Đang tải... (xem toàn văn)
Yêu cầu : “Thiết kế cơ cấu nâng dẫn động bằng máy” với các số liệu ban đầu :Trọng lượng vật nâng Q = 3500 kg;Chiều cao nâng H = 65 m;Vận tốc nâng v = 0,7 ms;Chế độ làm việc nặng;Loại thiết bị phanh hãm là phanh má điện từ;Điều kiện làm việc ngoài trời.1.Chọn loại dây treo vậtSo sánh về ưu điểm và nhược điểm của xích và cáp thép thì ta nhận thấy cáp thép ưu việt hơn hẳn so với xích. Mặt khác xích thường được dung trong cơ cấu kéo có vận tốc nâng chậm, chiều cao nâng không lớn lắm; theo đề bài yêu cầu thì thiết kế dẫn động bằng máy và cũng không hạn chế về kích thước cơ cấu. Vì vậy phương án lựa chọn dây treo vật là cáp thép là hơn hẳn.
4 1 3 2 5 6 7 8 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MÁY NÂNG CHUYỂN (Biến đề 03) Yêu cầu : “Thiết kế cơ cấu nâng dẫn động bằng máy” với các số liệu ban đầu : - Trọng lượng vật nâng Q = 3500 kg; - Chiều cao nâng H = 65 m; - Vận tốc nâng v = 0,7 m/s; - Chế độ làm việc nặng; - Loại thiết bị phanh hãm là phanh má điện từ; - Điều kiện làm việc ngoài trời. 1.Chọn loại dây treo vật So sánh về ưu điểm và nhược điểm của xích và cáp thép thì ta nhận thấy cáp thép ưu việt hơn hẳn so với xích. Mặt khác xích thường được dung trong cơ cấu kéo có vận tốc nâng chậm, chiều cao nâng không lớn lắm; theo đề bài yêu cầu thì thiết kế dẫn động bằng máy và cũng không hạn chế về kích thước cơ cấu. Vì vậy phương án lựa chọn dây treo vật là cáp thép là hơn hẳn. 2.Chọn sơ đồ treo vật 2.1. Sơ đồ treo vật Copyright by NguyenDung K51ckctm 1 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển 1- Bộ phận mang tải; 2- Pa lăng; 3- Dây cáp thép; 4- Tang tời; 5- Bộ phẫn dẫn động (Hộp giảm tốc); 6- Thiết bị hãm ( Phanh má điện từ); 7- Động cơ; 8- Thiết bị hạn chế chiều cao nâng. 2.2.Chọn bội suất palăng Ta chọn loại palăng đơn loại 2 có nhánh cáp ra khỏi tang từ ròng rọc di động phía dưới , với cần trục kiểu cần, trọng lượng nâng (Q=3500 kg) chọn bội suất palăng (a= 3) I - I Do Vật nâng được nâng lên nhờ có tời cáp và hệ thống palăng cáp, trong palăng cáp có những ròng rọc cố định và ròng rọc di động dây cáp nâng được vắt qua ròng rọc này vật nâng được treo trên đầu móc treo móc treo được nối liền với cụm ròng rọc di động, còn đầu kia được cuộn vào tang tời đặt trên sàn máy. Copyright by NguyenDung K51ckctm 2 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển 3. Xác định lực căng dây lớn nhất Hiệu suất của hệ ròng rọc là : = − − = − − = )95,01(3 95,01 )1.( 1 3 r a r p a η η η 0,951 Với r η là hiệu suất của một ròng rọc: r η = 0,95 bảng 2.4 [1] trang 210. Vậy S max = p a gQ η . . = = 951,0.3 8,9.3500 12,022 (kN). 4. Tính và chọn dây treo vật Ta tính và chọn dây treo vật theo lực căng lớn nhất. Lực căng tính toán dùng để chọn cáp là S = S max .k = 12,022.6= 72,132 (kN) Với: k = 6 hệ số an toàn trong cơ cấu nâng bằng máy Theo tiêu chuẩn của cáp thép bảng Γ OCT 3070 - 55 chọn loại TK 6 19 × +1có đường kính dây cáp là d = 12,5 (mm) gồm có 6 nhánh và 19 sợi thép trong 1 nhánh 1 lõi mềm b σ = 150.10 7 (N/m 2 ) cáp được làm bằng loại thép hợp kim 37 XHA. Kiểm tra điều kiện bền cho sợi cáp: - Ứng suất kéo trên sợi cáp : 2 /9,209 4 2 8,0.14,3 .19.6 022,12 4 2 . . mmN i S k === δπ σ Trong đó: δ – là đường kính của sợi dây cáp. i – Số sợi dây cáp. - Ứng suất uốn trên sợi cáp : R D . W δ σ E M u == E là mô đun