Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài.
- Ngày nay khoa học phát triển mạnh mẽ trong tất các lĩnh vực, góp phần đưa đất
nước đi lên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa, phát triển kỹ thuật phần nào
giúp con người giảm được sức lao động và thay vào đó là thiết bị máy móc
- Thực tế việc truyền tải điện cho đường dây 500 [KV], 220 [KV]…ở vùng cao
hay đồng bằng là công việc hết sức nặng nhọc cho công nhân, việc di chuyển thiết
bị, dụng cụ, dựng trụ vượt các sông, núi phải kéo dây tải điện với lực kéo lớn, số
lượng người kéo nhiều, trên địa hình phức tạp và nguy hiểm mà hiệu quả không cao
- Mục đích của đề tài là thiết kế hệ thống tời kéo dây tải điện để đáp ứng yêu cầu kéo
dây tải điện nhằm giảm bớt nặng nhọc, nâng cao hiệu quả công việc và đem lại lợi ích
cho xã hội. Từ đó giúp cho công trình hoàn thành nhanh nhất tiến độ thi công, đồng
thời tiết kiệm được rất nhiều sức lao động của người công nhân xây dựng điện góp
phần làm giảm giá thành xây dựng.
- Mặc dù đề tài phục vụ chủ yếu cho nghành xây lắp điện nhưng các thiết bị, chi tiết
trong hệ thống đều liên quan đến nghành cơ khí động lực như động cơ, ly hợp, hộp số,
hộp giảm tốc, khớp nối…tạo thành một hệ động lực để kéo dây tải điện nên về mặc
kết cấu rất sát với hệ thống truyền lực trên ôtô, phù hợp với chuyên nghành đào tạo.
Khi đề tài được áp dụng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tải dây tải điện, dẫn
đến công việc dễ dàng, nhanh chóng, nâng cao khả năng truyền tải ở những địa hình
phức tạp mà chúng ta không thể dùng các phương tiện ôtô hay sức người. Mặt khác,
đề tài còn là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực và ngành
truyền tải điện. Giúp cho sinh viên biết phương pháp tính toán thiết kế một hệ thống
thực tế và tra những tài liệu tham khảo phù hợp để đáp ứng đúng yêu cầu kỹ thuật
thiết kế. Vận dụng một cách có hiệu quả những kiến thức đã học trong thời gian học
tập ở Nhà trường. Em hy vọng đề tài còn là tài liệu hướng dẫn cho người sử dụng hữu
ích trong quá trình vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa… các thiết bị trong hệ thống tời.
2. Giới thiệu chung về hệ thống tời kéo dây tải điện.
2.1. Công dụng tời kéo dây tải điện.
- Công dụng tời kéo kéo dây tải điện là để kéo dây tải điện từ lô dây lên các trụ
điện và kéo căng dây tải điện để lấy độ võng.
- Nếu mở rộng phạm vi ứng dụng đối với tời kéo dây tải điện, có thể sử dụng tời
kéo dây tải điện để kéo các trụ điện từ chân núi lên đỉnh núi hoặc kéo qua các sông
và kéo các cọc bê tông khi thi công cầu.
