Tính toán, thiết kế xe nâng tự động bằng động cơ điện sử dụng tời kéo( forklift AGV)

LỜI CẢM ƠN
Bất cứ một sản phẩm, một đồ án nào dù mang tính chất nghiên cứu hay chế tạo
phức đều cần sự hỗ trợ, sự giúp đỡ từ các cá nhân, tổ chức khác nhau. Chính vì thế,
nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô hướng dẫn Trần Thụy Uyên Phương
đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Em cũng
xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Tấn Cường đã tạo điều kiện cho chúng em có khơng
gian thi cơng cũng như là cung cấp các trang thiết bị, dụng cụ gia công để giúp chúng
em có thể thực hiện thi cơng đồ án. Hơn thế nữa, những lời khun, nhận xét, góp ý từ
thầy chính là những định hướng giúp việc thiết kế, chế tạo đồ án của chúng em trở nên
dễ dàng và thuận lợi hơn. Em cũng xin cảm ơn đến các anh, chị trong Trung tâm nghiên
cứu và Chuyển giao công nghệ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã cho
em những lời khuyên, những phương án giải quyết khi chúng em gặp những vấn đề
phát sinh cũng như là nhiệt tình giải quyết những thắc mắc, những khó khăn của chúng
em lúc q trình thi cơng .
Em xin chân thành cảm ơn !


MỤC LỤC
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................ 1
1.1.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .................................................................................... 1

1.2.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ............................................................................ 1

1.3.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 1

Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ......................................................................... 3
2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN ................................ 3
2.2. PHÂN LOẠI MÁY VẬN CHUYỂN .................................................................. 3
2.3.NHẬN ĐỊNH CHUNG CỦA XE NÂNG HẠ THÔNG THƯỜNG .................. 6
2.3.1.

Xe nâng hạ bằng tay ..................................................................................... 6

2.3.2.

Xe nâng hạ bằng điện ................................................................................... 6

2.3.3.

Xe nâng hạ dùng động cơ đốt trong ............................................................. 7

2.4. TỔNG QUAN VỀ XE NÂNG HẠ ...................................................................... 7
2.4.1. Xe nâng sử dụng cơ cấu thủy lực: ................................................................... 7
2.4.2. Xe nâng sử dụng cơ cấu trục vít - bánh vít .................................................... 8
2.5. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ AGV .................................................................... 8
2.5.1. Sự cần thiết của AGV ...................................................................................... 8
2.5.2. Dạng xe tự hành .............................................................................................. 8
Chương 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ......................................................................... 10
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT KẾ ........................................................... 10
3.1.1. Mô tả kết cấu ................................................................................................. 11
3.1.2 Mơ tả quy trình lấy, dỡ hàng bằng xe nâng ................................................... 14
3.2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ .................................................................................. 15
3.2.1. Tính tốn chạc ............................................................................................... 15

3.2.2. Tính tốn bệ nâng .......................................................................................... 17
3.2.3. Tính tốn lực tác động lên pully và móc gắn trên khung nâng ..................... 23
3.2.4. Kiểm nghiệm khả năng chịu cắt của bulong lắp bánh rịng rọc ................... 23
3.2.5. Tính tốn lực tác động lên khung nâng ......................................................... 24
3.2.6. Tính tốn cơ cấu dẫn động cho xe ................................................................ 28
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ....................................................................... 42
4.1. KẾT LUẬN ......................................................................................................... 42
4.2. ĐỀ XUẤT HƯỚNG CẢI TIẾN VÀ PHÁT TRIỂN: ...................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 44


Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.

Lý do chọn đề tài
Trong quá trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước việc cải tiến quy trình

