Cc nâng cần trục tháp

1.1 Phân tích chung
1.1.1 Yêu cầu khi tính toán và thiết kế cơ cấu nâng
Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng. Ngoại lực là trọng lưc
và lực quán tính tác dụng lên vật nâng.Có hai loại cơ cấu nâng :Cơ cấu nâng dẫn động
bằng tay, và cơ cấu nâng dẫn động bằng điện. Do cơ cấu dẫn động bàng tay không phù
họp yêu cầu thiết kế nên ở đây không đi vào phân tích.
Còn cơ cấu nâng dẫn động bằng điện, do tính chất quan trọng và yêu cầu cao nên cơ
cấu phải đảm độ an toàn, độ tin cậy,độ ổn định cao khi làm việc. Do đó,cơ cấu nâng phải
được chế tạo nghiêm chỉnh với chất lượng tốt của tất cả các khâu, khác với cơ cấu bằng
tay, ở đây dùng tang kép quấn một lớp cáp, có cắt rãnh đảm bảo độ bền lâu cho cáp.Bộ
truyền phải được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín, ngâm dầu, bôi trơn tốt, các 0 trục
thường dùng 0 lãn.Thiết bị phanh hãm thường dùng là phanh má thường đóng.
1.1.2 Cơ cấu nâng
Các số liệu ban đầu:
• Trọng tải :

Q = 2T = 20000N

• Trọng lượng bộ phận mang: Qm= 400N
• Khẩu độ:
•

L = 9 (mét).

Độ cao nâng: H = 6(mét).

• Vận tốc nâng:

vn

= 5 (m/phút).

Chế độ làm việc của các cơ cấu là chế độ trung bình
1.2 Tính toán cơ cấu nâng:
1.2.1 Chọn loại dây cáp:
Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, ta chọn cáp để làm dây cho cơ
cấu là loại dây có nhiều ưu điểm hơn các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và loại
dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay.


Ta không chọn dây xích vì xích nặng hơn khoảng 10 lần so với cáp, xích có thể đứt
đột ngột do chất lượng mối hàn kém (nếu là xích hàn).
Trong các kiểu kết cấu dây cáp thi kết cấu kiểu JIK-P theo TOCT 2588-55 có tiếp
xúc đường giữa với các sợi thép các lóp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng
rãi. Vật liệu chế tạo là các sợi thép có dưới hạn bền 1200-2100(N/mm 2). chọn cáp LK-O6x19+7x7.
Loại cáp này LK, với 6 dánh, mỗi dánh 19 sợi có lóp sợ thép ngoài cùng như nhau,
lỏi thép của dánh được bện từ 7 dánh, mỗi dánh 7 sợi thép
Với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1600-1800N/mm2.
1.2.2 Palăng giảm lực
Đe giảm lực căng và tăng tuổi thọ cho dây cáp của cơ cấu nâng khi nâng với tải
trọng lớn ta dùng một palăng.
Trên cầu lãn dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang. Do cầu lăn thực hiện việc
nâng hạ vật nâng theo chiều thẳng đứng nên để tiện lợi trong khi làm việc ta chọn palăng
kép có hai nhánh dây chạy trên tang, tương ứng với trọng tải cầu lăn chọn bội suất palăng
a=2. 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 cápcuốn lên tang khi nâng vật:
S max =

Q0 (1 − λ )
m(1 − λ a ).λ t

Trong đó:
•
•

Q0 = Q + Qm = 20000 + 400 = 20400 N
λ = 0.98

- là hiệu suất một ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên ổ lăn.

• a=2: bội suất của palăng.
• m=2: số nhánh cáp cuốn lên tang.


• t=0: vì số dây cáp trực tiếp cuốn lên tang không qua ròng rọc chuyển hướng.
S max =

Vậy

Q0 (1 − λ )
20400 × (1 − 0.98)
=
= 5151.5( N )
a
t
m(1 − λ ).λ
2 × (1 − 0.982 ) × 0.980

Hiệu suất palăng được xác định theo công thức:
ηp =

Q0
20000 + 400
=
= 0.99
m.a.Smax 2 × 2 × 5151.5

1.2.3 Tính kích thước dây cáp :
Kích thước dây cáp được chọn dựa vào công thức:
S d ≥ S max .n

Trong đó:
•
•

Sd

: Lực kéo đứt dây;

S max

: Lực căng lớn nhất trong dây.

• n=5.5: là hệ số an toàn.
S d ≥ 5151.5 × 5.5 = 28333.25

(N)

Xuất phát từ điều kiên với loại dây đã chọn trên, với dưới hạn bền của sợi
σ b = 1600M / mm 2

Sd = 28333.25 N

. Chọn đường kính dây cáp d c = 16.5 mm có lực kéo đứt là

. Vậy dây cáp được chọn đạt yêu cầu.

1.2.4 Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc
a) Đường kính tang:
Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc phải thích họp với cáp để
tránh cáp bị uốn nhiều gây ra mỏi và đảm bảo độ bên lâu cho cáp.


