Tài liệu THIẾT KẾ THIẾT BỊ KHAI THÁC CÁ docx

THIẾT KẾ THIẾT BỊ KHAI THÁC CÁ
( DESIGN OF FISHING CRAFT )
Chương I: TÍNH CHỌN CÁP VÀ TÍNH TỐN CƠ CẤU CHẤP HÀNH
1. Tính chọn cáp :
a. Tính chọn đường kính cáp :
- Lực kéo cực đại trên cáp: P
max
= k
đ.
P
đm
Trong đó: P
đm
= 600(KG) – lực kéo định mức trên tang
k
đ
= 2 -

hệ số động ( k
đ
= 1,6 ÷2 )
⇒ P
max
= 2. 600 = 1200 ( KG)
- Lực kéo đứt cáp: P
đ
= n.P
max
Trong đó: n = 3,4 – Hệ số dự trữ ( n

= 3 ÷ 4.5 )

⇒P
d
= 3,4.1200 = 4080 (KG)
Với tời lưới kéo ta chọn cáp thép có giới hạn bền: σ
b
=160 KG/mm
2

(σ
b
=150 ÷ 180 KG/mm
2
)
Tra bảng phụ lục P1-1, ta chọn được cáp có các thông số sau:
+ Đường kính:
• Cáp: d
c
= 15 ( mm)
• Sợi cáp: Lõi = 1,3 (mm)
Lõi I = 0,65 (mm)
Lõi II = 1,2 (mm)
+ Diện tích tiết diện ngang: S
c
= 86,91 (mm
2
)
+ Trọng lượng cáp trên 100m cáp: Q = 81,02 (kg)
b. Kiểm tra bền cáp .
Kiểm tra độ bền cáp bằng phương pháp thử lại hệ số dự trữ thực tế:
chon

dthuc
tt
n
P
P
n
≥=
max
⇔ n
tt
= 11800: 3400 = 3,47 > n
chọn
= 3,4
⇒ Cáp chọn đủ bền
c. Xác định chiều dài cáp cần thiết
Chiều dài cần thiết của cáp L
C
hồn tồn phụ thuộc vào chiều sâu đánh bắt, tốc độ dắt
lưới và trọng lượng của cáp trong nước. Ta có thể xác định chiều dài cần thiết của cáp thông
qua kinh nghiệm và thực tế đánh bắt.
Qua kinh nghiệm thực tế để đảm bảo lưới kéo đúng hướng thì chiều dài của cáp và
độ sâu đánh bắt có quan hệ với nhau như sau:
Chiều sâu đánh bắt h

(m) Tỷ số
h
Lc
< 50
50 ÷300
7 ÷ 6

6 ÷ 3
300 ÷ 600
> 600
3 ÷ 2.2
2.2 ÷ 1.9
Theo đề độ sau đánh bắt của tàu: h = 120 (m)
Ta chọn tỷ số L
c
/ h = 4 ⇒ L
c
= 4. 120 = 480 (m)
2. Tính tốn cơ cấu chấp hành.
a. Tang ma sát.
Tang ma sát đơn thường được chế tạo bằng phương pháp đúc. Vật liệu chế tạo thường
là Gang, hợp kim Nhôm, hợp kim Đồng.
Tang ma sát đơn được chọn theo tiêu chuẩn
nghề cá liên xô cũ (OH9 – 47 – 58 ) dựa vào đường
kính cáp thép d
c
. Tra bảng phụ lục P2 theo d
c
=15,0
(mm) ta có các thông số kỹ thuật của tang:
+ Đường kính trống tang: D
0
= 270 (mm)
+ D
1
= 345 (mm)
+ D