cơng nghệ, áp dụng máy móc trang thiết bị kỹ thuật hiện đại vào sản xuất đóng một
vai trị vơ cùng quan trọng. Bất cứ hoạt động nào muốn có hiệu quả và tồn tại lâu dài
trên thương trường phải không ngừng cải tiến chất lượng. Trong cơng tác quản lý, tổ
chức sản xuất hợp lý cịn địi hỏi phải đầu tư trang thiết bị máy móc vận chuyển và xếp
dỡ tốt. Tại các cơng ty, xí nghiệp, nhà ga, bến cảng… trang bị rất nhiều phương tiện
vận tải hiện đại, việc bốc xếp hàng hóa từ khu vực này chuyển đến khu vực khác chủ
yếu dựa vào các thiết bị, xe chuyên dụng.
Việc áp dụng các phương tiện vận tải hiện đại để thay thế sức lao động con
người đã giúp cho luân chuyển hàng hóa ngày càng nhanh chóng, tăng năng suất lao
động và hiệu quả kinh tế ngày càng cao. Một trong những phương tiện vận chuyển,
xếp dỡ khơng thể thiếu đó là xe nâng hàng. Loại xe này có tính linh hoạt cao có thể
làm việc tại khu vực có diện tích nhỏ như trong nhà kho hay trong các dây chuyền sản
xuất, lắp ráp.

Để đáp ứng yêu cầu của thực tế và bổ sung hoàn thiện kiến thức chuyên ngành,
chúng em đã chọn đề tài để thực hiện đồ án Truyền động điều khiển là:
“Tính tốn, thiết kế xe nâng tự động bằng động cơ điện sử dụng tời kéo( Forklift AGV)”
1.2. Mục đích nghiên cứu
- Thiết kế và chế tạo được loại xe nâng hàng có thể nâng tải ở mức trung bình và chạy
tự động tránh được các vật cản nhờ các cảm biến, radar
- Nâng cao năng suất lao động, giảm thiểu sức người và gia tăng lợi nhuận cho các
ngành hàng sản xuất, lắp ráp cũng như trong hệ thống quản lý kho bãi.
- Đề tài rộng, bao hàm nhiều kiến thức ở các môn học khác nhau, đây là thách thức
song cũng là điều kiện để nhóm có thể tìm hiểu, củng cố và khắc sâu các kiến thức đa
ngành, đồng thời áp dụng các kiến thức đã học vào trong sản phẩm thực tế.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm kiếm, tra cứu các thiết kế có trên thực tế đồng thời tìm ra những ưu, nhược điểm
còn tồn tại ở từng thiết kế.
- Tham quan các kho bãi, các nhà máy và những cơng ty, xí nghiệp có quy mơ lớn, từ
1


đó tìm ra phương hướng di chuyển, nâng hạ phù hợp nhất.
- Tham khảo ý kiến từ giảng viên hướng dẫn và các anh chị đang thực hiện các đề tài
có liên quan để tìm ra hướng đi đúng đăn
- Tính tốn tổng quan để ước lượng kinh phí sơ bộ của đề tài
- Thực hiện phác thảo ý tưởng trên phần mềm vẽ 3D, sau đó tiến hành tính toán thiết
kế cụ thể từng bộ phận của đề tài.

2


Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN

Các thiết bị nâng hạ (máy nâng chuyển) chủ yếu dùng để nâng vật nặng phục vụ
quá trình xây lắp, xếp dỡ, vận chuyển và lắp đặt, là loại thiết bị công tác dùng để thay
đổi vị trí của đối tượng cơng tác nhờ các thiết bị mang vật trực tiếp như móc treo, hoặc
các thiết bị mang vật gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu, chạc hàng…
Các máy nâng chỉ có một chuyển động nâng hạ được gọi là thiết bị nâng đơn
giản như: kích, tời, palăng, bàn nâng…Loại có từ hai chuyển động trở lên được gọi là
máy chuyển dụng như: cầu trục, cổng trục, cầu trục tháp, thang máy, xe nâng
hàng…cho thấy sự phong phú và rất đa dạng của các loại máy nâng.
Ngày nay máy nâng được ứng dụng vào tất cả các ngành sản xuất và xây dựng.
Việc sử dụng máy nâng vào sản xuất và xây dựng nó tiết kiệm được nhiều sức lực con
người, tiết kiệm thời gian, nâng cao năng suất làm việc tạo ra giá trị cao hơn trong lao
động. Việc trang bị các loại máy nâng vào sản xuất và xây dựng cũng như đời sống là
bước tiến lên của loài người giúp chúng ta giảm bớt được những công việc nặng nhọc,
giảm thiểu nguy hiểm cho người lao động.
2.2. PHÂN LOẠI MÁY VẬN CHUYỂN
Nhóm 1: Máy nâng khơng hồn chỉnh
Nhóm máy này thường chỉ có một cơ cấu nâng và diện tích xếp dỡ có thể đạt
được là một điểm vì vật chỉ nâng lên hạ xuống theo một phương thẳng đứng