đàn hồi của vật liệu làm sợi cáp, lấy E = 2,15.10 7 N/ cm 2 E = 2,15.10 3 N/mm 2 . D R là đường kính ròng rọc . Copyright by NguyenDung K51ckctm 3 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Đường kính nhỏ nhất cho phép của tang và ròng rọc được chọn theo công thức : D = ( 16 ÷ 30 ).d c → 200 mm ≤ D ≤ 375 mm Chọn đường kính tang và đường kính ròng rọc bằng nhau D = 280 mm 23 /14,6 280 8,0 .10.15,2 mmN u == σ Ứng suất tương đương được tính gần đúng theo công thức : 2 /04,21614,69,209 mmN uk =+=+= σσσ [σ K ] = 150.10 7 ( N/m 2 ) = 1500 N/ mm 2 . Như vậy σ < [ σ K ]. Sợi cáp đủ bền . 5.Xác định các kích thước cơ bản của bộ phận cuộn và dẫn hướng ( tang, ròng rọc, mọc treo) 5.1.Ròng rọc Ròng rọc di động dùng thay đổi lực căng cáp, với chế độ làm việc nặng ta chọn loại ròng rọc đúc bằng thép. Đường kính ròng rọc nhỏ D rr < 600 mm, do đó chọn kết cấu ròng rọc đúc liền. Do cơ cấu làm việc ngoài trời và tải trọng lớn nên ta dùng ổ lăn lắp vào moayơ của ròng rọc. Dùng ổ lăn có ưu điểm là lực ma sát nhỏ, việc chăm sóc cũng đơn giản và đảm bảo làm việc tốt và bền hơn dùng ổ trượt nên dù giá thành có đắt hơn ổ trượt nhưng chi phí khai thác sẽ ít hơn do khâu chăm sóc đơn giản đồng thời làm việc có hiệu quả hơn. Kết cấu ròng rọc như sau: Đáy rãnh ròng rọc là một cung tròn có bán kính r=(0,53 ÷ 0,6)d c ⇒ r=(0,53 ÷ 0,6)12,5=6,625 ÷ 7,5mm chọn r = 7 mm Góc bao 2α = (40 ± 60 0 )=50 0 Chiều sâu rãnh ròng rọc h được chọn tuỳ theo công dụngvà nơi đặt ròng rọc. Trong mọi trường hợp phải đảm bảo h=(2 ÷ 2,5)d c Do đây là ròng rọc di động lên để đảm bảo an toàn, không bị tuột ta chọn chiều sâu rãnh ròng rọc h = 2,5.d c = 2,5.12,5 = 31,25 mm Copyright by NguyenDung K51ckctm 4 h D p d r t e Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Đường kính D 0 của ròng rọc xác định đảm bảo cáp không uốn nhiều và không bị mài mòn nhanh nhằm kéo dài tuổi thọ của cáp. Đường kính của D 0 của ròng rọc được chọn theo đường kính cáp d c của dây cáp như sau: D 0 ≥ (16 ÷ 30 ) d c , chọn D 0 = 280 mm. Ròng rọc được chế tạo từ gang xám có chất lượng không thấp hơn loại GX15-32 ( TCVN1659-75 ). Vật đúc cần phải được ủ, sau đó cần được sơn lót chống gỉ. 5.2.Móc treo vật nâng Móc treo được chọn là móc treo đơn, vật liệu chế tạo móc là thép 20 – là thép ít các bon theo phương pháp dập. Móc được nối trực tiếp với dây cáp bằng các lỗ luồn cáp ở phần cuối cáp. 5.3. Kết cấu của tang tời * Xác định kích thước của tang tời . - Chọn tang tời là loại tang hình trụ, bề mặt có rãnh xoắn. - Vật liệu làm tang tời thông thường được đúc bằng gang C415-32. Có giới hạn bền σ B = 565 (N/mm 2 ). Ứng suất nén cho phép được xác định theo công thức σ N = == 5 565 n B σ 113 (N/mm 2 ) - Kết cấu của tang được thể hiện như hình vẽ : Copyright by NguyenDung K51ckctm 5 L Dt δ q Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Đường kính tang tời được chọn để các sợi cáp khi cuốn vào tang không chịu ứng suất uốn quá lớn .Thường chọn Dt ≥ (16 ÷ 30 )D C Chọn D T = 280 mm. Bước của rãnh xoắn : t = D C + (2- 3 ) mm chọn t = 15 mm. Bán kính của rãnh xoắn : r = (0,6 ÷ 0,7 ) D C chọn r = 8 mm. Chiều sâu của rãnh xoắn e < r . Chọn e = 5 mm. Chiều dài tang phải đủ cuốn đủ đoạn cáp làm việc tương ứng với chiều cao nâng yêu cầu đồng thời phải có các vòng cáp dự trữ. L = t DD Dl TC C )0,25,1( ) (. . ÷+ + π Trong đó : l là chiều lớp cáp cuốn vào tang l = a.H = 3. 