2
= 445 (mm)
+ L
t
= 255 (mm)
+ Trọng lượng tang: Q
t
= 35 (kg)
b. Tang thành cao.
Vật liệu và phương pháp chế tạo:
- Vật liệu chế tạo tang thành cao
Tang thành cao được dùng để thu chứa cáp, lưới, nó có thể được chế tạo từ gang nhưng
Mác gang không thấp hơn GX15-32 hoặc từ thép đúc có mác không nhỏ hơn CT4. Ta chọn vật
liệu chế tạo là thép đúc.
- Phương pháp chế tạo tang thành cao
Về phương pháp chế tạo tang thành cao có nhiều phương pháp như Đúc, Hàn hoặc kết
hợp đúc – hàn và gia công cơ khí….. Phương pháp chế tạo ta chọn là Đúc.
Tính tốn các kích thước cơ bản của tang thành cao:
- Đường kính trống tang D
o
:
D
o
= C.d
c
= (16 ÷ 22).d
c
= 20 . 15,0 = 300 (mm)
- Bước cuốn cáp trên tang t :
t = d

c
+ a
Trong đó: a là hệ số tính đến sự sắp xếp không khít giữa
các vòng cáp cuốn trên tang và sự tăng đường kính cáp: a = 0,5
(mm) (a= 0,4 ÷ 0,8 (mm))
⇒ t = 15,0 + 0,5 = 15,5 (mm)
- Chiều dài tang L
t
và Đường kính thành bên D
b
:
L
t
, D
b
phụ thuộc vào dung lượng chứa cáp trên tang L
c
, lượng cáp dự trư L
dt
và số lớp
cáp n:
. L
t
= Z . t = (2 ÷ 2,8)D
O
= 2,4. 300 =720 (mm)
Với Z : Số vòng cuốn cáp trên tang.
d
dd
d

d
dd
dd
dd
d
d
dd
d
d
dd
d
d
dd
dd
dd
d
d
dd
dd
dd
d
d
dd
dd
dd
d
d
dd
d
d

dd
d
d
dd
dd
dd
d
d
dd
d
L
ct
= L
c
+ L
dt
= (5 ÷7)h + (4 ÷7)π.D
O
= (nD
o
+ n
2
d
c
)π.L
t
/ t
⇒ L
ct
= 5. 120000 + 6. 3,14. 300 = 605652 (mm)

Khi đó số lớp cáp chứa trên tang n được tính theo Công thức :
n = - 0.54C +
Zd
L
C
C
ct
..92.2
.3.0
2
+

Trong đó:
C
O
d
D
C
=
⇒ C = 300: 15 = 20;
t
L
Z
t
=
= 720: 15,5= 46,5 (vòng)
⇒ n ≈ 9,63 ⇒ n = 10 (lớp cáp)
. Đường kính thành bên của tang thành cao:
D
b

= 2.n.d
C
+ D
O
+ (2 ÷ 4)d
C
= 2. 10. 15,0 + 300 + 3. 15,0 = 645 (mm)
- Đường kính lớp cáp ngồi cùng :
D
n
= D
O
+ (2n - 1) d
C
= 300 + (2. 10 – 1).15,0 = 585 (mm)
- Đường kính trung bình lớp cáp:
D
tb
= (D
n
+ D
1
)/ 2
Với D
1
: Đường kính lớp cáp thứ nhất D
1
= D
0
+ d

c
=300 + 15 = 315 (mm)
⇒ D
tb
= (585 + 315)/ 2 = 450 (mm)
- Chiều dày trống tang δ:
Chiều dày trống tang được xác định thông công thức kinh nghiệm sau để tính :
δ = 0.02D
0
+ (6 ÷ 10) = 0,02. 300 + 9 =15 (mm)
- Chiều dày thành bên của tang δ
’
:
δ
’
= (0,7 ÷ 0,8) δ = 0,8. 15 = 12 (mm)
- Vận tốc vòng của tang thành cao n
t
:
tb
t
D
V
n
.
π
=
(v/ph)
Trong đó: V =70 (m/ph): vận tốc kéo cáp.
D

tb
= 0,45 (m):

đường kính trung bình của lớp cáp.
⇒ n
t
= 70: (3,14. 0,45) = 49,5 (v/ph)
b. Tính tốn gắn cáp lên tang thành cao bằng bulông – thanh đè:
- Từ đường kính cáp d
c
= 15,0 (mm) ta chọn thanh đè theo tiêu chuẩn ΓCOT 380- 60.
Làm từ vật liệu thép CT3. Tra bảng phụ lục P3, ta chọn thanh đè có các thông số tiêu chuẩn
sau:
d
c
R a b c d e S K.lượng
15,0 9 50 50 18 17 5,0 17 0,260
- Từ đường kính lổ thanh đè d = 17 ta chọn sơ bộ
bulông nén M16 theo tiêu chuẩn TCVN 2248 - 77.
Đường kính chân ren: d
1
= 13,8 (mm)
- Tính kiểm tra bulong (đường kính chân ren d
1
, và
số lượng bulong nén) như sau:
Lực kéo (lệch tâm) mà các bulong phải chịu là :
( )
)1(
1.