Hình 1-1: Kích thủy lực

Hình 1-2: Pa lăng tay

3


Hình 1-3: Pa lăng điện

Hình 1-4: Pa lăng treo trên xe con

Nhóm 2: Máy nâng hồn chỉnh
Máy nâng hồn chỉnh có kết cấu hồn chỉnh và phức tạp. Thường phải có từ 2
đến 4 cơ cấu. Vật nâng được nâng hạ và vận chuyển ngang trong một không gian nhất
định. Loại này có ít nhất hai cơ cấu cùng phối hợp cơng tác và diện tích xếp dỡ có thể
đạt được ít nhất là một đường thẳng. Theo phương pháp vận chuyển và hình dạng kết
cấu thép mà máy nâng hồn chỉnh cịn được chia thành:
* Cần trục (Cần cẩu): Là loại máy trục có tay với (một đầu cơng xơn), nó có
kết cấu hồn chỉnh gồm nhiều cơ cấu (bộ máy): cơ cấu nâng hạ vật, cơ cấu nâng hạ cần
(cơ cấu thay đổi tầm với), cơ cấu quay và cơ cấu di chuyển.

Hình 1-5: Cần trục tháp và cần trục chân đế
4


Nhóm 3: Máy nâng có tính cơ động cao (xe nâng hàng)
Xe nâng hàng là một loại máy xếp dỡ dùng để bốc xếp hàng khối nằm ở các vị
trí bất kỳ trên kho bãi (hoặc dùng để múc hàng rời), nâng hàng và vận chuyển hàng từ
kho bãi lên phương tiện vận tải hoặc ngược lại từ phương tiện vận tải xếp vào kho. Xe
nâng là loại máy xếp dỡ có tính cơ động cao nên sử dụng rất ưu việt khi bốc xếp hàng
ở các kho bãi của các cảng biển, cảng sông cũng như để xếp dỡ và vận chuyển hàng hóa
trong nội bộ các xí nghiệp, nhà máy.
Xe nâng là loại máy xếp dỡ trong đó hàng hóa xếp dỡ được đặt lên chạc và được
nâng theo phương thẳng đứng nhờ hệ khung nâng có kết cấu kiểu khung lồng.
+ Xe nâng hạ bằng tay
Xe nâng hạ bằng tay là xe nâng dùng thủ công để di chuyển hàng hóa bao gồm
xe nâng tay, xe đẩy tay hoặc có thể vừa di chuyển hàng hóa vừa nâng hàng hóa lên cao
bao gồm các loại xe nâng tay cao. Tải trọng nâng và chiều cao nâng cho loại xe nâng
bằng tay này đều rơi vào loại nhẹ và đơn giản, từ 500 kg -1000kg cho loại vừa di
chuyển vừa nâng lên cao hoặc 2500kg cho loại chỉ di chuyển chứ không nâng lên cao.
+ Xe nâng hạ bằng điện

Xe nâng hạ bằng điện là xe dùng ắc quy hoặc cắm điện để thay cho sức người
để di chuyển hàng và nâng hàng. Nó sử dụng hai mơ tơ, mô tơ di chuyển dành cho việc
di chuyển, và mô tơ nâng hạ dành cho việc nâng hạ. Nếu chỉ sử dụng 1 mô tơ cho việc
nâng hạ hoặc chỉ cho việc di chuyển thì người ta gọi đó là xe nâng bán tự động vì chỉ
có một nửa công năng dùng ắc quy. Nếu sử dụng cả 2 mô tơ cho cả việc di chuyển và
việc nâng hạ thì người ta gọi là xe nâng tự động hoặc xe nâng điện. Tải trọng nâng và
chiều cao nâng cho loại xe nâng bằng điện cao hơn xe nâng tay một chút, có thể nâng
tới 2500 kg với chiều cao 6m. Các loại xe này thường hay sử dụng với hệ thống giá kệ.
+ Xe nâng hạ dùng động cơ đốt trong
Xe nâng hạ bằng động cơ đốt trong là xe dùng động cơ đốt trong để thực hiện
việc di chuyển và nâng hạ. Thông thường khi sử dụng loại xe này, người ta phải sử
dụng nâng đỡ và di chuyển hàng hóa với khối lượng lớn, tần suất cao mà các loại xe

