q + Q
m
:tải danh nghóa (tấn) với Q là tải trọng nâng,Q
m
là trọng lượng
vật mang. Khi tính toan bỏ qua trọng lượng vật mang
m : số dây cuốn lên tang, với tang sử dụng là tang kép m = 2.
t : số ròng rọc đổi hướng, do dây mắc trực tiếp lên tang t = 0.
η
:hiệu suất của ròng rọc, theo bảng 2-5[2] ứng với điều kiện sử dụng ổ
lăn được bôi trơn bằng mỡ trong điều kiện bình thường.

vậy :
s
max
=
)(
,),(
).(
)(
)(
N
m
Q
ta
32096
98098012
9801127100
1
1
02
0
=
−
−×
=
−×
−×
ηη
η
- Hiệu suất của palăng :
max

o
S
S
η
=
, (cth:2-21[II]).
trong đó :
S
o
: lực căng tên nhánh dây treo vật đầu tiên,
*
o
o
Q
S
m a
=
a : bội suất của palăng a = 2 do là palăng kép. vậy:
990
3209622
127100
00
.
maxmax
=
××
=
××
==
Sam

Q
S
S
η
SVTH:LÊÂ VĂN HẢO
3
DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp
4. Kích thước dây :
- Dây cáp dùng trong máy trục phải có kích thước phù hợp với tải
trọng, dây cáp thường được tính toán và chọn theo lực kéo đứt.
S
đ
= S
max
k, (cth: 2-10[II]).
Trong đó: k là hệ số an toàn, được tra theo bảng 2-2[II],ứng với chế độ
làm việc trung bình k = 5.5.vậy:
S
đ
= S
max
k = 32096
×
5.5 = 176528 (N).
-Theo Atlas máy trục ta chọn được loại cáp
π
k – p 6x19(1+9+9) có ứng
suất giới hạn bền
b
σ

= 2000(N/mm
2
), đường kính cáp d
c
= 16.5(mm).
-Lực kéo đứt S
d
=192000N
(xem trang 4)


SVTH:LÊÂ VĂN HẢO
4
DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp
5. Tính tang :
- Tang dùng trong máy trục có hai loại là tang trơn và tang xẻ rãnh
- Tang trơn dùng để quấn nhiều lớp cáp khi chiều cao nâng lớn
- Tang xẻ rãnh dùng quấn một lớp cáp trong cơ cấu nâng dẫn động
bằng điện với chiều cao nâng vật không quá lớn.Ở tang có rãnh thì dây
cáp được quấn theo rãnh nên không bò rối cáp và kẹt cáp, dây cáp ít
mòn vì ít cọ xát vào nhau. Tang có rãnh chia làm hai loại:
+ Tang đơn là tang xẻ rãnh theo một chiều, có một nhánh dây đi vào
tang
+ Tang kép là loại tang xẻ rãnh ở hai nửa khác nhau và khác chiều, có
hai dây đi vào tang.
- Với chiều cao nâng H = 8 (m) ta chọn loại tang xẻ rãnh .
- Các kích thước của tang
+ Đường kính tang: Được xác đònh theo công thức
D

t

≥
d
c
(e-1), (cth: 2-12[II] ).
Trong đó: e = 25, là hệ số thực nghiệm được xác đònh theo bảng
2-4[II] tương ứng với chế độ tải trọng trung bình.
Vậy:
D
t
= d
c
(e-1) = 16.5 (25-1) = 396(mm), lấy D
t
= 400(mm)
+Chiều dài của tang: L = L
o
+ 2 L
1
+ 2L
2
+ L
3
, (cth: 2-14[II])
Trong đó L
1
là chiều dài phần tang kẹp đầu cáp.
L
2

là chiều dài phần tang làm thành bên.
L
3
là chiều dài phần tang không cắt rãnh.
Cụ thể:
+ Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao
nâng là:
H = 8(m).
l = H
×
a = 8
×
2 = 16(m).
+ Số vòng cáp cuốn lên 1 nhánh.
'
( )
o
t c
l
Z Z
D d
π
= +
+
=1
152
)165.04.0(
16
=+
+

π
Trong đó:
Z
o

≥
1.5, ta chọn Z
o
= 2, là số vòng cáp cố đònh trên tang để giảm bớt
lực kẹp đầu dây cáp, số vòng cáp này không được sử dụng khi làm
việc.
D
t
: là đường2 kính tang, D
t
= 400(mm).
SVTH:LÊÂ VĂN HẢO
5
DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp
D
c
là đường kính cáp d
c
= 16.5(mm).
Vậy: Chiều dài phần tang cắt rãnh
L
0
= 2
×
Z

×
t =2
×
15
×
22=660(mm)
Trong đó:t là bước rãnh trên tang đươc chon theo tiêu chuẩn trong Atlas
máy trục. Tương ứng với đường kính cáp d
c
= 16.5(mm) ta chọn theo
tiêu chuẩn MH 5365-64 được t = 22
+ Chiều dài phần tang kẹp cáp:
Với phương pháp kẹp cáp thông thường ta cần thêm 3 vòng rãnh cáp để
đảm bảo cho đầu cáp cặp.
L
1
= 3
×
t = 3
×
22 = 66(mm)
+ Chiều dài phần tang làm thành bên:
L
2
= 40(mm)
+ Chiều dài phần tang không cắt rãnh ở giữa tang
L
3
=L
4