1
++
=
α
f
k
eff
S
N

Trong đó:
- S
k
: Lực căng cáp tại vị trí gắn cáp:
α
f
k
e
S
S
max
=
α : Góc ôm của các vòng cáp quấn thêm dự trữ, chọn α = 16
0
S
max
= P
max
= 3400 (KG)
- f : Hệ số ma sát giữa tang và cáp : f

= (0,12 ÷ 0,16), chọn f = 0,13
⇒
425
3400
16.13,0
==
e
S
k
(KG)
- f
1
: Hệ số ma sát giữa cáp với thanh đè:
2
1
Sin
f
f
β
=

β : Góc nghiêng rảnh thanh đè, β = 80
o
⇒ f
1
= 0,20
- α
1
: Góc ôm của cáp trên tang trong khu vực gắn cáp α

1
= 1,8.π = 5,65
⇒
( )
=
++
=
)1(20,013,0
425
65,5.13,0
e
N
417,5 (KG)
Số lượng các bulông nén được tính kiểm tra theo công thức:

[ ]
K
nd
lTk
nd
kN
δ
π
σ
≤+=
3
1
2
1
.1,0

..
4
.
.3,1

].[.314,0
......52,0
3
1
1
K
d
lTkdNk
n
σ
π
+
≥⇒
{1-18}
Trong đó: - T = 2.f
1
.N lực ma sát gây uốn bulông, T= 2. 0,20. 417,5 = 167 (KG)
- l :Khoảng cách từ điểm tiếp xúc giữa cáp với thanh đè đến bề mặt tang. l
= 0,88. d
c
= 0,88. 15 = 13,2 (mm)
- k = 2 : hệ số dự trữ bền (k ≥ 1,5)
- d
1
= 13,8 (mm): đường kính chân ren bulông

- [σ
K
] : Ứng suất kéo cho phép tùy thuộc vào vật liệu chế tạo bulong.
Với thép CT3 thì [σ
K
] = (50 ÷ 70) N/mm
2
, chọn [σ
K
] =60 N/mm
2

=
+
≥⇒
60.8,13.314,0
14,3.2,13.167.28,13.5,417.2.52,0
3
n
0,4 ⇒ chọn n = 1 bulông

Chương II CHỌN HÌNH THỨC DẪN ĐỘNG - XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT YÊU
CẦU – PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN CHUNG CHO HỘP GIẢM TỐC
1. Chọn hình thức dẫn động :
Theo yêu cầu của đề thiết kế, hình thức dẫn động là: Động cơ điện
2. Xác định công suất yêu cầu :
Công thức tính tốn công suất dẫn động yêu cầu:

gc
C

dm
yc
N
VP
N
+=
η
.1000.60
.
( KW )
Trong đó
- P
đm
=17000 ( N ) : Lực căng định mức trên dây cáp.
- V =70 (m/ph) : Vận tốc kéo cáp
- N
gc
: Công suất của cơ cấu gạt cáp, chọn N
gc
= 0,3 (KW)
- η
c
: Hiệu suất chung của máy tời được tính chọn dựa vào sơ đồ động cho trước:
......
tan
.
hopso
n
khopnoi
m

ôggaccap
C
ηηηηηη
=
chọn η
gạc cáp
= 0,98 ; η
tang
= 0,95 ; η
hộp số
=0,97
chọn η
ổ
= 0,97 , chọn số ổ m = 4
chọn η
khớp nối
= 0,95 , chọn số khớp nối n = 2
⇒
==
97,0.95,0.97,0.95,0.98,0
24
C
η
0,72
⇒
3,0
72,0.1000.60
70.17000
+=
yc