5


khác không thể đáp ứng được. Cấu tạo của xe chủ yếu bao gồm có động cơ chạy bằng
nhiên liệu xăng, dầu diesel hoặc gas, khung gầm và lốp xe như cấu tạo xe ơ tơ, ngồi
ra cịn có thêm hệ thống thủy lực để nâng hàng hóa. Tải trọng của loại xe nâng bằng
động cơ xuất phát có thể từ 1 tấn lên đến hàng chục tấn. Thông thường các loại xe nâng
từ 5 tấn trở xuống dùng đại trà trong các nhà máy xí nghiệp, các loại xe có tải trọng từ
10 tấn trở lên dùng ở các cảng biển phục vụ cho việc nâng hạ container có trọng tải
lớn.

Hình 2-1. Xe nâng hạ bằng tay

Hình 2-2. Xe nâng hạ bằng điện Hình 2-2. Xe nâng hạ bằng động cơ đốt trong
2.3.

NHẬN ĐỊNH CHUNG CỦA XE NÂNG HẠ THÔNG THƯỜNG:

2.3.1. Xe nâng hạ bằng tay

Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là kích thước nhỏ gọn, cơ động, giá thành
rẻ. Nhưng, tải trọng nâng hạ thấp là nhược điểm chính của phương pháp này, cũng như
khả năng nâng tải lên cao còn hạn chế
2.3.2. Xe nâng hạ bằng điện
Việc sử dụng động cơ điện để nâng hạn và di chuyển giúp giải phóng sức người.
Đồng thời, với nguồn năng lượng là điện đây cũng là loại năng lượng sạch, không gây
6


ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, thời gian hoạt hạn chế do phụ thuộc vào dung lượng
của ắc quy và cần có trạm nạp điện chuyên dùng trên thiết bị, đòi hỏi bổ sung khoảng
dừng máy để nạp hoặc thay bình, do đó sẽ làm tăng khối lượng tổng của máy và tăng
sự tổn thất năng lượng điện đồng thời với thiết kế này, vẫn cần người điểu khiển nâng
hạ, di chuyển.
2.3.3. Xe nâng hạ dùng động cơ đốt trong
Ngày nay, các loại máy nâng hàng thường dùng truyền động là động cơ đốt
trong vì nó có nhiều ưu điểm hơn so với máy nâng dùng động cơ điện:
- Khả năng quá tải lớn.
- Tính cơ động cao, tính vượt tốt.
- Khả năng ổn định tốt khi di chuyển, được tinh chuẩn hóa cao nên rất thuận
tiện cho việc sửa chữa và thay thế phụ tùng thiết bị khi bị hư hỏng nên bảo đảm tính
kinh tế.
Song, chúng cũng tồn tại những mặt hạn chế như:
- Kích thước lớn, cồng kềnh nên yêu cầu không gian để di chuyển phải rộng
và ít vật cản.
- Giá thành cao, khơng phù hợp với những kho bãi quy mơ vừa và nhỏ.
- Địi hỏi phải có người vận hành trực tiếp và có tay nghề.
2.4. TỔNG QUAN VỀ XE NÂNG HẠ

Hầu hết các xe nâng tự hành hiện nay có có cấu nâng hạ hoạt động dựa trên cơ
cấu xylanh thủy lực và trục vít-bánh vít.
2.4.1. Xe nâng sử dụng cơ cấu thủy lực:

7


2.4.2. Xe nâng sử dụng cơ cấu trục vít - bánh vít:

2.5.

