đồ án tốt nghiệp TÍNH TOÁN THIẾT kế bộ máy và kết cấu THÉP của CỔNG TRỤC HAI dầm tải TRỌNG 20 tấn, KHẨU độ 3,5m + bản cad

------------------------------------------------------------------------------------------------------Mục Lục

-----------------------------------------------------------------------------------------------------1


------------------------------------------------------------------------------------------------------Lời Nói Đầu
Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Nên nhu cầu về
xây dựng là rất lớn. Để xây dựng các công trình lớn, hiện đại đòi hỏi tiến độ thi công
và chất lượng công trình ngày càng cao. Cùng với sự phát triển của ngành Xây dựng
thì ngành Máy Xây Dựng cần đáp ứng nhu cầu về tiến độ thi công và hiệu quả kinh tế
của công trình xây dựng. Vì vậy bên cạnh việc tăng cường đầu tư về tài chính thì việc
áp dụng những công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm
cũng như đảm bảo tiến độ thi công là việc làm hết sức cần thiết. Việc xây dựng các
công trình thuỷ điện bến cảng cầu đường không thể hoàn thành và đảm bảo chất
lượng nếu không sử dụng các máy làm đất và các thiết bị gia cố nền móng, các thiết
bị sản xuất vật liệu và nhiều thiết bị khác có tính năng kỹ thuật phù hợp. Chính vì
những lí do trên, máy xây dựng ngày càng có ý nghĩa và vai trò lớn hơn trong công
tác xây dựng cơ bản nói riêng và nền kinh tế nói chung.
Sau khoảng thời gian học tập và nghiên cứu ở trường thì đồ án tốt nghiệp là sự
hệ thống lại toàn bộ những kiến thức đã học trước đó, chuẩn bị cho quá trình ra
trường đi làm sau này. Cụ thể trong đồ án này là thiết kế “TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
CÁC BỘ MÁY VÀ KẾT CẤU THÉP CỦA CỔNG TRỤC HAI DẦM TẢI
TRỌNG 20 TẤN, KHẨU ĐỘ 3,5M”. Trong quá trình làm ĐATN được sự hướng
dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn và đầy
đủ khối lượng được giao.
Do hạn chế về kinh nghiệm thực tế, tài liệu tham khảo và trình độ chuyên môn
của bản thân nên nội dung của đồ án còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được
những nhận xét, đóng góp của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện.
Hà Nội, Tháng năm
Sinh viên thực hiện

-----------------------------------------------------------------------------------------------------2


-------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------3


------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỔNG TRỤC
1.1. Khái niệm
Cổng trục có kết cấu thép giống như khung cổng, kết cấu tầng trên giống như
dầm cầu trục, khác với cầu trục cổng trục có chân nên di chuyển được trên đường ray
đặt ngay trên nền. Các bộ máy (nâng hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cổng
trục) tương tự như đối cầu trục, dùng dẫn động điện (dẫn động độc lập) nhờ nguồn
điện công nghiệp.
Tải trọng của cổng trục nằm trong khoảng từ 1÷ 500 tấn, khẩu độ L = 10÷40m,
chiều cao 4 ÷ 32 m. Đối với loại cổng trục có khoảng cách giữa 2 đường ray trên 30m
và có hai công son ở hai phía dùng để bốc dỡ hàng rời bằng gầu ngoặm người ta
thường gọi là cầu chuyển tải. Tải trọng nâng của cầu chuyển thường từ 15 ÷ 30 tấn,
chiều dài cầu (kể cả phần công son) có thể đến 130m, tốc độ nâng gầu ngoặm đến
1m/s tốc độ di chuyển xe con đến 3m/s.

Hình 1.1: Cổng trục
1.2. Phân loại
Có nhiều cách để phân loại cổng trục. Người ta dựa vào tải trọng nâng, khẩu độ,
hình dạng kết cấu thép, chế độ làm việc, tốc độ nâng và di chuyển.
1.2.1. Dựa vào tải trọng nâng
Thường thì cổng trục có tải trọng nâng từ 5 ÷ 30 tấn, có loại có thể nâng
đến hàng trăm, hàng nghìn tấn.
Người ta sơ bộ chia ra các loại tải trọng nâng:

-----------------------------------------------------------------------------------------------------4


------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhẹ: < 5 tấn
- Trung bình: 5 ÷ 20 tấn
- Nặng: 20 ÷ 80 tấn
- Rất nặng: > 80 tấn
*Cổng trục có tải trọng nâng nhẹ:

Hình 1.2: Cổng trục tải trọng 5 tấn
*Cổng trục có tải trọng nâng trung bình:

Hình 1.3: Cổng trục tải trọng nâng 15 tấn
*Cổng trục có tải trọng nâng nặng:

-----------------------------------------------------------------------------------------------------5


-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.4: Cổng trục tải trọng nâng 30 tấn
*Cổng trục có tải trọng nâng rất nặng:

Hình 1.5: Cổng trục có tải trọng nâng 100 tấn
1.2.2. Theo số lượng dầm chủ
Cổng trục dầm đơn : Cấu tạo kiểu một dầm chính kết nối với hai chân và dầm
biên có 4 bánh xe chạy trên 1 đương ray ở dưới. Cổng trục dầm đơn được trang bị
một pa lăng hoặc một cơ cấu nâng di chuyển phía dưới dầm chính.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------6

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.6: Cổng trục dầm đơn
Cổng trục dầm đôi : Cấu tạo kiểu hai dầm chính kết nối hai chân và dầm biên có
bốn bánh xe chạy trên đường ray ở dưới. Cầu trục dầm đôi thường được trang bị một
pa lăng dầm đôi di chuyển phía trên dầm chính. Pa lăng dầm đôi có bộ khung pa lăng
với bốn bánh xe độc lập.

Hình 1.7: Cổng trục dầm đôi

1.2.3. Theo bộ máy di chuyển
*Cổng trục di chuyển bánh lốp:
-----------------------------------------------------------------------------------------------------7


-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.8: Cổng trục di chuyển bánh lốp
+ Ưu điểm: Cổng trục di chuyển bánh lốp có thể di chuyển được trong mọi địa
hình, tải trọng nâng lớn.
+ Nhược điểm : Cồng kềnh.
*Cổng trục di chuyển bánh thép:

Hình 1.9: Cổng trục di chuyển bánh thép
+ Ưu điểm: Tải trọng nâng lớn, dễ lắp đặt.
+ Nhược điểm: Di chuyển khó khăn vì chỉ di chuyển trên đường ray có sẵn ở
công trình làm việc.
1.3. Phạm vi sử dụng

-----------------------------------------------------------------------------------------------------8


------------------------------------------------------------------------------------------------------Cổng trục thường được sử dụng phổ biến để di chuyển nguyên vật liệu phục vụ
sản xuất, lưu kho hàng hóa, bốc xếp hàng hóa trong nhà xưởng, phục vụ kho bãi
ngoài trời, phục vụ tại các ga tàu hoặc bến cảng.
1.4. Giới thiệu cổng trục thiết kế
1.4.1. Đặc điểm làm việc của cổng trục thiết kế
a. Mục đích sử dụng của cổng trục thiết kế
- Cổng trục thiết kế để phục phụ các thiết bị và nâng hạ
b. Yêu cầu về tải trọng, cấu tạo và điều khiển
- Sức nâng của cổng trục Q = 20 (tấn); khẩu độ 3,5 (m); hành trình di chuyển
của xe con L = 2,5 (m);
- Chiều cao nâng: Từ mặt ray : 8 (m)
- Tốc độ nâng 8 m/0,8 m/phút.
- Tốc độ di chuyển xe con vxecon=10 (m/phút)
- Tốc độ di chuyển của cổng trục vcổng= 32,5 (m/ph)
- Chế độ làm việc nhẹ 15%. Điều khiển từ Cabin.
1.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cổng trục
a. Sơ đồ cấu tạo
Với nhiệm vụ thiết kế là cổng trục có sức nâng Q = 20 (tấn) và khẩu độ 3,5 m ta
lựa chọn phương án thiết kế là cổng trục hai dầm xe con di chuyển trên ray đặt trên
hai dầm.
Cổng trục này được thiết kế với khẩu độ nhỏ, với hai chân được liên kết cứng
với dầm. Như vậy sẽ giúp cho công việc lắp dựng đơn giản hơn, giảm thời gian do đó
tăng năng suất lao động.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------9

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.10: Sơ đồ cấu tạo cổng trục thiết kế
1: Cụm cơ cấu di chuyển; 2: Giàn leo cổng trục; 3: Chân cổng; 4: Ca bin;
5: Sàn công tác; 6: Xe con di chuyển; 7: Dầm chính; 8: Móc treo
b. Nguyên lý hoạt động
Hai đầu của các dầm chính được liên kết cứng với các dầm cuối tạo thành một
khung cứng đảm bảo độ cứng theo cả phương đứng và phương ngang. Xe con chạy
dọc theo các đường ray trên dầm chính. Trên xe con đặt cơ cấu nâng, cơ cấu di
chuyển xe con. Tùy theo công dụng của cổng trục mà trên xe con có 1 hoặc 2 cơ cấu
nâng. Trường hợp có 2 cơ cấu nâng thì cơ cấu nâng chính có tải trọng lớn, còn cơ cấu
nâng phụ có tải trọng nâng nhỏ hơn.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------10