N
= 27,8 (KW)
 Chọn động cơ Điện
Có 2 loại động cơ điện thường dùng đó là động
cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều.
Trong đó loại động cơ điện xoay chiều được sử
dụng phổ biến hơn.
Để đảm bảo động cơ điện làm việc tốt và
tin cậy thì đợng cơ điện được chọn phải có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất dẫn động
yêu cầu.
Thông thường N
dc
= (110 ÷ 120%) N
yc
= 118%. 27,8 = 33 (KW)
Tra Bảng P4 phần phụ lục ta chọn động cơ MTB-611-10 với các thông số kỹ thuật:
+ Công suất định mức: N = 36 (KW)
+ Số vòng quay của động cơ: n = 581 (v/ph)
+ Dòng stato ứng với 220V: U
stato
= 178
+ cos ϕ = 0,62
 Kiểm tra lại động cơ Điện đã chọn theo mômen khởi động:
Động cơ Điện đã chọn xem như phù hợp nếu: M
kd
> M
C
Trong đó: - M
kd
: Momen khởi động của động cơ Điện

- M
C
: Tổng Momen cản của tất cả các chi tiết chuyển động quy về trục
động cơ
Giá trị của M
kd
được xác định từ bảng tra động cơ, Catalo động cơ hoặc có thể xác định
theo công thức sau:
β
dc
dc
kd
n
N
M 975
=
(KGm)
Ở đây: - n
dc
số vòng quay của động cơ (v/ph)
-
dm
M
M
max
=
β
: Hệ số quá tải, β = 2,4
- N

dc
= 36 [KW]

Công suất của động cơ.
⇒
4,2
581
36
975
=
kd
M
= 145 (KGm)
- Giá trị của M
C
được xác định như sau: M
C
= M
t
+ M
đ

Ở đây: - M
t
Momen cản tỉnh quy về trục động cơ:
CC
tb
t
i
DP

M
η
.2
.
max
=
(KGm)
P
max
=3400 (KG) Lực căng lớn nhất trên cáp.
D
tb
= 0,45 (m) Đường kính trung bình lớp cáp.
i
c
:

Tỷ số truyền chung, i
c
=
t
dc
n
n
=
5,49
581
= 11,7
với n
t

: vận tốc vòng của tang thành cao, n
t
= 49,5 (v/ph)
⇒
72,0.7,11.2
45,0.3400
=
t
M
= 90,8 (KGm)
- M
đ
:

Momen cản động của tất cả các chi tiết chuyển động quay và của tất cả các
chi tiết chuyển động tịnh tiến trong thời kỳ chuyển động không ổn định của cơ cấu:
M
đ
= M
qdq
+ M
qdt
=
t
n
n
VP
GD
t
nGD

dc
tC
dcqd
.375
)
.
..365
.(
.375
.
2
2
max
2
2
η
δ
+=
Trong đó:
+ δ = 1,1 ÷ 1,25, chọn δ =1,2
+ GD
2
=2,3 : Momen bánh đà của động cơ Điện.
+ P
max
=3400 (KG): Lực căng lớn nhất trên dây cáp.
+ V =70 (m/ph) = 1,17 (m/s): Vận tốc kéo cáp.
+ n
t
= 49,5 (v/ph) Tốc độ quay của tang thu cáp.

+ t < 3s Thời gian khởi động
,
cho t= 2 s

+ η
c
= 0,72: Hiệu suất chung của máy tời
⇒ M
đ
=
5,12
60.2.375
581
)
5,49.72,0
17,1.3400.365
3,2.2,1(
2
2
2
=+
(KGm)
⇒ M
kđ
= 145 (Kg.m)> M
c
= 12,5+ 90,8= 103,3 (KG.m)
3. Phân phối tỷ số truyền :
Tỷ số truyền chung : i
c

=
t
dc
n
n
=
5,49
581
= 11,7
Căn cứ vào sơ đồ động và hình thức dẫn động cụ thể:
- Do động cơ có số vòng quay nhỏ nên ta chọn hộp giảm tốc 2 cấp với bộ truyền
động bánh răng côn. Sơ đồ như sau:
- Lập bảng phân phối tỷ số truyền như sau:
với - N
i+1
=N
i
.η
i
÷
i+1

-
111
..
+÷+÷+
=
iiiiii
iMM
η

η
i
÷
i+1
= 0,98 : hiệu suất của cặp bánh răng truyền động.