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ AGV

2.5.1. Sự cần thiết của AGV
Cuộc cách mạng công nghệ diễn ra từng ngày và đang làm thay đổi cuộc sống, cũng
như trong quá trình sản xuất. Với sự mở rộng của tự động hóa và nhà máy cơ khí, vật liệu
vận chuyển, vật liệu bốc xếp đã trở nên quan trọng hơn. Trên thực tế, AGV làm cho kế
hoạch sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nhu cầu lao động và thiệt hại tồn kho.
2.5.2. Dạng xe tự hành
Trong khuôn khỏ dự án, chúng em xin giới thiệu hai hệ thống điều hướng thường được
cáp dụng cho xe tự hành:
- Free path navigation (Điều hướng tự do).
- Fixed path navigation (Điều hướng theo một đường đã được xác định)
a. Free path navigation
AGV có thể di chuyển đến bất kì vị trí nào trong không gian hoạt động. Đây là một AGV
rất linh hoạt được định vị bằng cảm biến Gyroscope để xác định hướng chuyển động và
sử dụng cảm biến Laser để xác định vị trí các vật thể gần AGV trong quá trình di chuyển.
Thiết kế của chiếc xe này địi hỏi công nghệ cao hơn và phức tạp hơn các loại AGV khác.

8

b. Fixed path navigation
AGV di chuyển theo một điểm hoặc vị trí hay một quỹ đạo đã được xác định từ trước:
- Magnetic wires (Dây điện từ): AGV di chuyển theo một dây điện từ được chôn dưới
đất, nhờ vào cảm biến mà xe có thể di chuyển dọc theo dây. Loại dây này khơng được
dán trên sàn nên có tính thẩm mỹ tốt, nó khơng ảnh hưởng tới các hoạt động khác. Tuy
nhiên, cần phải cung cấp năng lượng để duy trì từ tính có ở trong đây, bất tiện nhất là
đường đi của xe cố định và không thể thay đổi.
- Railways (Đường ray): AGV được chạy trên đường ray gắn sẵn trên sàn. Loại này
thường được sử dụng cho các hyệ thống vận chuyển chuyên dụng. Khi sử dụng đường
ray thì có thể cho phép AGV chạy với tốc độ cao nhưng bù lại thiếu linh hoạt và đường
đi của xa là cố định.
- Line (Đường kẻ): AGV di chuyển dọc theo các đường kẻ có sẵn trên sàn nhờ loại cảm
biến xác định đường kẻ. Loại này rất linh hoạt vì chúng tacos thể dễ dàng thay đổi
đường kẻ. Tuy nhiên khi sử dụng, các đường kẻ có thể bị bẩn và hư hỏng gây nhiễu cảm
biến nên việc điều khiển AGV chính xác khó hơn.

9


Chương 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT KẾ

10


Hình 3-1: Tổng thể xe nâng điện sử dụng tời kéo

3.1.1. Mô tả kết cấu

Xê nâng hàng là một trong những loại máy nâng tự hành có tính cơ động cao
với nguồn động lực chính là động cơ điện. Khi xếp và dỡ hàng, hàng được nâng hạ
theo phương thẳng đứng theo mức chiều cao tối đa bằng lưỡi nâng.
Chiều cao tối đa của bàn trượt trên hành trình di chuyển trong khung động
(khung trong), hàng được nâng lên độ cao cần thiết nằm trong giới hạn chiều cao nâng
lưỡi lớn nhất.
1. Chạc nâng (lưỡi nâng)
Chạc nâng là bộ phận mang hàng của xe nâng. Chạc nâng được chế tạo từ thép
có độ bền cao, sau đó được gia cơng nhiệt luyện tại góc của chạc khoảng 300 mm về
hai phía để đạt được độ cứng HB= 250 ÷ 295 vì đây là vị trí dễ hỏng nhất của chạc.
11


Để phù hợp với tải trọng nâng tương đối thấp và hạ giá thành của sản phẩm nên
loại thép được lựa chọn là thép vuông CT3 với độ cứng 160 - 220 HB.
Chạc được hàn vào bàn trượt và được định vị trên khung trượt dọc bởi 4 con lăn
thép.
2. Bàn trượt(bàn nâng)

Hình 3-2: Bàn nâng và chạc nâng

Bàn trượt có kết cấu dạng khung thép để tựa và ổn định cho chạc khi làm việc.
Bàn trượt di chuyển trong lòng khung nhờ bốn con lăn chữ V được gắn trên khung.
Thanh ngang trên của bàn trượt được hàn cố định vào chạc
Bàn trượt được dẫn hướng nhờ hai cặp con lăn được bố trí dọc hai bên thanh dọc
của bàn trượt. Sử dụng kết cấu bu lông đai ốc để làm trục liên kết con lăn vào kết cấu
khung.
Một puli thép được hàn vào thanh ngang của bàn trượt. Puli này đóng vai trị là
puli kéo trong hệ thống ròng rọc động