65 = 185 m. D C là đường kính dây cáp D C = 12,5 mm. D T là đường kính tang D T = 280 mm. .m là số lớp cáp cuốn vào trong tang, chọn m = 1 . (1,5 ÷ 2,0 ) D C là đoạn dự trữ an toàn . chọn = 2,0.Dc L = )(55,25415,12.2 )2805,12.(14,3 5,12.10.185 3 mm =+ + Chọn L = 2545 mm. Chiều dày tang rời có thể chọn sơ bộ theo công thức : .δ = 0,02 D T + (6 ÷ 10 ) mm 11,6 mm ≤ δ ≤ 16,6 mm Chọn δ = 14 mm. - Tính toán sức bền của tang . Trong quá trình làm việc tang chịu lực nén do dây cáp cuốn qua tang khi có tải. Ngoài ra tang còn bị uốn và bị xoắn do mômen tạo ra do lực căng của dây cáp và trọng lượng bản thân của tang và dây cáp. Do tang có chiều dài làm việc t Dl .2 0 < nên ứng suất nén có ý nghĩa quyết định đến độ bền của tang do đó trong tính toán ta chỉ tính đến ứng suất nén và bỏ qua ứng suất Copyright by NguyenDung K51ckctm 6 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển uốn và xoắn. Để kiểm tra độ bền của tang theo ứng suất nén ta áp dụng công thức 2.11 [1]: [ ] nn t S σ δ σ ≤= . max Với tang trơn bước mm c dt 11 =≈ , thay vào công thức trên ta có: 2 max /7,68 5,12.14 12022 mmN n == σ < [σ n ] Như vậy tang làm đủ bền để làm việc. Để giữ chặt đầu mút cáp vào tang ta luồn đầu mút của cáp vào tang thông qua rãnh hình nêm.( Có thể ép chặt bởi bu lông vít hoặc kẹp chặt vào thành tang. Khi đó cần tính toán để chọn bu lông vít phù hợp để tạo ra lực giữ cáp đủ lớn) 6. Xác định mômen do vật nâng gây ra trên trục tang M tg . Mômen do vật nâng gây ra trên trục tang được xác định theo công thức: mmN D SM t tg .10.3,1841 95,0.2 291 .022,12 .2 . 3 0 max ≈== η Với: S max = 12022 N D 0 – đường kính tang tính đến tâm cáp, cm D 0 = d c + D t = 11 + 280 = 291 mm. η t – hiệu suất của tang, chọn η t = 0,95 7) Tính công suất và chọn động cơ. Động cơ được chọn phải đảm bảo đủ công suất làm việc khi chuyển động ổn định cũng như khi khởi động, đồng thời phải đảm bảo vận tốc nâng cho trước. Copyright by NguyenDung K51ckctm 7 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Công suất động cơ điện được tính theo điều kiện cơ cấu nâng chuyển động ổn định và được xác định theo công thức: η .102 . n dc vQ N = Trong đó: Q – trọng lượng vật nâng Q = 3500 kG. η – hiệu suất của cơ cấu tính đến hiếu suất của pa lăng, tang và của hộp giảm tốc: η = η p .η t .η hgt η p = 0,96 – hiệu suất của pa lăng η t = 0,95 – hiệu suất của tang tời. η hgt = 0,88 – hiệu suất của hộp giảm tốc ( Sơ bộ chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp) Thay vào công thức ta có: kW dc N 1,17 88,0.95,0.96,0.102 4,0.3500 == Chọn động cơ: Tra bảng 4P[2], chọn động cơ có số hiệu AOC2 – 62 – 4, có: N dm = 18,5 kW, n đc = 1500 vòng/phút, η = 83% Khối lượng động cơ m đc = 134 kg. -Kiểm tra điều kiện làm việc của động cơ ta có N đm = 18,5 Kw < N lv / η = 17,1/ (0,96.0,95.0,88) = 21,3 Kw. Như vậy ta phải chọn lại động cơ. Chọn động cơ AO2-71-4 N đm = 22 kW, n đc = 1460 vòng/phút, η = 90% Khối lượng động cơ m đc = 208 kg. 8. Xác định tỷ số truyền. Copyright by NguyenDung K51ckctm 8 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Vì vận tốc của tang nhỏ mà vận tốc ở trục ra của động cơ là lớn do đó để truyền động từ động cơ đến tang thì phải thông qua hộp giảm tốc. Trước hết cần xác định tỷ số truyền cần thiết của hộp giảm tốc. Tỷ số truyền được xác định xuất phát từ quan hệ vận tốc ( số vòng quay ) của trục thứ nhất ( trục động cơ ) và trục cuối cùng ( trục tang ), tức là đảm bảo vận tốc nâng cho trước v n . Tỷ số truyền của hộp giảm tốc: tg n đc n h i = Trong đó: n đc – số vòng quay của trục động cơ n tg – số vòng quay của tang cần có để đảm bảo v n cho trước: phútvg D av tg n n /89,137 291.14,3 3. 