Trục
Thông số
Trục1
(Trục động cơ )
Trục 2 Trục 3
i 4 2,9
n (v/ph )
581 145 50
N
e
(KW) 27,8 27,24 26,70
M
x
(KGm)
78,10
72,0.7,11
8,90
1
==
M
M
2
=10,78. 4. 0,98= 42,26 M
3

= 42,26. 2,9. 0,98= 120,10
Chương III: THIẾT KẾ TRỤC TẢI MÁY TỜI - TÍNH CHỌN LY HỢP, KHỚP NỐI
VÀ Ổ ĐỠ
I. Thiết kế trục tải của máy tời:
Trục tải hay trục chính của máy tời lưới kéo là chi tiết rất quan trọng. Trên trục tải
người ta thường đặt các cơ cấu chấp hành. Trục tải của máy tời thường làm việc ở số vòng
quay n
t
nhỏ nhưng nó lại nhận và truyền một momen xoắn Mx
t
rất lớn. Vì vậy đòi hỏi trục chịu
tải phải có độ bền vững và độ bền lâu.
Lực tác dụng lên trục tải bao gồm:
- Tải trọng tác dụng do lực căng của cáp
- Trọng lượng của bản thân trục, bó cáp và của tang thành cao
Tuy nhiên ở đây tải trọng tác dụng do bản thân của các trọng lượng là rất nhỏ so với tải
trọng tác dụng do sức căng cáp, cho nên ta chỉ giới hạn tính tốn độ bền của trục theo lực căng
cực đại P
max
.
1. Chọn vật liệu và phương pháp chế tạo:
Trục tải máy tời trong quá trình làm việc chịu tác dụng của tải trọng rất lớn, ta chọn vật
liệu chế tạo của trục tải của máy tời là thép Cácbon kết cấu C45.
Với thép C45: σ
b
= (600 ÷ 800) N/mm
2
;
σ
ch

= (360 ÷ 580) N/mm
2

Ta chọn thép có σ
b
= 750 N/mm
2
; σ
ch
= 500 N/mm
2
2. Tính chọn sơ bộ đường kính trục tải:
Đường kính trục tải có thể tính sơ bộ theo công thức: d
sb

3
.
t
t
n
N
C
≥
(mm )
Trong đó:
- C : Hệ số tính tốn . C = 110 ÷ 140
Chọn C = 120
- N
t
: Công suất trên trục tải [KW]; N

t
= 26,70 ( KW )
- n
t
: Tốc độ vòng của trục tải [v/ph]; n
t
= 50 (v/ph)
⇒ d
sb

3,97
50
70,26
.120
3
=≥
⇒ d
sb
= 100 (mm )
3. Tính gần đúng đường kính trục tải:
a. Định sơ bộ các kích thước chủ yếu:
A- Chiều dài ổ đở trục tải
B- Bề rộng bánh răng cóc
C- Chiều rộng Mayơ đĩa xích
L
t
- Chiều dài tang thành cao
L
1
, L

2
– Khoảng cách giữa các ổ đỡ
Từ đường kính trục tải đã chọn ở trên d
sb
=100 ( mm ), ta chọn sơ bộ các ổ, bánh cóc,
đĩa xích …
+ Ta chọn ổ có đường kính d
ô
= 110 ( mm ), chiều dài L
ô
= 110 ( mm )
⇒ A = 110 (mm )
+ Chọn bề rộng bánh cóc B = 100 ( mm )
+ Chọn bề rộng đĩa xích C = 26 ( mm )
+ L
t
= 720 ( mm )
+ L
1
= 200 ( mm )
+ L
2
= 250 ( mm )
b. Tính gần đúng trục theo các trường hợp chịu lực:
Khi tang thu cáp thì Lực căng cực đại của cáp tác dụng
lên tang theo các trường hợp sau:
+ Trường hợp 1: Lực căng cáp đặt giữa tang thành cao
+ Trường hợp 2: Lực căng của cáp đặt ngay tại mép trái của tang thành cao
+ Trường hợp 3: Lực căng của cáp đặt ngay tại mép phải của tang thành cao
Lực căng cáp thông qua tang sẽ tác dụng