12


3. Khung nâng

Hình 3-3: Khung nâng
Là một kết cấu khung dầm thép liên kết với nhau bằng các mối hàn.Bao gồm 4
thanh thép vuông được đặt thẳng đứng, trên mỗi thanh có hàn một thanh thép chữ V
đóng vai trị là ray trượt dẫn hướng cho các con lăn. Khoảng cách giữa 2 định của thanh
thép chữ V được giữ cố định bằng các thanh thép định vị với chiều dài xác định. Như
vậy, các con lăn luôn di chuyển tựa vào các ray trượt và tịnh tiến lên xuống phụ thuộc
vào lực kéo tác dụng lên bàn trượt.Thanh dầm ngang phía trên của khung nâng có hàn
một puli. Puli này đóng vai trị là puli dẫn hướng cho hệ thống ròng rọc động.
4. Cơ cấu nâng
Cơ cấu nâng là một hệ thống ròng rọc động gồm hai puli và một động cơ điện
tời kéo. Một puli được hàn trên bàn nâng, puli còn lại được hàn trên khung nâng. Móc
treo của tời kéo được móc vào thanh ngang con lại của khung nâng.
5. Cơ cấu di chuyển

13


Hình 3-4: Cơ cấu di chuyển
Bao gồm hai động cơ điện DC dẫn động cho hai bánh chính bằng xích. Các
bánh phụ là bánh điều hướng giúp xe di chuyển linh hoạt tùy thuộc vào sự điều khiển
của người lái hoặc tự động lái bằng các cảm biến đặt trên thết bị.
3.1.2 Mơ tả quy trình lấy, dỡ hàng bằng xe nâng:
Xe nâng hàng tại kho, bãi hay trên ôtô với yêu cầu các hàng hóa, tải phải được đặt
trên các pallet

:

Hình 3-5: Pallet tiêu chuẩn
− Di chuyển chạc nâng đến độ cao và vị trí cần thiết so với vị trí mã hàng.

14


− Điều khiển xe tiến về phía trước để chạc nâng đưa vào gầm pallet
− Khi đảm bảo chạc ngập hoàn toàn đáy pallet, ta tiến hành nâng bàn trượt lên
phía trên một khoảng nhỏ. Sau đó, lùi xe để đưa pallet rời khỏi vị trí.
− Sau khi nhấc được pallet, tiến hành di chuyển chuyển xe đến vị trí hạ tải.
Trong q trình di chuyển, có thể hạ bàn trượt, để ổn định trọng tâm, dễ dàng
di chuyển .
− Khi đến vị trí hạ tải, ta tiến hành ngược lại q trình nâng tải.
3.2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ
Theo giới thiệu, khảo sát, chọn phương án ở trên thì việc thì việc tính
tốn thiết kế máy nâng hạ p ≤200kg:
3.2.1. Tính tốn chạc:
a. Lực tác động lên chạc.
Giả sử tải phân bố đều trên pallet, tính cho trường hợp đầy tải tương với mức hàng
hóa 200kg thì trọng lượng tác dụng mỗi chạc là P’ = P/2 = 100kg, ta có
- Tải trọng phân bố đều :
q=

𝑃′ 1000
=
= 1,25𝑘𝑁/𝑚
𝑧
0,8

Trong đó:
 P’ : Trọng tải tác dụng lên mỗi chạc
 z: Chiều dài chạc nâng
- Tải trọng tác dụng lên 2 đầu mút chạc theo công thức:
Xét theo phương Oy:
∑ 𝐹𝑦 = −𝑄𝑦 − 𝑞. 𝑧 = 0 => 𝑄𝑦 = −𝑞. 𝑧 = −1,25.0.8 = −1kN
z
𝑧2
0.82
= −0.4 𝑘𝑁. 𝑚
∑ 𝑀𝐴 = −𝑞. 𝑧. + 𝑀𝑥 = 0 => 𝑀𝑥 = −𝑞. = −1.25.
2
2
2

15


b. Lựa chọn vật liệu và kiểm nghiệm bền

16


- Momen quán tính của mặt cắt A-A:
3

3

𝑏. ℎ3 𝑏 ′ . ℎ′

50. 503 45′ . 45′
𝐽𝑋 =
−
=
−
= 179114 𝑚𝑚4
12
12
12
12
- Ứng suất uốn lớn nhất phát sinh tại tiết diện A-A là:
|𝜎|𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝐴−𝐴