-------------------------------------------------------------------------------------------------------

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ MÁY TRÊN CỔNG TRỤC
2.1. Tính toán, thiết kế cơ cấu nâng
2.1.1. Lựa chọn palăng cáp, đường kính tang và puly
Theo bảng 8 - [1]) ⇒ bội suất palăng a = 3
Lực căng max của palăng khi nâng vật:
Smax=

Q
2.a.η p .η r

(N)(2-1)

Trong đó:
Q: Tải trọng nâng max
Q = Qn+ Qmỏctreo= 200 + 3,76 = 203,76 (KN)
a: Bội suất pa lăng a = 3
η: Hiệu suất của puly. Chọn η = 0,97 (η = 0,97 ÷ 0,98)
r: Số pu ly đổi hướng cáp r = 0
ηp: Hiệu suất pa lăng
ηp =

1 − ηa
(1 − η).a

=

1 − 0,97 3
(1 − 0,97). 3

≈ 0,97

203760
2.3.0,93.0,97 0

⇒ Smax=
= 42,53 (KN)
Từ lực nâng Smax ta đi lựa chọn cáp kéo theo lực kéo tĩnh:
Smax.n ≤ {Sđ}
(2.2)
n : Hệ số an toàn bền của cáp chọn n = 4,5

⇒ {Sđ}≥ 42,53.4,5 = 191,385 (KN)
{Sđ}: Lực kéo đứt của cáp
Từ {Sđ}≥ 191,385 (KN) ta lựa chọn cáp bện đôi kiểu DIEPA 1315Z –14, có
đường kính cáp dc= 14 (mm).
{Sđ}= 198,5 (KN). σb= 1800 (N/cm2)
2.1.2 . Sơ đồ cụm dẫn động cơ cấu nâng

-----------------------------------------------------------------------------------------------------11


-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 2.1: Sơ đồ cụm dẫn động cơ cấu nâng
1: Động cơ; 2: Khớp nối ; 3: Phanh điện thuỷ lực; 4: Hộp giảm tốc;
5: Tang cuốn cáp; 6: Ổ đỡ; 7: Cụm móc treo
2.1.3. Chọn và tính toán kiểm tra bền cụm móc treo
Từ tải trọng nâng Q = 20 (tấn) ta chọn móc treo có kích thước (như hình vẽ 2.2)
(Tra [2])

Hình 2.2: Kết cấu móc treo
Vật liệu chế tạo móc treo tại mặt cắt nguy hiểm.Mặt cắt A –A và I – I.
a. Tại mặt cắt I-I
Tính theo sức bền kéo có:

-----------------------------------------------------------------------------------------------------12


------------------------------------------------------------------------------------------------------4.Q
π.d 2

σk =

≤ [σ]

(2.3)

Trong đó:
[σ]: Ứng suất bền cho phép [σ] = 5000÷ 6000 (N/cm2)
d : Đường kính chân ren d = 60 (mm) = 6 (cm)
4.200000
3,14.7 2

⇒ σk=
= 5199,5 (N/cm2)
Vậy mặt cắt I – I thoả mãn điều kiện bền kéo.
b. Tại mặt cắt A-A
Ta coi móc như thanh cong ứng suất max kéo thớ trong mặt cắt
σA=

42.Q.e 2
k.F.D

(N/cm2)

(2.4)

Trong đó:
- F: Diện tích mặt cắt A-A thay mặt cắt đang xét bằng 1 hình thang:
10,5 + 7,5
2

B1 .B 2
2

F=
.ho=
.8,4 = 75,6 (cm2)
- e2: Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt (tâm kéo) đến điểm phía trong
(thớ trong ):

Hình 2.3: Mặt cắt móc treo
e2=

2.B1 + B 2
B1 + B 2

.

ho
3

2.7,5 + 10,5 8,4
7,5 + 10,5 3

(cm)

e2=
.
= 4 (cm)
⇒ e1= 8,4 - 4 = 4,4 (cm)

- k : Hệ số phụ thuộc độ cong và hình dạng của mặt cắt móc (Hệ số dạng hình
học)
2.r
( B1 + B 2 ).h o

B 2 − B1
ho

k=
.{
(r + e1)}.ln
+ r: khoảng cách từ tâm móc treo đến mặt cắt

r + e1
r − e2

-(B2- B1) – 1

-----------------------------------------------------------------------------------------------------13


