Trờng đại học giao thông vận tảI khoa cơ khí Bộ môn Máy xây dựng Thiết kế môn học Máy nâng vận chuyển Thiết kế bộ máy di chuyển xe con mang hàng dùng cáp kéo của cần trục tháp Giáo viên hớng dẫn: TS Nguyễn Văn Vịnh 2 1 3 4 5 6 7 Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo Sinh viên : Nguyễn Hoàng Minh Lớp : MXDB-39 Hà nội-2002 I. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của cần trục tháp và bộ máy di chuyển xe con. Cần trục tháp là loại cần trục tiêu biểu đợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà cao tầng, xây dựng công nghiệp và lắp giáp các máy móc thiết bị trên cao. Chúng có đặc điểm là cột tháp cao, đỉnh tháp lắp cần dài quay đợc toàn vòng, các bộ máy thờng đợc dẫn động điện độc lập dùng mạng điện công nghiệp. Cần trục tháp thờng có đủ các bộ máy nh nâng hạ hàng, thay đổi tầm với, bộ máy quay, bộ máy di chuyển vì vậy chúng có thể vận chuyển hàng hoá trong một không gian rộng lớn. Mặt khắc kết cấu của chúng hợp lý nên dễ dàng tháo lắp vận chuyển từ nơi này đến nơi khác, tính cơ động cao. Sơ đồ cấu tạo của cần trục tháp. 1.Cột tháp 2.Đối trọng 3.Cabin điều khiển 4.Cần 5.Xe con mang hàng 6.Cụm puli móc câu 7.Đoạn ống để nâng cột Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 2 Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo Nguyên lý làm việc Ngời lái trong cabin sẽ điều khiển các bộ máy nâng hạ hàng,quay cần và di chuyển xe con hoạt động một cách độc lập hoặc đồng thời theo một quy trình hết sức ngiêm ngặt. II. Thiết kế tổng thể xe con và bộ máy di chuyển xe con. Bộ máy di chuyển nhờ cáp kéo dùng đề di chuyển xe con mang vật nâng trong cần trục tháp , cần trục đờng dây cáp và đôi khi dùng trong cầu trục, cổng trục có khẩu độ lớn. 1. Thiết kế tổng thể xe con. Chọn bội suất cáp nâng hàng a=2 ta đợc sơ đồ mắc cáp nâng hạ hàng nh sau: Ta có T 1 +T 2 =Q=10T=10000KG. (1) T 2 =T 1 / T 1 =T 2 . (2) Thay (1) vào (2) ta đợc +1 Q =T 2 với là hiệu suất cáp =0,96 5102= 96,1 10000 =T 2 KG. T =T 2 3 = 6,5314= 96,0 5102 KG. Lực căng cáp lớn nhất S max =T 3 =5314,6 KG. Tải trọng kéo đứt cáp T đ =c.S max c: Hệ số an toàn đối với chế độ làm việc nhẹ c=5. T đ =5.5314,6=26573 KG. Chọn cáp hàng là cáp thép bện d c =23 mm có T đ =27250 KG theo OCT 3070-55. Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 3 Q T 12 T 2 260 260 1240 2551KG 2449 KG 6449827,5 Nmm Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo Chọn đờng kính puli D 0 =22.d c =22.23=506 mm -Tính chọn mặt cắt dầm đỡ puli. Để đơn giản cho tính toán ta coi nh một dầm giản đơn với sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực nh sau: Theo điều kiện bền ta đợc [ ] u u u u W M = Trong đó: M u :mômem uốn tại mặt cắt nguy hiểm =6449827,5 Nmm W u : mômen chống uốn của mặt cắt ngang dầm [] u : ứng suất uốn cho phép, đối với thép CT3 =160 N/mm 2 [ ] 33 u u u cm31,40=mm40311= 160 5,6449827 = M W chọn thép U số hiệu 18 theo OTC 8240-56 -Tính mặt cắt giá treo. Sơ đồ hoá kết cấu: Coi giá treo nh khung siêu tĩnh có bậc siêu tĩnh bằng 1. Sơ đồ đặt lực và nội lực nh sau: Theo điều kiện bền ta đợc: [ ] u u u u W M = -Đối với thanh BC Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 4 2500KG 9292150Nmm 5707852,5 Nmm A B D C Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo [ ] 33 u u u cm57=mm57011= 160 9292150 = M W Chọn thép U số hiệu 18 theo OTC 8240-56 -Đối với thanh AB. [ ] 33 u u u cm35=mm34996= 160 5,5707852 = M W Chọn thép U16 theo OTC 8240-56 hàn táp thép 7mm ta đợc W u =63,2 cm 3 - Tính bánh xe. Chọn số bánh xe di chuyển xe con =8 áp lực lên một bánh xe 1250= 8 10000 =K KG chọn bánh xe có đờng kính D b =140mm bề rộng b 0 =50 mm. Kiểm tra ứng suất dập ' 0 21max . 