𝑀𝑋
0.4. 103
𝑘𝑁
𝑘𝑁
= | | . 𝑦𝑚𝑎𝑥 = |
=
5,6
| . 25 = 0,056
𝐽𝑋
179114
𝑚𝑚2
𝑐𝑚2

- Chọn thép CT3 để làm chạc với σch = 21KN/cm2.
2

2

3

3

- Ứng suất cho phép [σ]= σch =

.21= 14KN/cm2.

Theo điều kiện bền ta thấy: σmax ≤ [σ]
- Kết luận: Với kích thước và vật liệu đã chọn chạc đảm bảo điều kiện bền khi làm việc.
3.2.2. Tính tốn bệ nâng.
a. Tọa độ trọng tâm bệ nâng:
Khi tính tốn bàn trượt ta chỉ cần tính chạc được gắn trên bàn trượt.Lúc này bàn
trượt phải chịu các lực sau: tải trọng của hàng tác dụng lên bàn trượt và phản lức của nó
tại vị trí đó và lực kéo của cáp.Bàn trượt được xem như một thanh dầm đặt trên hai gối.
- Xác định trọng tâm của bàn trượt:
𝑋𝑐 =
=

∑ 𝑋𝑐𝑖 . 𝐹𝑖
∑ 𝐹𝑖

850.400.425 + 250.80.840 − 800.350.400 − 150.70.840 − 45.45.825
850.400 + 250.80 − 800.350. −150.70 − 45.45

= 575𝑚𝑚

𝑌𝑐 =
=

∑ 𝑌𝑐𝑖 . 𝐹𝑖
∑ 𝐹𝑖

850.400.200 + 250.80.275 − 800.350.225 − 150.70.275 − 45.45.375
850.400 + 250.80 − 800.350. −150.70 − 45.45
= 101,5𝑚𝑚

b. Lực tác động lên các con lăn.

17


- Trong mặt phẳng xOy:
 Lực tác động theo phương Ox:
∑ 𝐹𝑥 = 0 ↔ 𝑁1 − 𝑁2 = 0 => N1 = N2
 Tổng momen tác động:
∑ 𝑀𝑂 = 0 ⟺ q. z. 𝑙1 + Q. 𝑙2 + 𝑁2 . ℎ2 − 𝑁1 . ℎ1 = 0
⟺ 1000.0,545 + 100.0,37 + 𝑁1 . 0,18 − 𝑁1 . 0,37 = 0
=> 𝑁1 = 𝑁 2 = 3063𝑁
Theo điều kiện bền ta thấy: σmax ≤ [σ]
- Kết luận: Với kích thước và vật liệu đã chọn chạc đảm bảo điều kiện bền khi làm việc.
c. Tính tốn lực nâng cần thiết và lựa chọn tời kéo
*Tính tốn lực cản chuyển động của bệ nâng.
- Xác định lực cản của bệ nâng và khung trượt:
𝑓𝑑 + 2𝜇
+ 𝑞(𝐹1 + 𝐹2) + 𝛼. 𝑁
𝐷
0,015.10 + 2.0,01
= 1,2.306,3.4.

+ 1. (0,06 + 1) + 0,02.306,3 = 12(𝑘𝐺)
52

𝑊 = 𝑊𝑓 + 𝑊𝛼 + 𝑊𝑔 = β. N.

Trong đó:
 W: Lực cản của bệ nâng và khung trượt(kG)
 β: Hệ số kể đến ảnh hưởng của ma sát thành bánh xe với ray, β=1,2
 N: Phản lực pháp tuyến của con con lăn (kG)
 d: Đường kính ngỗng trục(mm),
18


 D: Đường kính bánh xe(mm),
 f: Hệ số ma sát, f=0,015
 𝜇: Hệ số ma sát lăn, 𝜇 = 0,01
 q: Áp lực gió (N/m2)
 F1: Diện tích chắn gió của xe lăn (m2)
 F2: Diện tích chắn gió của vật nâng (m2)
 α: Góc nghiêng đường ray
Các hệ số ma sát được tra theo bảng các hệ số ma sát Tài liệu Giáo trình máy nâng
chuyển

* Tính tốn lực căng cáp lớn nhất.
- Xác định lực căng cáp lớn nhất trên nhánh cáp cuốn lên tang:
𝑆𝑚𝑎𝑥 =

𝑆1
1−𝜂
(𝑄

+
𝑊
=
+
𝐺).
+𝑊
𝜂𝑟
(1 − 𝜂𝑎 ). 𝜂𝑟

= (200 + 20).