------------------------------------------------------------------------------------------------------D
2

r=
+ e2 (cm)
+ D : Đường kính lỗ móc D = 80 mm
15
2

⇒r=
+ 4 = 11,5 (cm)
Dựa vào biểu đồ xác định Hệ số k (Trang 26 – [1]).
Theo tỉ số:
B2
B1

h
D

10,5
7,5

= 0,8 và
=
= 1,4 .⇒ k= 0,615
Thay các giá trị vào công thức trên ta có:
σA=

2.200000
0,615.75,6.15

= 2294,2 (N/cm2)

c. Tại mặt cắt A’-A’
Điều kiện làm việc là vật treo 2 nhánh cáp làm với phương đứng 1 góc 450
Q
2

Q

2

Q2= . tgα = . tg 450=
Ứng suất max ở thớ trong mặt cắt:
σA’-A’=

2.Q 2 .e
k.F.D

Q
2

=

= 100.000 (N)
Q.e 2
k.F.D

200000.4
0,615.75,6.15

Q.e 2
k.F.D

=
Ứng suất tiếp trong mặt cắt A’-A’ :
Q.
F

(N/cm2)

= 1147 (N/cm2)

200000
75,6

τ= =
= 2645,5 (N/cm2)
⇒ Ứng suất tổng cộng trong mặt cắt A’- A’ theo thuyết bền thứ 3:
(1147) 2 + 4.( 2646,5) 2

σA’_A’=
= 5415,8 (N/cm2)
Ứng suất tổng cộng mặt cắt A-A theo thuyết bền:
(σ 2 A '_ A ' + 4.τ 2

(2294,2) 2 + 4.( 2646,5) 2

σA’_A’=
=
’
’
Tại mặt cắt A-A và A - A xét ứng suất pháp:

σA_Avà σA’-A’ < [σ]=

= 5768,8(N/cm2)

σ ch
n ch

Trong đó:
-----------------------------------------------------------------------------------------------------14


------------------------------------------------------------------------------------------------------+ σch: Giới hạn chảy. Với vật liệu chế tạo là thép 20 ta có σch= 25000 (N/cm2)
Vậy ứng suất max tại mặt cắt A’-A’và A-A thoả mãn điều kiện bền
Đối với đai ốc móc : Chiều cao đai ốc không nhỏ hơn
4.Q.t
π.(d 1 − d 2 ).P
2

H=

(cm)

(2.5)

Trong đó
+ t : Bước ren
+ P : Ứng suất theo dập P = (3000÷ 5000) (N/cm2) ứng với vật liệu đai ốc là thép
45 .Chọn P = 4000 (N/cm2)
Với ren hệ mét ta có thể chọn chiều cao đai ốc:
H = 1,2.d1= 1,2.8 = 9,6 (cm)
lấy H = 10 (cm)
Đường kính ngoài đai ốc DH= 1,8.d1= 1,8.8 = 14,4 (cm)
2.1.4. Lựa chọn ổ tựa cho móc treo
Vì móc treo chịu tác dụng chủ yếu của lực dọc trục vì vậy lựa chọn ổ tựa móc
treo là ổ bị chặn 1 dãy có đường kính trong d = 80 (mm),bằng đường kính cổ móc
d2=80 (mm).Kí hiệu ổ là 8316 cỡ trung có tải trọng tĩnh ổ chịu được là 346

(KN).Đường kính ngoài ổ D = 140 (mm)
*Kiểm tra khả năng chịu tải của ổ.
Ổ chọn phải đảm bảo: Q1 = k.Q < Co
Xét Q1= k.Q = 1,2.203760 = 244512 (N)
k: Hệ số an toàn k = 1,2
Xét Q1=244,51 (KN)< Covậy ổ được chọn thoả mãn vì Co= 346 (KN)
*Lựa chọn thanh ngang của móc
- Thanh ngang của móc chọn chế tạo là thép 45:
+ Có giới hạn bền σb= 61 (KN/cm2)
+ Có giới hạn chảy σch= 43 (KN/cm2)
+ Có giới hạn mỏi σ1= 25 (KN/cm2)
Ta giả thiết ảnh hưởng của lực cắt không đáng kể so với Mômen uốn và do vậy
thanh ngang được tính kiểm tra theo độ bền uốn.
Tải trọng tính toán Qtt= K.Qdn= 1,2.Qdn=1,2.203,76 = 244,512 (KN)
B : khoảng cách giữa 2 puly B = 200 (mm)
⇒ Mômen uốn:

Mu=
Mu=

Q tt .B
4

(KN.cm)

244,512.20
4

(2.6)

= 1222,25 (KNcm)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------15


------------------------------------------------------------------------------------------------------250

Ø72

64

B

A

200

Ø72

6
Ø8

B

A

Ø
15

3

Hình 2.4: Thanh ngang cụm móc treo
- Mômen chống uốn của mặt cắt ở giữa thanh ngang:
Mu
[ σ]

W=
(N/cm2)
(2.7)
+ [σ] : Ứng suất uốn cho phép của thanh ngang thay đổi theo chu kỳ mạch động
[σ]=

1,4.σ −1
{ n}.K '

=

1,4.σ −1
1,6.2,4

⇒ [σ]=

1,4.25.103
1,6.2,4

= 9,114.103 (N/cm2)

122,25
9,114

=>W =
= 134,1 (cm3)
- Mômen chống uốn của mặt cắt giữa thanh ngang ( Mặt cắt A-A):
W=

1
6

.(B1- d1).h2 (cm)

(2.8)

Trong đó:
+ d1= d2+ (2÷5 ) (cm)
d2: Đường kính đầu móc d2=85 (mm)
⇒d1= 85 + 4 = 89 (mm)
+ B1: Chiều rộng thanh ngang, có tính đến đường kính ngoài của ổ chặn móc D
B1= D1 + ( 10÷20)(mm)
B1= 140 + 15 = 155 (mm)
Vậy chiều cao thanh ngang:
6.W
6.1341
B1 − d1
155− 89
h=
=
= 11 (mm)
- Mômen uốn tại mặt cắt B- B:
-----------------------------------------------------------------------------------------------------16

------------------------------------------------------------------------------------------------------Q tt
2

203760 20 15,5
2
2
2

Mtt=
.(B/2 – e/2) =
.( Mtt= 229,23 (KNcm)
- Đường kính nhỏ nhất của ngõng trục lắp puly:
3

M utt
0,1.[σ]

)

229,23.103
0,1.9,114 .103

3

d=
=
= 6,3 (cm) lấy d=65mm
*Chọn ổ đỡ puly
Vì ổ puly làm việc dưới các chế độ tải trọng thay đổi, do đó tải trọng tương

đương được xác định như sau.
P1 .L1 + P2 .L + P 3 3 .L 3
3

3

3

2

L

P=
P1;P2; P3: Tải trọng tác động tương ứng với các khoảng thời gian tác động
L1,L2,L3.
Dựa vào biểu đồ gia tải tương ứng với cường độ làm việc nhẹ 15 % ta có biểu đồ
gia tải như sau (hình 2.5)
Q
QDn
1,0

0,095

0,05

O

0,4

0,7

1,0

Hình 2.5: Biểu đồ gia tải
3

(0,095.Q DN ) 3 .0,3L + Q 3 DN .0,4.L + (0,05.Q DN ) 3 .0,3.L .

3

0,4.203760.

⇒P =

⇒P =
= 43,357 (N)
Trong đó:
+ L : Thời gian phục vụ của ổ
60.n
10 6

L=
.Lh (giờ)
(2.9)
Lh Thời gian phục vụ của ổ theo bảng phụ thuộc vào chế độ làm việc .
-----------------------------------------------------------------------------------------------------17


------------------------------------------------------------------------------------------------------Với chế độ làm việc nhẹ 10 (năm)= 1000 giờ
n: Số vòng quay của pu ly cụm móc treo

60.v.(a − 1)
π.D p

n=
(v/ph)
a : Bội suất pa lăng a = 3
Dp: Đường kính puly Dp=410 (mm)
v: Vân tốc nâng vật v =

8
60

(2.10)

(m/s)

60.8.2
3,14.0,41.60

⇒n=
= 12,428 (v/ph)
Thay vào công thức trên ta có thời gian phục phụ ổ là:
60.12,428.10 3
10 6

L=
= 0,7456 (Triệu vòng)
Tải trọng tác dụng lên ổ là:
C = L1/α.P = (0,7456)1/3.43,357
C = 39,33 (N)