lên trục tại các vị trí của ổ đỡ của tang.
Từ 3 trường hợp trên ta thấy tình trạng chịu
lực của trục tải lần lược như các hình vẽ sau:
Trong 3 trường hợp ta chỉ tìm và xét cho
trường hợp nguy hiểm nhất.
Ta có L
1
= 200 ( mm ) < L
2
= 250 ( mm )
⇒ Trường hợp 3 là nguy hiểm nhất, khi
đó mặt căùt nguy hiểm nhất là mặt cắt tại gối đỡ
phải của tang thành cao.

P
max
= 3400 ( KG )
Xác định phản lực gối, vẽ biểu đồ M
U
:
+ Tại gối đỡ phía phải của tang thành cao, phản
lực R = P
max
= 34000 ( N )
+ Biểu đồ momen uốn:
M
umax
= 8500000 ( N.mm)
Xác định moment tương đương
2

max
2
max
75,0
xutd
MMM
+=
(N.mm)
Trong đó:
M
x
: Moment xoắn trên trục tải
2
.
max tb
X
DP
M
=
(N.mm)
với P
max
= 34000 ( N ) ; D
tb
= 450 ( mm )
⇒
7650000
2
450.34000
==

X
M
( N.mm )
⇒
42424
10.1077)10.765.(75,0)10.850(
=+=
td
M
( N.mm )
Công thức tính đường kính trục tại tiêt diện nguy hiểm:
[ ]
3
.1,0
σ
td
M
d
=
(mm)
Trong đó: [σ]: Ứng suất cho phép của vật liệu trục
Với thép C45: [σ] = (50 ÷ 60) N/mm
2

chọn [σ] = 60 ( N/mm
2
)
⇒
121
60.1,0

10.1077
3
4
==
d
( mm ) ⇒ chọn d = 120 ( mm )
4. Tính chính xác đường kính trục tải:
Quá trình tính tốn chính xác cho trục tải phải được tiến hành kiểm tra trên nhiều tiết
diện chịu tải của trục có ứng suất tập trung. Tuy nhiên đối với trục tải nhận thấy rằng tại tiết
diện có đặt lực căng cáp lớn nhất là tiết diện nguy hiểm nhất ( tại gối đỡ phía phải của tang
thành cao).
Công thức kiểm tra độ bền trục theo hệ số an tồn tại tiết diện nguy hiểm:
5,25,1][
.
22
÷=≥
+
=
n
nn
nn
n
δτ
δτ
Trong đó:
ma
y
x
K
K

K
n
σψσ
ε
δ
σ
δ
δ
σ
.)
1
)(1(
1
+−+
=
−
là hệ số an tồn ứng suất pháp.
vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) thay đổi theo chu kỳ đối xứng
u
u
a
W
M
max
minmax
=−==
σσσ
và
0
=

m
σ
do đó
a
y
x
K
K
K
n
σ
ε
δ
δ
δ
δ
)
1
)(1(
1
−+
=
−

mặt khác trục tải của máy tời chỉ chịu tải khi quay theo 1 chiều nên ứng suất tiếp (xoắn)
biến đổi theo chu kỳ mạch động:
x
x
max
ma

W2
M
2
=
τ
=τ=τ
và
ma
y
x
K
K
K
n
τψτ
ε
τ
τ
τ
τ
τ
.)
1
)(1(
1
+−+
=
−
- K
x

là hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt K
x
= 1,1
- K
y
làhệ số tăng bền bề mặt: Không tăng bền K
y
= 1
- σ
-1
và τ
-1
là giới hạn mỏi uốn và xoắn.
Với thép C45: σ
-1
= 0,436σ
b
=0,436. 750 = 327 ( N/mm
2
) và
τ
-1
= 0,58σ
-1
= 0,58. 327 = 190 (N/mm
2
)