1 − 0.97
+ 12 = 130 𝑘𝐺
(1 − 0,972 ). 0,972

Trong đó:
 W: Lực cản của bệ nâng và khung trượt(kG)
 Q: Trọng lượng vật nâng (kG),
 G: Trọng lượng bệ nâng (kG),
 𝜂: Hiệu suất của ròng rọc, đối với ròng rọc gắn ổ lăn : 𝜂 = 0,97
 r : Số ròng rọc dẫn hướng
 a: Số nhánh cáp

* Lựa chọn tời kéo.
- Tính chọn dây cáp :
Smax.n≤[Sd]
Trong đó:
 Smax : Lực căng lớn nhất trong quá trình làm việc
 Sd: Lực kéo đứt cáp cho phép.
 n: Hệ số an toàn của cáp phụ thuộc vào loại máy và chế độ làm việc.Đối với máy

nâng vật chế độ làm việc nhẹ chọn n=5,5.
19


 ⟹[Sd]≥1300.5,5=7150(N)
Từ bảng tra chọn cáp d=5mm có thơng số cường độ cáp 1470N/mm2 có
[Sd]=12000(N).
- Hiệu suất palăng:
+ Theo định nghĩa hiệu suất của palăng là tỷ số giữa công thực tế và cơng hữu ích
tạo ra trong cùng thời gian, công thức xác định hiệu suất palăng.
(1 − 𝜂𝑎 ). 𝜂𝑟
𝑄. ℎ
𝜂𝑝 =
=
𝑆𝑚𝑎𝑥 . 𝑎. ℎ
𝑎. (1 − 𝜂)
+ Với hệ thống ròng rọc cáp và tang chọn η = 0,97
(1 − 0,972 ). 0,972
𝜂𝑝 =
= 0,93
2. (1 − 0,97)

20


Hình 3-6:Thơng số kỹ thuật cáp thép
21


- Tính chọn các kích thước của tang:

 Đường kính tang:
D ≥ (e-1).dc
Với e = 20 đối với palăng điện tra trong bảng 2.4
Do đó:

D ≥ 19.5=95(mm)

 Chọn động cơ điện:
Công suất cần thiết trên trục động cơ xác định theo công thức:
𝑁𝑐𝑡 =

9,81. 𝑄. 𝑉𝑛
𝑄. 𝑉𝑛
=
60.1000. 𝜂𝑜 60.102. 𝜂𝑜

Trong đó:
Q=232: Tải trọng nâng(daN)
Vn=6: Vận tốc nâng(m/ph).
η0=ηP.ηtg.η: hiệu suất chung, gồm hiệu suất của palăng, hiệu suất của
tang, hiệu suất của hệ thống truyền động(có thể chọn sơ bộ η0
𝑁𝑐𝑡 =

𝑄. 𝑉𝑛
232.6
=
= 0,285(kW)
60.102. 𝜂𝑜
60.102.0,8

 Chọn hộp giảm tốc:
Tỉ số truyền của hộp giảm tốc được tính theo cơng thức:
𝑛đ𝑐 2200

i=

𝑛𝑡

=

16

=137

Trong đó:
nđc=2200(v/ph): Tốc độ quay của động cơ.
nt:Tốc độ quay của tang, v/ph.Tính theo cơng thức:
𝑛𝑡 =

𝑉𝑡
𝜋[(𝐷𝑡 +𝑑𝑐

=
(2𝑚−1)]

3000

=16(v/ph)

𝜋[95+5(2.3−1)]

Với:
Dt: đường kính của tang,mm.
dc:đường kính cáp,mm.
m=3: Số lớp cáp cuốn lên tang
Từ các thơng số trên, nhóm quyết định sử dụng tời kéo 24V 3000lbs có các thơng
số kỹ thuật sau:

22