Đường kính nhỏ nhất cho phép của tang được xác định theo công thức:
Dt ≥ d c (e − 1) ⇒ Dt ≥ 16.5 × (25 − 1) = 396mm

e=25 hệ số đường kính tang.
Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau : Dt= Dr= 400(mm)
Ròng rọc cân bàng không phải là rọc làm việc nên có thể chọn đường kính nhỏ hơn
20%, so ròng rọc làm việc.
Dc= 0,8. Dr= 0,8.400 = 320(mm).
b) Chiều dài tang:
Chiều đài sơ bộ của tang là:
L ' = L0 '+ 2 L1 + 2 L2 + L3 = 800mm

1.2.5 Chọn động cơ điện:
Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải được xác định:
N=

Với

Q0 .Vn
60.1000η

η = η p .ηt .η0 = 0.87

•
•
•

η p = 0.97
ηt
η0

-là hiệu suất của cơ cấu bao gồm:

- hiệu suất của pa lăng

=0.96- hiệu suất tang
=0.94- hiệu suất của bộ truyển kể cả khớp nối
N=

Vậy

Q0 .Vn
20400.5
=
= 1.954kW
60.1000η 60 × 1000 × 0.87

Ta chọn động cớ có đặc tính sau đây:

• Công suất khi nâng vật:

N dc = 7kW

• Số vòng quay danh nghĩa: 723v/ph

• Hệ số quá tải:

M max
=3
M dn

• Mômen vô lăng:
•

(Gi , Di2 ) roto = 44 Nm 2

Cos ϕ = 0.69

• Khối lượng động cơ

mdc = 435kg

1.2.6 Tỉ số truyền chung
Tỷ số truyền chung tữ trục động cơ đến trục tang:
i0 =

ndc

nt

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

vn .a
5× 2
=
= 7.65v / ph
π .D0 3,14 × (0.4 + 0.0165)

a: bội suất palăng.
i0 =

Vậy tỉ số truyền cần có:

ndc 723
=
= 94.5
nt 7.65

1.2.7 Kiểm tra nhiệt
Động cơ điện đã chọn các công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu
khi làm việc, do đó phải được kiểm tra về nhiệt.
Đe kiểm tra đựơc nhiệt động cơ, ta lần lượt xác định các thông số tính toán trong
các thời kỳ làm việc khác nhau của cơ cấu.
Các thông số cần xác định :


• Hiệu suất của cơ cấu không tính hiệu suất palăng khi làm việc với vật nâng

trọng lượng bàng trọng tải

η = ηt .η0 = 0.96 × 0.92 = 0.88

• Momen trục động cơ khi nâng vật, theo công thức
Mn =

S max .D0 .m 5151.5 × 0.465 × 2
=
= 28.8 Nm
2.i0 .ηt
2 × 94.5 × 0.88


• Lực căng dây trên tang khi hạ vật, theo công thức
Smax =

Q0 (1 − λ )
20400 × (1 − 0.98)
=
= 5151.5( N )
a
t
m(1 − λ ).λ
2 × (1 − 0.982 ) × 0.980

• Momen trục động cơ khi hạ vật, theo công thức
S h .D0 .m.η 5151.5 × 0.4165 × 0.88
=
= 10 Nm

2.i0
2 × 94.5

Mh =

• Thời gian mở máy khi nâng vật theo thức:
β ∑ (Gi Di 2 ).n1
Q0 .Do .n1
t =
+
375( M m − M n ) 375( M m − M n ).a 2 .i02 .η
n
m

Với: Mm Momen mở máy của động cơ, đối với động cơ đã chọn là động
cơ điện xoay chiều kiểu dây cuốn, Mm xác định theo công thức:

Mm =

(1,8 ÷ 2,5) M dn + 1,1× M dn
= 1,8M dn
2

M dn = 9550.

N dc
7.65
= 9550.
= 101.05 Nm
ndc

723

Mm=1.8x101.5=182.7Nm
Do đó ta có:
• Gia tốc mở máy:
J=

vn
60tmn

• Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định:
tv =

60.H 60 × 6
=
= 72s
vn
5


Ta tính toán các thông số cho trường hợp Qi=Q. các trường họp Q2; Q3 cũng tương
tự, kết quả phép tính các thông số cho các trường họp tải trọng khác nhau được ghi theo
bảng dưới đây:

Các thông số cần tính
η

Đơn vị

Sn

Sh
Qo
Mn
Mh
Tm
Tv

N
N
N
Nm
Nm
S
S

Q1=Q

Q2=0.5Q

Q3=0.3Q

0.87

0.84

0.75

5151.5
5151.5
20400

28.8
10
0.823
0.14

2524.2
2524.2
9969
14.11
4.9
0.456
0.218

3503.2
3503.2
13872
19.584
6.8
0.376
0.238

Moment rung bình có thể xác định theo công thức gần đúng:
M tb =

M m2 ∑ tm + ∑ M t2tv

∑t

= 56, 6 Nm

Trong đó:
•
•

Mt
tv

- momen cản tĩnh.

-thời gian chuyển động ổn định.

• Mm- momne mở máy của động cơ.
Công suất trung bình của động cơ phát ra:
Ntb =

M tb .ndc 56, 6 × 723
=
= 4.3kW
9550
9550

Mà công suất khi nâng vật là 7kW nên thoả điều kiện làm việc.

Ghi chú