2.2. Quy trình kéo dây bằng tời kéo.
- Trong quá trrình kéo dây có thể chia làm ba giai đoạn:
1
Hình 2-2 Sơ đồ kéo dây tải điện lên trụ điện
1- Lô dây điện; 2- Phanh hãm; 3- Trụ điện; 4- Puly;
5- Tời kéo; 6- Dây cáp mồi; 7- Vị trí nối cáp mồi với dây tải điện
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
+ Giai đoạn chuẩn bị kéo: Công nhân rải dây cáp mồi dọc theo các trụ điện, dung
dây kéo dây cáp mồi lên các trụ điện rồi luồn qua các puly đã được gắn trên trụ
điện, dây cáp mồi được rải từ lô dây tải điện đến các trụ cần kéo tới, số trụ được
rải dây cáp mồi tùy thuộc vào địa hình, vị trí kéo và tính đến khả năng kéo của tời,
ta nối chặt dây cáp mồi với dây tải điện ở lô dây. Tại đầu kia dây cáp mồi ta lựa
chọn vị trí thích hợp đặt tời kéo, vị trí dặt tời kéo phải đặt dọc theo đường dây tải
điện, tời kéo đặt ở vị trí tương đối bằng phẳng, thường tải điện ở đồi núi, nên địa
hình không bằng phẳng vì thế khi đặt tời kéo ta kê các khúc gỗ hoặc đào hố thế tạo
bằng phẳng để đặt tời kéo, sau đó giữ chặt tời kéo bằng cách dùng khoảng hai dây
cáp cột giữa mốc neo tời kéo với trụ neo. Khi lự chọn vị trí đặt tời kéo có thể lựa
chọn vị trí nơi có gốc cây đã được chặt thân chỉ còn một phần gốc để làm trụ neo,
nếu không phải đóng trụ neo, khi đó tốn thời gian công sức. Lô dây và phanh hãm
cũng đặt ở vị trí bằng phẳng và giữ chặt giống như tời kéo.
+ Giai đoạn kéo dây tải điện lên trụ điện:
Sơ đồ kéo dây tải điện lên trụ điện được trình bày như trên hình 2-2
1
2 7 3
4
5
6
2
Hướng kéo
Hướng kéo
Hình 2-1 Sơ đồ giữ chặt tời kéo dây tải điện
Cáp mồi
Động cơ
Cáp neo
Hộp số
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
1
2
3
4
56
7
+ Giai đoạn kéo dây tải điện lên trụ như sau: Sau khi chuẩn bị xong ta bắt đầu kéo
bằng cách quấn khoảng 3
÷
5 vòng dây cáp mồi vào tang, cho tời kéo làm việc khi
đó tang quay và kéo dây cáp mồi đi dẫn đến kéo dây tải điện luồn qua các puly đã
gắn trên trụ điện để thực hiện việc kéo dây tải điện lên trụ điện, dây cáp mồi được
một người kéo và một người quấn tròn sau khi ra tang. Do đường truyền tải điện
dài nên tời kéo chỉ kéo từng kilômét [km], do vậy khi dây tải điện đến tời kéo ta
tiếp tục kéo cho hết dây tải điện ở lô này bằng cách chồn khúc cuối dây tải điện để
kéo và bồn từng đóng dây tải điện lại, lúc đó kết thúc giai đoạn kéo dây tải điện lên
trụ điện, để tiếp tục kéo dây tải điện đoạn truyền tải còn lại ta thực hiện tương tự
như giai đoạn trên.
+ Giai đoạn kéo căng dây để lấy độ võng:
Sơ đồ kéo căng dây tải điện để lấy độ võng được trình bày như hình 2-4
3
Hình 2-3 Sơ đồ kéo căng dây tải điện để lấy độ võng
1- Lô dây điện; 2- Phanh hãm; 3- Trụ điện; 4- Puly;5- Tời kéo;
6- Dây tải điện; 7- Vị trí nối cáp mồi với dây tải điện
Hình 2-4 Sơ đồ nguyên tắc lấy độ võng cho dây tải điện
α - Góc võng của dây, [độ];
T – Lực căng dây, [ N];
P – Trọng lượng của dây tải điện, [N];
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
+ Giai đoạn kéo căng dây tải điện để lấy độ võng như sau: Sau khi kéo xong dây tải
điện lên tất cả các trụ điện, ta bắt đầu kéo căng dây tải điện để lấy độ võng bằng
cách tiếp tục kéo dây cáp mồi đã được nối với dây tải điện ở cuối đường dây, lúc
này tời đựợc kéo với tải trọng lớn, vận tốc nhỏ và kéo căng. Khi lấy độ võng xong
ta buột chặt dây tải điện ở cuối đoạn dây và để cho công nhân trên trụ điện bắt chặt
dây tải điện lên trụ điện cho phù hợp với độ võng quy định.
* Khi
góc
võng
c
ủ
a
dây
càng
nh
ỏ
thì
l
ự
c
c
ă
ng
dây
càng
l
ớ
n.