-2
×
h
min
×
tg
α
L
4
là khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng trên khung treo móc.
h
min
là khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang và trục ròng rọc.
α
là góc nghiêng cho phép khi dây chạy trên tang bò lệch so với
phương đứng, với tang cắt rãnh tg
α
= 1/10.
Chọn L
4
= 300(mm), h
min
= 800(mm).
Vậy :
L
3
=300 -2
×
800
×

1/10 =140(mm)
Vậy chiều dài tang là:
L = L
o
+ 2 L
1
+ 2L
2
+ L
3
= 660 + 2
×
66 + 2
×
40+ 140
L = 1012(mm), chọn L = 1100(mm).
+ Bề dày thành tang tính theo kinh nghiệm:
δ
= 0,02 D
t
+ {(6
÷
10)(mm)}.
δ
= 0,02
×
400 + 8 = 16(mm)
+ Kiểm tra độ bền của tang.
Khi làm việc thành tang bò uốn, nén và xoắn.Với chiều dài của tang
nhỏ hơn 3 lần đường kính của nó thì ứng suất uốn và xoắn không vượt

quá (10
÷
15)% ứng suất nén. Ví vậy tang được kiểm tra sức bền theo
điều kiện nén với ứng suất cho phép theo công thức( 2-15) [II]
[ ]
max
* *
*
n n
k S
t
ϕ
σ σ
δ
= ≤
=
2216
32096801
×
××
.
=72,95N/m
2
Trong đó :
ϕ
là hệ số giảm ứng suất, đối với tang kép đúc bằng gang
ϕ
= 0.8
k là hệ số phụ thuộc lớp cáp quấn lên tang,ở đây chỉ có một lớp cáp
quấn lên tang nên k = 1.

SVTH:LÊÂ VĂN HẢO
6
DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp
[ ]
n
σ
là ứng suất nén cho phép tang được chế tạo là gang C 15-32 có
giới hạn bền nén là
bn
σ
= 565 (N/mm
2
), ta có
[ ]
[ ]
2
565
113( )
5 5
bn
n
N
mm
σ
σ
= = =
Với hệ số an toàn là 5
Vậy:
⇒

[ ]
n n
σ σ
≤
vậy tang đủ bền.
6. Chọn động cơ điện:
- Công suất tónh khi nâng vật :
*
60*1000*
n
Q v
N
η
=
, (cth: 2-78[II]).
Trong đó:
η
là hiệu suất toàn cơ cấu,
0
* *
t p
η η η η
=
.
với:
0.96
t
η
=
là hiệu suất tang, được tra theo bảng 1-9[II].

0.99
p
η
=
là hiệu suất của palăng.
0
η
là hiệu suất của bộ truyền kể cả khớp nối, tra theo bảng 1-9[II]với
giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng
trụ răng thẳng ta được
920
0
.
=
η
.
V
n
là vận tốc nâng, V
n
= 12(m/s).
Vậy :
0
* *
t p
η η η η
=
= 0.96
×
0.99

×
0.92= 0.87
⇒
ta được :
N=
7,28
87.0100060
1212500
=
××
×
(kw).
- Với chế độ làm việc trung bình ta chọn được loại động cơ MTB412-8
với các thông số sơ bộ :
Công suất danh nghóa: N
đc
= 22(kw).
Số vòng quay : n
đc
= 715 (vòng/phút).
Mômen vô lăng: (G
i
D
i
)
2
roto
= 30 Nm
2
.

Khối lượng động cơ: m
đc
= 237 (kg).
SVTH:LÊÂ VĂN HẢO
7
DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp
Đường kính trục ra: d = 65(mm).
(xem trang 75&76)
7. Tính tỷ số truyền.
- Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang:
dc
o
t
n
i
n
=
, (cth:3-15[2]).
Trong đó:
n
t
là số vòng quay của tang nâng cho trước đảm bảo vận tốc
3,18
)0165.04.0(
212
0
=
+
×
=

×
×
=
ππ
D
av
n
n
t
4( vòng/phút)
Tỉ số truyền cần có:
39
3418
715
===
,
t
dc
n
n
i
8. Kiểm tra nhiệt động cơ :
- Sơ đồ tải trọng chế độ làm việc trung bình.
- Cơ cấu sẽ làm việc với chế độ tải trọng thay đổi tương ứng với trọng
lượng vật nâng Q
1
= Q, Q
2
= 0.5Q, Q
3

= 0.1Q với tỷ lệ thời gian làm
việc tương ứng là 6:2:2.
Sơ đồ gia tải cơ cấu nâng
- Cơ cấu sẽ làm việc với chế độ tải trọng thay đổi tương ứng với trọng
lượng vật nâng Q
1
= Q, Q
2
= 0.5Q, Q
3
= 0.1Q với tỷ lệ thời gian làm
việc tương ứng là6:2:2.
SVTH:LÊÂ VĂN HẢO
8