3 10.7,0.60 0 . 60 === π Ta có 9,10 89,137 1500 === tg n đc n h i Chọn hộp giảm tốc có tỷ số truyền là 10,9 là hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ, trong đó cấp thứ nhất( cấp nhanh ) sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng, cấp thứ hai ( cấp chậm ) sử dụng bộ truyền bánh trụ răng thẳng với các thông số sơ bộ của bánh răng như sau: Bộ truyền bánh răng cấp nhanh có tỷ số truyền i nh = 4: Góc ăn khớp α = 20 0 Góc nghiêng của bánh răng β = 14,84 0 Chiểu rộng bánh răng b = 75 mm Môđun m = 2 Z 1 = 29 ul; Z 2 = 116 ul. Copyright by NguyenDung K51ckctm 9 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Bộ truyền bánh răng cấp chậm có tỷ số truyền i ch = 2,725 Góc ăn khớp α = 20 0 Môđun m = 4 Chiều rộng bánh răng: b= 106 Z 3 = 24ul; Z 4 = 65 ul. Sơ đồ hộp giảm tốc 9.Tính toán kiểm tra quá trình làm việc của cơ cấu nâng. Trong quá trình làm việc cơ cấu nâng trải qua 3 giai đoạn: Khởi động; Chuyển động ổn định; Phanh và dừng lại. Ta kiểm tra trong từng giai đoạn vì trong mỗi giai đoạn cơ cấu nâng chịu các lực khác nhau. * Giai đoạn khởi động. Ở giai đoạn này, lực cản không chỉ do trọng lượng vật nâng mà còn do lực quán tính sinh ra khi vật nâng chuyển động từ trạng thái tĩnh đến trạng thái làm việc ổn định. Do động cơ điện trong cơ cấu nâng được chọn theo công suất khi chuyển động ổn định với tốc nâng vật không đổi nhưng trong giai đoạn khởi động ngoài việc nâng vật động cơ còn tiêu hao năng lượng để tạo ra tốc cho vật nâng và các chi tiết máy trong cơ cấu vì trước đó chúng ở trạng thái tĩnh. Vì vậy trong giai đoạn khởi động máy, mômen khởi động trên động cơ bao gồm: Mômen cản tĩnh M ct , mômen quán tính của các khối Copyright by NguyenDung K51ckctm 10 [...]...Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển lượng chuyển động tịnh tiến Md1 và mômen quán tính của các khối lượng chuyển động quay Md2: Mkd = Mct + Md1 + Md2 Mômen cản tĩnh khi nâng vật được quy đổi về trục động cơ: Q.D Mct = 2.i.η Trong đó: Q = 3500 + 75 = 3575 kG = 35750 N D = 291 mm... 4860 = 194204,75 N.mm Copyright by NguyenDung K51ckctm 12 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển 10) Lựa chọn và tính toán thiết bị phanh hãm Tất cả các cơ cấu nâng đều cần phải có thiết bị phanh hãm, nhất là các cơ cấu có động cơ làm việc với vận tốc cao Phanh dùng để dừng vật và giữ vật ở trạng thái treo hoặc điều chỉnh vận tốc nâng hạ theo đúng yêu cầu, còn trong các cơ cấu khác cần... Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển 7- Phanh đai hai chiều: Chỉ dùng cho cơ cấu có mômen phanh đổi chiều vì đối với cơ cấu có mômen phanh không đổi chiều thì dùng phanh này sẽ không có lợi vì lực điều khiển sẽ lớn gấp 2 lần so với dùng phanh đai đơn giản 8- Phanh áp trục hình nón 9- Phanh áp trục loại đĩa 10- Phanh tự động có bề mặt ma sát không tách rời: Sử dụng trong cơ cấu nâng. .. do trọng lượng phần ứng của nam châm điện gây ra trên tay đòn 7 Khi mở phanh, nam châm 6 làm việc làm lò xo chính 8 chịu lực nén lớn nhất Pmax là: l P = P + 2.