*
Khi
góc
võng
c
ủ
a
dây
g
ầ
n
b
ằ
ng
0
thì
l
ự
c
c
ă
ng
dây
vô
cùng
l
ớ
n
3. Thiết kế phương án truyền động tời kéo dây tải điện
- Trong những năm gần đây khi kéo dây tải điện, sử dụng một số phương án tời kéo
dây tải điện khác nhau, mỗi phương án đều có ưu điểm, nhược điểm, do đó ta sẽ
phân tích và tìm hiểu mỗi phương án để đưa ra phương án tốt nhất cho thiết kế.
3.1. Phương án 1
1 2
6
I
3
4
5
II
9
7
8
4
3
2
1
L 5
* Ưu - nhược điểm của phương án 1:
- Ưu điểm:
Thay thế bộ truyền xích khi hỏng dễ dàng.
4
Hình 3-1 Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện phương án 1.
1- Trục khuỷu động cơ đốt trong; 2- Bánh đà;3- Đĩa ma sát; 4- Khớp nối đĩa chủ
động với vỏ ly hợp;5- Ly hợp; 6-Lò xo ép; 7- Hộp số; 8- Tang;
9- Bộ truyền xích; I- Bệ khung thứ nhất; II- Bệ khung thứ hai.
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
- Nhược điểm:
Khi làm việc bộ truyền xích hay hỏng và chóng mòn, khi mòn xích là nguyên nhân
làm mất khả năng làm việc của tời kéo, do đó khả năng kéo tải trọng lớn của tời
hạn chế.
3.2. Phương án 2
1
2
3
4
5
6 7
8
10
4 3 2
1
L 5
9
* Ưu - nhược điểm của phương án 2:
- Ưu điểm:
Do phương án 2 sử dụng thêm hộp giảm tốc, giữa các hộp giảm tốc không sử dụng
xích nên độ cứng vững cao hơn so với phương án 1.
Khi sử dụng thêm hộp giảm tốc, khả năng tăng tỷ số truyền cho tời kéo là dễ dàng,
khi tăng tỷ số truyền là tăng mômen kéo.
Từ hai ưu điểm trên làm cho khả năng kéo tải trọng lớn của tời được nâng cao.
- Nhựơc điểm:
Giá thành chế tạo cao do có thêm hộp giảm tốc
Khó đảm bảo độ đồng tâm giữa các trục của hộp giảm tốc số1 và hộp giảm tốc số2
5
Hình 3-2 Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện phương án 2.
1- Trục khuỷu động cơ đốt trong; 2- Bánh đà; 3- Đĩa ma sát; 4- Lò xo ép; 5- Ly hợp;
6- Hộp số; 7- Khớp nối các đăng; 8- Hộp giảm tốc số 1; 9- Hộp giảm tốc số 2;
10 –Tang
I- Bệ khung thứ nhất; II- Bệ khung thứ hai.
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
3.3. Phương án 3
7 8
9 10
12
13
11
14
15
4
3
2
1
1
2
3
4
6
5
L 5
I
II
* Ưu - nhược điểm của phương án 3:
- Ưu điểm:
Giữa hai bộ truyền của hộp giảm tốc không có khớp nối nên đảm bảo độ đồng tâm
giữa các trục
Ta chỉ sử dụng một hộp giảm nhưng vẫn có hai bộ truyền nên vẫn đảm bảo khả
năng tăng mô men
- Nhược điểm:
Giá thành chế tạo cao,
Kết cấu hộp giảm tốc phức tạp
.
6
Hình 3-3 Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện phương án 3.
1- Trục khuỷu động cơ; 2- Bánh đà; 3- Đĩa ma sát;
4- Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp; 5- Vỏ ly hợp; 6 – lò xo; 7- Ống mở;
8- Trục sơ cấp của hộp số; 9- Hộp số;10- Trục thứ cấp;11 – Trục trụng gian của hộp số;
12 –Khớp nối cac đăng; 13 – Hộp giảm tốc ; 14 – bánh cóc;
15 - Tang cuốn cáp I- Bệ khung thứ nhất; II – Bệ khung thứ hai;
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
3.4. Lựa chọn phương án bố trí tời kéo dây tải điện
- Qua phân tích ưu - nhược điểm ba phương án trên ta nhận thấy:
Phương án 2 so với phương án 1thì phương án 2 có kết cấu vững chắc, khả năng
kéo tải trọng lớn, ít hư hỏng hơn so với phương án 1, tuy nhiên giá thành cao hơn
phương án 1.