Từ tải trọng tác dụng lên ổ ta chọn ổ đỡ puly là ổ bi chặn kiểu 36217 cỡ nhẹ, với
các thông số kỹ thuật như sau:
d = 85 (mm); D = 150 (mm); d1= 106 (mm); B = 28 (mm);
đường kính bi: r = 19,84 (mm).
Hệ số khả năng làm việc C = 120 (KN); và Co=73 (KN)
Xét ổ lăn có khả năng tải tĩnh C = 120 (KN) lớn hơn tải trọng tác dụng lên ổ.
Vậy ổ lăn được chọn thoả mãn khả năng làm việc của ổ.
2.1.5. Tính toán cụm tang
- Xác định đường kính tang
Dt ≥ 19.14 = 266 (mm)
e : Hệ số phụ thuộc chế độ làm việc và loại máy trục
( Bảng 10 –[1] ) e = 20
Ta lựa chọn tang có đường kính Dt= 520(mm)(Trong [2])
Đường kính tang kể từ tâm lớp cáp thứ nhất:
D = Dt+ dc = 520 + 14 = 534 (mm)
- Chiều dài cáp có ích cuốn lên tang:
LK = H.a
H : Chiều cao nâng vật H = 21,5 (m) = 21500 (mm)
a : Bội suất palăng nâng vật a = 3
⇒ LK= 21,5.3 = 64,5 (m)
- Số vòng cáp làm việc cuốn lên tang:
-----------------------------------------------------------------------------------------------------18


------------------------------------------------------------------------------------------------------LK
π.( D t + d c )

64500
3,14.(520 + 14)

zlv=
=
zlv = 38,467 (vòng) chọn cáp làm việc zlv=38,5 (vòng)
- Số cáp toàn bộ cuốn lên tang:
z = zlv + zt
zt : Số vòng cáp giảm tải lên kẹp cáp zt = 1,5 (vòng)
⇒zl= 1,5.2.π.Dt= 1,5.3,14.520
⇔zt= 2449,2 (mm)
⇒ Tổng số vòng cáp cuốn lên tang:
z = zlv+ z t= 38,5 + 1,5= 40 (vòng)
- Chiều dài cáp tương ứng zdài= 3,14.520.40 ≈ 65,5 (m)
- Chiều dài phần tang tiện rãnh.
Lo= z.t = 40.0,018 = 0,72 (m)
z : Số vòng cáp cho một pa lăng đơn
t : Bước cáp t = dc+4 = 18 (mm)
⇒ Chiều dài toàn bộ của tang với tang là tang kép:
L = Lo+L1+2.L2 + L3
(2.11)
+ L1: Phần chiều dài tang dùng để kẹp cáp
+ L1= 4.t = 4.18 = 72 (mm)
+ L2: Phần chiều dài gờ tang L2= t = 18 (mm)
+ L3: Khoảng cách ở giữa tang (phần không tiện rãnh ) đảm bảo góc lệch cáp α
L3= L4+ 2.hmin.tgα
hmin: Khoảng cách giữa trục tang và trục puly của cụm móc treo khi cụm
móc treo ở vị trí trên cùng. hmin=2200(mm)
α : Góc nghiêng cho phép của cáp khi cuốn vào puly α = 40+60= 100
⇒ L3= 200 + 2.2200.tg100= 0,98 (m)
+ L4: Khoảng cách giữa 2 puly ngoài của cụm móc treo L4=200 (mm)
⇒ Tổng chiều dài toàn bộ tang
L = 0,711 + 0,072 + 2.0,018+ 0,98 = 1,8 (m)

Chọn tang có tổng chiều dài Lt= 1,8 (m)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------19


-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 2.6: Kích thước tang
Chiều sâu rãnh cáp trên tang .Với rãnh nông ta có:
C = 0,4.dc= 0,4.14 = 5,6 (mm)
Chiều dày của tang δ. Tính sơ bộ δ = 0,02.Dt+ 8 (mm)
Với vật liệu chế tạo tang là gang:
δ = 0,02.520 + 8 = 18,4 (mm).Chọn δ = 20 (mm)
- Kiểm tra bền tang:
Lt
Dt
Xét tỉ số
= 3,4 trên tang xuất hiện cả ứng suất do Mômen uốn và xoắn gây ra.
M 2.Smax.Dt
Wu
2.Wu
σu=
=
(KN/cm2)
3
π.Dt
3,14.(52)3
32
32
Wu=

=
= 13797,16 (cm3)

⇒ σu=

2.Smax.Dt
2.Wu

2.42,53.52
2.13797
,16
=
= 160,3 (N/cm2) = 0,1603 (KN/cm2)

Điều kiện bền tang thoả mãn ⇔σ1- ασ3≤ [σ]
Trong đó :
σu − σn
(σ u + σ n )2 + 4.τ 2
2
σ1=
+
;
σu − σn
(σ u + σ n )2 + 4.τ 2
2
σ3=
-

-----------------------------------------------------------------------------------------------------20