400 dd k Rb ccK = R: Bán kính bánh xe=7 cm b:bề rộng hữu ích của ray=5cm. c 1 :hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu,chế độ làm việc nhẹ c 1 =1 c 2 :hệ số vận tốc, c 2 =1+0,02.v v:vận tốc vòng của bánh xe(m/s), v=100m/ph =1,67m/s c 2 =1+0,02.1,67=1,03 d = 2426= 7.5 03,1.1250 400 KG/cm 2. Chọn vật liệu làm bánh xe là C 15-32 với k d =2600 KG/cm 2 . -Tính trục bánh xe. Ta định kiểu lắp giữa bánh xe và trục thông qua ổ lăn do đó trục chỉ chịu mômen uốn,không chịu mômen xoắn. +Biểu đồ momen +Định sơ bộ đờng kính trục d. [ ] 3 .1,0 M d mm. [] :ứng suất cho phép, chọn vật liệu chế toạ trục là thép 45 có giới hạn bền =600 N/mm 2 , [] =50N/mm 2 Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 5 218750Nmm Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo 23,35 50.1,0 218750 3 = d mm chọn d=40mm theo kích thớc đờng kính trong ổ lăn. +Tính chính xác trục theo công thức. [ ] n n+n n.n n Trong đó: n :hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp ma k n + = . . 1 n :hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp ma k n + = . 1 Theo đề bài trục quay hai chiều nên ứng suất pháp biến đổi theo chu kỳ đối xứng. 0 minmax = === m u a W M ứng suất tiếp bằng 0 0 == ma W: mômem chống uốn của tiết diện trục . 32 d. =W 3 Trong đó d: đờng kính trục d=40 mm 6280= 32 40. =W 3 3 mm 8,34= 6280 21875 = W M = u a 2 / mmN Giới hạn mỏi uốn và xoắn. Vật liệu trục là thép 45 có ứng suất bền 600 = b 2 / mmN 270600.45,0.45,0 1 === b 2 / mmN 150600.25,0.25,0 1 === b 2 / mmN +Hệ số xét đến ảnh hởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi,chọn theo vật liệu.Đối với thép các bon trung bình 1,0 = , 05,0 = . + , :Hệ số kích thỡc xét tới ảnh hởng của tiết diện trục đến giới hạn mỏi 85,0 = 81,0 = +:Hệ số tăng bền =1 Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 6 Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo + kk , :hệ số tập trung ứng suất khi uốn và xoắn Tập trung ứng suất do lắp căng với kiểu lắp T2 ,ắp suát trên bề mặt lấy 30 2 / mmN .Tra bảng 7-10 ta đợc 35,2 = k Thay các trị số vừa tìm đợc vào công thức tính nn & ta đợc: 3,3 0.1,08,34.35,2 270 = + = n 3,3 = n > [ ] n Hệ số an toàn thờng lấy [ ] 5,28,1 ữ= n -Chọn ổ lăn. Chọn ổ lăn theo hệ số khả năng làm việc. Hệ số khả năng làm việc đợc tính theo công thức. ( ) bang ChnQC = 3,0 Với n:Tốc độ vòng quay = 48,227= 14,0.14,3 100 = D. v b ph/V h:Thời gian phục vụ=1000 giờ Q:Tải trọng tơng đơng, daN tn K.K).A.m+R.Kv(=Q A:Tải trọng dọc trục=0. t K :Hệ số tải trọng động =1. n K :Hệ số nhiệt độ,nhiệt độ làm việc dới 0 100 C 1 = n K . v K :Vòng ngoài của ổ quay,K v =1,35 1625=1250.35,1=Q daN ( ) 65756=1000.48,227.1625=C 3,0 Tra bảng 14P sách TKCTM. ứng với d=40, chọn 2 ổ bi đỡ kí hiệu 208(loại nhẹ) có Cbảng=39000. 2. Thiết kế bộ máy di chuyển xe con. Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 7 Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo II.1. Tính lực cản di chuyển. Sơ đồ xe con Tổng lực cản tĩnh: W t = W 1 +W 2 +W 3 +W s +W H -W 1 : Lực cản ma sát. ( ) D d +k2 G+Qk=W 11 Trong đó: k 1 :hệ số xét đến lực ma sát giữa con lăn nằm ngang với mặt bên của ray k 1 =1,1 G: Trọng lợng xe con, G=410 KG Q: Tải trọng nâng danh nghĩa, Q=10000 KG D: Đờng kính bánh xe di chuyển, D=140 mm. d: Đờng kính ngõng trục bánh xe, d=3,5 cm. k: hệ số cản lăn, với D=140(mm) k=0,03 cm. à: Hệ số ma sát ổ trục quy về đờng kính ngõng trục, à=0,08 đối với ổ tr- ợt. ( ) 3,278= 14 5,3.08,0+03,0.2 410+000,10.1,1=W 1 KG. -W 2 : Lực cản do độ dốc của cần. Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 8 l H Q S 1 S 4 V G Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo W 2 =(Q+G) : Độ dốc cho phép của ray, =0,002 W 2 =0,002(10000+410)=21 KG. -W 3 : Lực cản gió,KG. W 3 =k 0 .q.F g k o : Hệ số cản khí động học =1,2 q: áp lực gió tính toán, tra sách kết cấu thép q=150N/m 2 . F g :Diện tích chịu gió của hàng tra theo trọng lợng hàng nâng với Q=10T F g =6 m 2 W 3 =1,2.150.6=1080 N=108 KG. -W s :Lực cản do hiệu lực căng cáp W s =S 4 - S 1 = ( ) ( ) )1( 11 1 a a -- Q + ,KG : Hiệu suất cáp của ròng rọc =0,96. A: Bội suất cáp nâng hàng=2, ( ) 6,612 )96,01.(96,0 96,01)96,01( 10000 2 3 = = -- W s KG. -W H : Lực cản do độ võng của dây cáp kéo, KG f.8 l.g =H=W 2 H g: trọng lợng 1m cáp KG/m, g=0,561 KG/m. l: Khoảng cách lớn nhất từ tang tời đến xe con (m),l=11,5 m. f: Độ võng cho phép đối với dây kéo (m), thờng 50 1 30 1 ữ= l f , chọn = 40 1 . 26,32=40. 8 5,11.561,0 =H=W H KG. W t =278,3+21+108+612,6+32,26=1052,2 KG. 2.2. Tính chọn cáp kéo. Lực căng cáp lớn nhất T max =W t T max =1052,2 KG. Tải trọng kéo đứt cáp T đ =c.T max . C: Hệ số kéo an toàn, đối với chế độ làm việc nhẹ c=5. T đ =5.1052,2=5261 KG. Chọn cáp thép bện KP 6ì19=114 theo OCT 2688-55 , d c =10,5 mm với giới hạn bền =150 N/mm 2 T đ =5750 KG 2.3. Chọn đờng kính tang D t . Đờng kính tang chọn sao cho các sợi cáp đợc quấn vào tang không bị uốn quá lớn D t =22.d c =22.10,5=231mm. 2.4. Chọn động cơ điện. -Mômen cần có trên tang tời: Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 9 Thiết kế bộ máy di chuyển xe con dùng cáp kéo 2 . .2 . t d tt t DHDW M = Trong đó: D t : Đờng kính tang tời bộ máy kéo xe con (cm) đ : Hiệu suất ròng rọc dẫn hớng và tang tời. đ = t 2 . p t : Hiệu suất tang =0,98 p :Hiệu suất puli=0,96 5,12836 2 1,23.26,32 92,0.2 1,23.2,1052 == t M KGcm -Số vòng quay yêu cầu của tang tời 86,137 231,0.14,3 100 . == = t t D v n v/ph. -Công suất tĩnh yêu cầu của động cơ = .97560 . tt t nM N KW, :Hiệu suất của bộ truyền, chọn sơ bộ =0,94 3,19 94,0.97560 86,137.5,12836 == t N KW Chọn động cơ điện roto lồng sóc MTK 42-8 có N đc =19,5 KW, tốc độ vòng quay n=667v/p - Tỷ số truyền của bộ truyền động. 8,4 86,137 667 === t dc n n i -Kiểm nghiệm động cơ điện theo mômen mở máy. Động cơ điện đợc chọn theo công suất khi chuyển động ổn định với vận tốc di chuyển v dc không đổi. Trong thời kỳ mở máy, ngoài công suất để di chuyển xe con, động cơ còn mất năng lợng để tạo gia tốc cho xe con và các tiết máy của cơ cấu. Nh vậy trong thời kỳ mở máy động cơ điện phải có mômen . M m =M t +M đ =M t +M đ +M đ Trong đó: M t :mômen tĩnh để khắc phục lực cản tĩnh. M đ :mô men động dùng để gia tốc cho khối lợng vật nâng M đ và các chi tiết máy của cơ cấu M đ . -Mômen trên trục động cơ để khắc phục tổng lực cản tĩnh M. = .i M M t KG.cm trong đó i: tỉ số truyền của bộ truyền động =4,8 : hiệu suất của bộ truyền =0,94 2845 94,0.8,4 5,12836 == M KGcm=279,1 N.m -Mômen cần thiết trên trục động cơ để khắc phục lực quán tính do trọng lợng vật nâng và xe con M đ Nguyễn Hoàng Minh Lớp MXDB-39 10 . thể xe con và bộ máy di chuyển xe con. Bộ máy di chuyển nhờ cáp kéo dùng đề di chuyển xe con mang vật nâng trong cần trục tháp , cần trục đờng dây cáp. khoa cơ khí Bộ môn Máy xây dựng Thiết kế môn học Máy nâng vận chuyển Thiết kế bộ máy di chuyển xe con mang hàng dùng cáp kéo của cần trục tháp Giáo viên