Phương án 2 sovới phương án 3 thì phương án 3 ít hư hỏng, di chuyển dễ dàng đảm
bảo độ đồng tâm giữa hai bộ truyền của hộp giảm tốc nên trong quá trình làm viêc
hệ thống tời ít bị rung .
Để kéo dây tải điện lên các trụ điện và kéo căng dây tải điện với tải trọng định mức
là 5 tấn như yêu cầu thiết kế, ta chọn phương án 3 làm phương án thiết kế cho tời
kéo dây tải điện.
3.5. Nguyên lý truyền động của tời kéo dây tải điện.
- Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện được trình bày như hình 3-4
-
Nguyên lý làm việc tời kéo dây tải điện như sau: Sau khi quấn khoảng 5 vòng dây
cáp vào tang, ta cho động cơ khởi động không tải khoảng 1 phút (ta đạp bàn đạp ly
hợp để tách trục khuỷu động cơ khỏi các bộ phận truyền lực phía sau), lúc đó hộp
số ở vị trí trung gian và tất cả các bộ phận phía sau hộp số chưa làm việc, sau khi
động cơ khởi động xong muốn cho tang quay ta bắt đầu nhả bàn đạp ly hợp và lần
lượt vào số 1, 2, 3, 4 và 5, làm cho các bộ phận sau hộp số là hộp giảm tốc và các
khớp nối làm việc, tang quay và kéo dây tải điện đi lên các trụ điện. Khi tời kéo bắt
đầu làm việc (lúc này đường dây có độ võng lớn nên lực kéo nhỏ), để kéo dây được
nhanh chóng cần phải tăng tốc độ kéo, do đó phải chuyển số từ số thấp lên số cao.
7
Hình 3-4 Sơ đồ truyền động tời kéo dây tải điện
1- Trục khuỷu động cơ; 2- Bánh đà; 3- Đĩa ma sát;
4- Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp; 5- Vỏ ly hợp; 6- lò xo;
7- Ống mở; 8- Trục sơ cấp của hộp số; 9- Hộp số;10- Trục thứ cấp;
11- Trục trụng gian của hộp số; 12 -Khớp nối cac đăng; 13 -Hộp giảm tốc số ;
14-bánh cóc; 15 - Tang cuốn cáp;I-Bệ khung thứ nhất ;II-Bệ khung thứ hai
7 8
9 10
12
13
11
14
15
4 3 2
1
1
2
3
4
6
5
L 5
I
II
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
Khi kéo đường dây dễ bị vướng trên puly tại chỗ nối cáp mồi và vướng cây trên
đường kéo nên tời kéo dây dừng lại, khi bị dừng ta chuyển số sao cho nó ở vị trí
trung gian, chờ sau khi công nhân gỡ vướng xong ta lại cho tời kéo làm việc tiếp.
Lúc này tời kéo làm việc như lúc mới bắt đầu, do đó ly hợp phải đóng mở thường
xuyên để chuyển số cho phù hợp với từng giai đoạn kéo dây. Trong tời kéo dây tải
điện có nhiều hộp giảm tốc và việc hộp số có nhiều số cấp như vậy nhằm mục đích
để thay đổi tỷ số truyền, mômen và tốc độ cho phù hợp với tải trọng yêu cầu khi
truyền tải. Do thực tế công việc xây lắp các đường dây tải điện ở các địa hình đồi
núi phức tạp, tời kéo dây tải điện thường xuyên di chuyển khó khăn, nên ta tách
nhỏ tời kéo là cần thiết. Cho nên mục đích là làm hai bệ khung, bệ khung thứ nhất
gồm có động cơ, ly hợp và hôp số; bệ khung thứ hai gồm hộp giảm tốc va tang
cuốn cáp, làm như vậy sẽ dễ di chuyển mà vẫn đảm bảo độ cứng vững khi kéo dây
tải điện, khi sử dụng chỉ cần lắp hai bệ khung lại với nhau bằng bulông.