ε C max c l 1 Copyright by NguyenDung K51ckctm 15 Bộ Môn TBBQ & CBNS Trong đó: 2.ε Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển l - độ nén của lò xo chính khi các má phanh mở ra với l1 khe hở ε = 2 mm C = 50 – độ cứng của lò xo chính 8 Mômen ứng với... bị nén, vì vậy có thể điều chỉnh mômen phanh nhờ các đai ốc 10 Hành trình phanh được điều chỉnh bằng đai ốc 12 và cái hạn chế hành trình 15 Copyright by NguyenDung K51ckctm 14 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Phanh má điện từ Chọn: D = 100 mm; l1 = 100 mm; l = 200 mm Hệ số ma sát giữa má phanh và tang phanh chọn f = 1,2 a = 50 mm; Lực P cần thiết đạt ở các đầu tay đòn phanh 3 và... động cơ được tính gần đúng bằng: M d2= c.J0 ε Jo – mômen quán tính đối với trục quay của các khối lượng trên trục dẫn ∑ ( Gi Di2 ) J0 = 40 Copyright by NguyenDung K51ckctm 11 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Gi, Di – là khối lượng và đường kính quán tính của khối lượng thứ i trên trục dẫn Khối lượng và đường kính quán tính của bánh răng đầu tiên của hộp giảm tốc lắp trên trục... thống M ct = 35750.219 = 189021N mm 2.21,8.0,8 Trong cơ cấu nâng, khối lượng chuyển động tịnh tiến là vật nâng và ụ móc treo, nên mômen lực quán tính của nó đưa về trục động cơ bằng: Q.Dj Md1 = 2.i.η g Trong đó: j là gia tốc của vật nâng, ta có thể coi vật nâng chuyển động nhanh dần đều v j= n t kđ Sơ bộ chọn thời gian khởi động của cơ cấu nâng tkđ = 4 s M Q.D.vn 35750.291.0,7 = = 52195,2 N mm d1 2.i.η.tkđ... 241718,2 N.mm Mômen mở máy của động cơ: M mm = 1,8.9,55.10 6 22 = 252120 N mm 1500 Như vậy là động cơ thỏa mãn * Giai đoạn phanh và dừng lại Ở giai đoạn này vật nâng sẽ sinh ra lực quán tính do tốc độ vật nâng biến đổi từ tốc độ làm việc đến bằng 0 Quá trình phanh là quá trình ngược lại so với quá trình khởi động, ta cần phải tạo gia cấp âm cho cơ cấu để chuyển cơ cấu từ trạng thái chuyển động sang trạng... dưới tác động của vật nâng, không cần phải điều khiển, ngoài ra còn có khả năng tự động điều chỉnh được mômen phanh và lực làm việc K theo sự thay đổi của trọng lượng vật nâng Nhược điểm của loại phanh này là cần phải tiêu hao năng lượng khi hạ vật 11- Phanh tự động có mặt ma sát tách rời: Phanh này có thể đặt ở bất kỳ trục nào ở cơ cấu nâng dẫn động bằng tay hoặc dẫn động bằng máy có dùng hệ thống... cách hãm một trong các trục của cơ cấu không cho quay theo chiều ngược lại 2- Cơ cấu khóa dừng bi đũa: Khóa dừng bi đũa chỉ quay theo một chiều nhất định Nó thường được sử dụng trong cơ cấu nâng hạ cần của cần trục, máy xúc với mục đích hạn chế tốc độ quay của tời khi hạ cần, đảm bảo tốc độ hạ cần nhỏ, an toàn, kể cả khi phanh giữ cần bị hỏng Thiết bị này đảm bảo cho cần không bị rơi tự do 3- Phanh má . 4 1 3 2 5 6 7 8 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MÁY NÂNG CHUYỂN (Biến đề 03) Yêu cầu : “Thiết kế cơ cấu nâng dẫn động bằng máy với các số liệu. cuộn vào tang tời đặt trên sàn máy. Copyright by NguyenDung K51ckctm 2 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển 3. Xác định lực căng dây lớn nhất Hiệu suất của hệ ròng rọc. việc khi chuyển động ổn định cũng như khi khởi động, đồng thời phải đảm bảo vận tốc nâng cho trước. Copyright by NguyenDung K51ckctm 7 Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển Công