------------------------------------------------------------------------------------------------------70
σB
k 4,25
Xét σn=
=
= 16,47 (KN/cm2)
τ : ứng suất tiếp
2.42,53
2.42,53
D
2.Smax
52
π.( t )2 3,14.( )2
2
F
2
τ=
=
=
= 0,04 (KN/cm2)
α=

[σ K ]
[σ n ]

(σ u + σ n ) + 4.τ
2

⇒ σ1- ασ3 = (

.lấy α = 0,8
2

).1,8 + 0,2.(

σu − σn
2

)
0.16− 16,47
2
2
(0,16+ 16,47) + 4.0,04
2
⇒ σ1- ασ3 = (
).1,8+0,2.(
)
⇒ σ1- ασ3 = 28,3 (KN/cm2)
Xét [σ] = σb=70 (KN/cm2)> σ1- ασ3 .
Vậy tang thoả mãn điều kiện bền.
- Tính cặp đầu cáp trên tang:
Smax
e fα

So =
(KN)
(2.12)
+ So: Lực căng nhánh cáp tác dụng lên kẹp cáp
+ e =2,72 (cơ số ln)

+ f : Hệ số ma sát giữa cáp và tang f = 0,1 ÷ 0,16.Chọn f = 0,15
+ α : Góc cuốn của cáp tương ứng với số vòng giảm tải
α = 3π ÷ 4π .Chọn α = 4π
+ Smax: Lực căng cáp max Smax= 42,53 (KN)
42,53
2,720 ,15.4.π

So =
= 2,914 (KN)
β : Góc nghiêng rãnh kẹp 2. β = 800 ⇒β = 400

-----------------------------------------------------------------------------------------------------21


-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 2.7: Cụm cơ cấu kẹp cáp
- Lực tác dụng lên bulong kẹp cáp :
Chọn loại kẹp cáp là loại cặp rãnh thang. Lực tác dụng:
So
f+

f
sin 40 + f . cos 400
0

2,914
0,15
0,15 +
0,642 + 0,15.0,766

N=
=
N = 8,37 (KN)
Ứng suất tổng trong bu lông kẹp có kể đến lực uốn
1,3.n.N
π 2
.d 1 .z
4

n.N u .l
0,1.z.d 31

σ=
+
≤ [σ]K
+ n : Hệ số an toàn kép cáp n ≥ 1,5 chọn n = 1,5
+ z : Số bu lông kép z = 4
+ d1: Đường kính trong của bu lông d1= 14 (mm)
+ Nu: Lực uốn bu lông
Nu= N.

(2.13)

f
sin β
0,15
sin 400

Nu = 8,37.

= 1,953(KN)
+ 1,3 : Hệ số kể đến ứng suất do Mômen xoắn gây ra
+ [σ]K: Ứng suất kéo cho phép của bulong
[σ]K=

0,8.σ t
1,5

(KN/cm2). Chọn thép CT3 có σT = 22 (KN/cm2)

0,8.22
1,5

⇒ [σ]K=
= 11,73 (KN/cm2)
Ứng suất tổng trong bulong:

-----------------------------------------------------------------------------------------------------22


------------------------------------------------------------------------------------------------------1,3.1,5.8,37
π
.(1,4) 2 .4
4

1,5.1,953
0,1.4.(1,4) 3

σ=
+

= 2,652 (KN/cm2)
Xét thấy ứng suất cho phép của bulông [σ]K= [σ]ứng (ứng suất tổng)
Vậy bulong chọn thoả mãn điều kiện bền.
2.1.6. Tính toán trục tang
- Trục tang:
Bộ phận tang lắp trên trục và ổ trình bày trên hình vẽ sau (Hình 2.8). Vì ta sử
dụng pa lăng kép nén vị trí của hợp lực căng dây trên tang không thay đổi và nằm ở
điểm giữa tang.Trị số của hợp lực này bằng:
R = 2. Smax= 2. 42,53 = 85,06 (KN)= 85060 (N)
Sơ đồ tính trục tang cho trên hình 2.8 Tải trọng lên may ơ bên trái (Điểm D)

Hình 2.8: Sơ đồ kết cấu bộ phận tang
1: Trục vào nối với hộp giảm tốc; 2: ống tang; 3: Trục tang; 4: Gối đỡ
RA

RA =41584,9 (N)

A

D

200

RB

RA =43475,1 (N)

R =85060 (N)

1800

C

B

120

Mu (Nmm)
5208828 (Nmm)
8024530 (Nmm)

Hình 2.9: Biểu đồ nội lực trên trục tang
-----------------------------------------------------------------------------------------------------23


------------------------------------------------------------------------------------------------------880
1800