4. Tính chọn các bộ phận.
4.1. Tính chọn cáp.
Đường kính cáp được chọn theo [7]
đ
SSn
≤
max
.
(4.1 )
Trong đó: S
max
– Lực kéo cáp tối đa khi làm việc, N
S
đ
– Lực kéo đứt của cáp được xác định trên máy thử kéo đứt cáp mẫu
của nhà chế tạo và cho trong bảng tiêu chuẩn tùy thuộc vào loại cáp, đường kính cáp
và giới hạn bền của vật liệu sợi thép.
n- Hệ số an toàn bền của cáp được tra theo tiêu chuẩn tùy theo loại
máy và chế độ làm việc.
• Lực căng cáp lớn nhất S
max
được xác định như sau:
b
a
Q
S
η
.
max
=
[N] (4.2)
Q - Tải trọng định mức theo yêu cầu thiết kế, [N];
g - Gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81(m/s
2
);
b
η
- Hiệu suất tang, chọn theo [7]
b
η
= 0,97
a – bội suất của cáp, a =1;
Thay số vào [4.2] ta được:
[ ]
NS 50567
97,0
81,9.5000
max
==
• Chọn hệ số an toàn bền: n = 5,0
8
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
• Lực kéo đứt tính toán: S
đ
= S
max
.n = 50567.5,0 = 252835[N]
Căn cứ vào S
đ
tính toán ở trên ta chọn:
Cáp bện đôi kiểu ЛK-3( ГOCT 7667-69) có đường kính d
c
= 12[mm],
]/[2000
2
mmN
b
=
σ
, S
đ
= 258000[N]. Vậy cáp đã chọn hợp lý.
4.2. Chọn và tính tang.
- Trong tời kéo dây tải điện, tang dùng để kéo dây tải điện biến chuyển động quay
dây cáp mồi quấn trên tang thành chuyển động tịnh tiến ở đầu ra tang để kéo dây tải
điện.
- Theo như giới thiệu ở trên ta lựa chọn tang ma sát có đường kính thay đổi, dây
cáp mồi được giữ trên bề mặt của tang chỉ nhờ lực ma sát giũa các vòng dây cáp và
tang, sơ đồ tính tang được trình bày trên hình 4-1
Trong đó:
S
1
– Tải trọng kéo lớn nhất, [N];
S
min
– Lực giữ dây cáp, [N];
S
max
– Lực căng cáp lớn nhất, [N];
- Số vòng dây cáp (n) cuốn lên tang ma sát được tính từ điều kiện dây cáp không bị
trượt lên tang, theo công thức Ơle [7]:
nff
eSeSSS
.2
min
.
min1max
..
πα
===
Suy ra:
ef
SS
n
lg..2
lglg
minmax
π
−
=
Trong đó: e – hằng số lôgarit tự nhiên e = 2,718;
f – hệ số ma sát giữa cáp và bề mặt tang, (f = 0,1÷0,2);
α – là góc ôm dây, α ≈ 2πn;
n – số vòng quấn cáp;
- Lực căng cáp lớn nhất S
max
được xác định như sau:
b
a
Q
S
η
.
max
=
[N]
9
D
min
L
t
S
max
S
min
D
max
S
1
S
min
S
max
Tang cuốn cáp
ϕ
Hình 4-1. Sơ đồ tính tang ma sát có đường kính thay đổi.