RD= 85060.
= 41584,9 (N)
Tải trọng lên may ơ bên phải điểm C:
RC= R – RD= 85060 – 41584,9 = 43475,1 (N)
Phản lực tại ổ B:
∑MB= 0
⇒RA=

R D .(1800 + 120) + R C .120
1800 + 320

41584,9.(1800 + 120) + 43475,1.120

1800 + 320

⇔RA=
= 40122,65 (N)
⇒RB= R – RA= 85060 – 40122,65 = 44937,35 (N)
Mômen uốn tại D:
MD= RA. 200 = 40122,65.200 = 8024530 (Nmm)
Mômen uốn tại C:
MC= RB. 120 = 43406,9.120 = 5208828 (Nmm)
Trục tang không truyền Mômen xoắn chỉ chịu uốn. Đồng thời trục quay cùng
với tang khi làm việc nên nó sẽ chịu ứng suất uốn theo chu kỳ đối xứng .
Vật liệu trục tang dùng thép 45 .với giới hạn bền σb= 600 (N/mm2)
Giới hạn chảy σ ch= 430 (N/mm2) và giới hạn mỏi σ -1’= 250 (N/mm2).ứng suất
uốn cho phép tính sơ bộ có thể xác định theo công thức sau:
σ ' −1
{n}.k '

250
1,7.2

[σ] =
=
= 78 (N/mm2)
Với n ; k’ : Hệ số an toàn và hệ số tập trung ứng suất (Bảng 1-5 [3]) n = 1,7 ; k’= 2
Tại điểm D trục phải có đường kính:
MD
0,1.{σ}

3

8024530
0,1.78

3

d=
=
Tại điểm C trục phải có đường kính:
3

MC
0,1.{σ}

3

= 100 (mm)

5208828
0,1.78

d=
=
≈ 90 (mm)
- Kiểm tra trục tại tiết diện có ứng suất tập trung lớn nhất. Tại tiết diện (I-I).tại D
lắp với trục tang có đường kính d = 110 (mm)
Ứng suất uốn lớn nhất:
σ u=

Mu
0,1.d 3

=

8024530
0,1.1003

= 82 (N/mm2)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------24


------------------------------------------------------------------------------------------------------Số giờ làm việc tổng cộng:
T = 24.365.A.kn.kng (giờ)
Trong đó:
+ A : tuổi bền tính toán .xuất phát từ chế độ làm việc và tuổi thọ phục phụ ta lấy
A = 10 (năm)
+ kn: Hệ số sử dụng trong năm kn= 0,25 ( Bảng 1-1 – [3] )
+ kng: Hệ số sử dụng trong ngày kng= 0,33 ( Bảng 1-1 – [3] )
⇒ T = 24.365.10.0,25.0,33 = 7227 (giờ)
Số chu kỳ làm việc tổng cộng:
Zo= 60.T.nt. (CĐ)= 60.7227.14,31.0,15 = 930765,33
Trong đó:
+ nt: số vòng quay thực tế của tang
v n .a
π.D o

8.3
3,14.(0,52 + 0,014)

n=

=
= 14,31 (v/ph)
+ CĐ : Cường độ làm việc của cơ cấu CĐ = 15%
Số chu kỳ làm việc tương ứng với các tải trọng Q1;Q2;Q3
3
5

Z1=

.Z0=

3
5

1
5

.9,3.105= 5,58.105
1
5

Z2= Z3= .Zo= .9,3.105 = 1,86.105
Số chu kỳ làm việc tương đương:
Ztđ= Z1.1 + Z2.0,095 + Z3.0,05
Ztđ= 5,58.105.1 + 1,86.0,095 + 1,86.0,05 = 5,8497.105
Hệ số chế độ làm việc:
8

107
Z td

8

107
5,8497.105

kc=
=
= 1,426
Giới hạn mỏi tính toán:
σ-1= σ’-1.kc= 250.1,426 = 356,5 (N/mm2)
Hệ số chất lượng bề mặt ở đây lấy β = 0,9 (Bề mặt gia công tinh )
Hệ số kích thước lấy ε = 0,7 (bảng tính CTM [4])
Hệ số tập trung ứng suất kσ= 1 (trục trơn)
Hệ số an toàn:
σ −1
kσ
σ
.σ n + −1 .σ m
ε.β
σb

365,5
1
365,5
.53,7 +
.0
0,7.0,9
600

nσ=
=
Hệ số an toàn cho phép theo bảng 1-8 {n}= 1,6
Vậy tiết diện tại D thoả mãn điều kiện an toàn.

= 4,288

-----------------------------------------------------------------------------------------------------25