(4.3)
(4.4)
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
Q - Tải trọng định mức theo yêu cầu thiết kế, [N];
g - Gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81(m/s
2
);
b
η
- Hiệu suất ròng rọc (tang), chọn theo [7]
b
η
= 0,
a – bội suất của cáp, a =1;
Thay số vào (4.4)ta được:
[ ]
NS 50567
97,0
81,9.5000
max
==
Lực căng cáp (S
min
) ở nhánh đi ra từ tang do công nhân kéo, chọn theo [8]:
[ ]
NS 100
min
=
n
99,4
718,2lg.2,0.14,3.2
100lg50567lg
=
−
=
[vòng]
Chọn n = 5 [vòng]
- Xác định kích thước cơ bản của tang:
- Chiều dài tang cuốn cáp được tính theo [7]:
Gọi L
t
– Chiều dài tang cuốn cáp, thì theo [7]:
L
t
> n.t [m]; (4.5)
Ở đây:
n - Số vòng dây cáp quấn trên tang, n = 5 [vòng]
t - Bước dây cáp, chọn theo [7], t = 14 [mm]
Thay các giá trị vào (4.5) ta được: L
t
> 5.1 = 70 [mm]
Do yêu cầu dây cáp mồi nằm gọn trên tang và có hệ số an toàn cao khi làm việc nên
chọn: L
t
= 250 [mm]
- Đường kính tang:
Tang ma sát có đường kính thay đổi nên ta xác định đường kính lớn nhất (D
max
)và
đường kính nhỏ nhất (D
min
) theo [7]:
D
min
≥
e.d
c
[m]; (4.6)
Trong đó:
e - Hệ số phụ thuộc vào loại máy và chế độ làm việc [7], e = 20;
d
c
- Đường kính dây cáp chọn theo [7], d
c
= 12 [mm]
Suy ra: D
min
≥
20.12 = 240 [mm]
Chọn D
min
= 240 [mm]
Đường kính lớn nhất của tang (D
max
)được xác định theo điều kiện dây cáp có thể
trượt về vị trí cũ là góc nghiêng thay đổi đường kính φ phải lớn hơn góc ma sát ρ
giữa dây cáp và tang [7]:
f
- Hệ số ma sát giữa dây cáp và tang theo [7] chọn
2,0
=
f
;
10
Thiết kế tời kéo dây tải điện 5 tấn
tgφ >
f
= tgρ hay φ > ρ
Mặt khác, từ hình (4.1) ta có:
2,0
2
minmax
≥
−
≅
t
L
DD
tg
ϕ
minmax
.2,0 DLD
t
+=→
[mm]
Vậy D
max
= 0,2.250 + 240 = 290 [mm]
Chọn D
max
= 300 [mm]
4.3. Tính chọn động cơ :
- Để chọn động cơ dẫn động ta căn cứ vào tải trọng kéo và tốc độ kéo yêu cầu của
tời kéo khi đạt tải trọng định mức và khi không đạt tải trọng định mức.
Theo yêu cầu thiết kế tải trọng định mức là Q = 5000.9,81=49050 [N]
Qua thực tế đã thử nghiệm theo [10], ta có tốc độ kéo khi ở tải định mức là:
V
k
= 0,125 [m/s]
Khi kéo dây tải điện mà dây còn ở độ chùn, tải trọng trung bình trong trường hợp
này theo [10] là: Q’ = 14715 [N] và tốc độ kéo: v’
k
= 0,2 [m/s]
Xác định công suất cần thiết của động cơ [1]:
N
đc
=
η
.1000
.
k
vQ
[KW]
Trong đó:
η- Hiệu suất tời kéo dây tải điện [1]:
η = η
1
η
2
η
3
η
4
η
5
η
1
- Hiệu suất hộp số [9]: η
1
= 0,86÷0,92
Chọn η
1
= 0,90
η
2
- Hiệu suất các khớp nối [6]: η
2
= 1
η
3
- Hiệu suất bộ truyền bánh răng côn [1]: η
3
= 0,95÷0,97
Chọn
η
3
= 0,96
η
4
- Hiệu suất bộ truyền trục vít bánh vít [1]: η
4
= 0,70÷0,80
Chọn η
4
= 0,75
η
5
- Hiệu suất của tang [7]: η
5
=0,96÷0,98
Chọn η
5
= 0,97
Vậy : η = 0,90.0,96.0,75.0,97 = 0,62
Công suất yêu cầu đối với động cơ khi ở chế độ tải trọng định mức và tốc độ kéo ở
tải trọng này:
N
đc1
=
62,0.1000
125,0.49050
= 9,89 [KW]
11